食品的冷却和冷藏

第五章食品的冷却和冷藏§5-1

食品冷却中的传热方式§5-2

Bi<0.1时的冷却问题§5-3

大平板状、长圆柱状和球状食品的冷却过程§5-4

短方柱和短圆柱状食品的冷却§5-5

冷却食品的冷藏工艺§5-1食品冷却中的传热方式

在冷却过程中，传热方式与食品种类、形状和所用冷却介质等有关。导热主要发生在食品的内部、包装材料以及用固体材料作为冷却介质的冷加工中；对流主要发生在以气体或液体作为冷却介质的冷加工和冷藏中；辐射主要发生在仅有自然对流或流速较小的冷加工和冷藏中。一、基本传热方式：

1导热：食品内部的导热问题

食品冷却时，其表面温度首先下降，并在表面与中心部位间形成了温度梯度，在此梯度的作用下，食品中的热量逐渐从其内部以导热的方式传向表面。当食品的平均温度达到冷藏入库规定的温度时，冷却过程结束。

食品外部包装材料的导热问题2对流：采用气体或液体作为冷却介质时，食品表面的热量主要由对流换热方式带走

Q=AT3辐射在空气自然对流环境下，用冷却排管冷却食品时，冷却排管与食品表面间的辐射换热是不能忽略的。式中食品与冷却排管或冷却板间的辐射热流量，单位为W；

系统黑度，与两个辐射表面黑度及形状因数有关；

食品表面面积，单位为m2；

食品表面对冷却排管表面的形状因数，与辐射换热物体的形状、尺寸以及食品与冷却排管间的相对位置有关；

黑体辐射常数，取5.669×10-8W/(m2·K4)；

、分别为食品表面和冷却排管表面温度，单位为K。二、食品冷却计算中常用的两个准则数：毕渥数：当食品表面突然受到冷却时，食品内部的温度变化取决于两方面的因素：一个是食品表面与周围环境的换热条件；另一个是食品内部的导热条件。如果换热条件越强烈，则热量进入食品表面越迅速；如果食品内部导热热阻越小，则为传递一定的热量所需的温度梯度也越小。食品冷却中，哪一个因素对换热影响更大，则用毕渥数衡量

傅里叶数：食品表面发生温度变化，这个变化传到食品内部的快慢，用傅里叶数判断

1毕渥数(Biotmodulus)

：

对流换热系数，/W/(m2·K)；

食品内部热导率，/W/(m·K)；L---食品的特征尺寸(characteristicdimension)，/m。大平板：L=/2;长圆柱或球状：L=R固体内部单位导热面积上的导热热阻与单位表面积上的对流换热热阻之比

,用于固体与流体之间的换热当毕渥数<0.1时，L/λ—0，食品内部导热热阻可以忽略，食品内的温度分布与空间坐标无关，只是时间的函数，小颗粒食品

Bi<0.1(Bi0),T=f(t)，集总参数法当>40时，1/α—0，表面对流换热热阻可以忽略，这时可用冷却介质温度代替食品表面温度；

Bi>40(Bi),Ts=T当0.1<<40时，内部导热热阻与表面对流换热热阻均需考虑，食品内的温度分布是空间坐标和时间变量的函数，即。

0.1<Bi<40,T=f(x,y,z,t)图5-1大平板状食品在不同毕渥数时的温度分布2傅里叶数(Fouriermodulus)：

Fo=at/L2a=

/c物理意义两个时间间隔相除,所得的无量纲时间。分子t是从边界上开始发生扰动的时刻起到所计算的时刻为止的时间间隔；而分母可以视为使热扰动扩散到L2的面积上所需的时间，用于非稳态传热分析。表面温度变动在物体内部经时间t后的传播深度/总长度傅里叶数越大，说明热扰动就越深入地传播到物体内部，因而物体内部各点的温度越接近于周围介质的温度。它反映导热速率与固体中热能储备速率之比对流换热系数与冷却介质种类、流动状态、食品表面状况等许多因素有关表5-1几种冷却方式下的对流换热系数冷却方式／[W/(m2·K)]空气自然对流或微弱通风的库房3~10空气流速小于1.0(m/s)17~23空气流速大于1.0(m/s)29~34水自然对流10~250水强制对流500~10000液氮喷淋1000~2000液氮浸渍5000§5-2Bi<0.1时的冷却问题

当很大，L很小或很小时，Bi0,T=f(t),可用集总参数法求解

设食品具有均匀的初始温度，则在任意时刻食品内的温度为：

下标v表示毕渥数和傅里叶数中的特征尺寸为V/A。ATVT0§5-3大平板、长圆柱、球状食品的冷却问题1）导热方程边界条件初始条件t=0解（近似）：T0/2一、大平板求解：2）Bi>40第三类边界条件转变为第一类边界条件，即x=/2时，冷却时间的计算a用食品平均温度为衡量指标b用食品中心温度为衡量指标:只要令

(5-18)中x=0简化后二、长圆柱状：

r=Rt=0

第一类零阶贝塞尔函数

004.01.908120.02.28800.010.14125.01.989830.02.32610.10.44176.02.049040.02.34550.50.94087.02.093750.02.35721.01.25588.02.128660.02.36511.51.45699.02.156680.02.37502.01.599410.02.1795100.02.38093.01.788715.02.25092.4048BiμBiμBiμβ＝μ/R用x的偶次幂的无穷和来定义，数

n称为贝塞尔函数的阶,可查阅数学手册“第一类贝塞尔函数表”。冷却时间a平均温度b中心温度r=0三、球状－1.000.51.83663.02.4557－0.51.16560.61.87984.02.5704－0.11.50440.71.92035.02.653701.57080.81.958610.02.8628

Bi*

u

Bi*u

Bi*u0.11.63200.91.994730.03.04060.21.68871.02.028860.03.09010.31.74141.52.1746100.03.11050.41.79062.02.28893.1416β＝μ/R冷却时间a平均温度b中心温度r=0图解法根据解析式,绘制成无量纲的图表

图5-7--f

f时间因子(timefactor)；j滞后因子(lagfactor)。

图5-8--j§5-4短方柱、短圆柱状食品的冷却大平板、长圆柱、球状通式：几何学，短方柱、短圆柱可分别看作三个大平板、长圆柱和大平板相交；传热学，短方柱、短圆柱食品的温度分布可分别看作三个大平板、长圆柱和大平板温度分布乘积。

短方柱、短圆柱短圆柱:短方柱:食品的几何形状对温度变化特性的影响1.Bi<0.1如图5-92.Bi>40如图5-10

图5-7非稳态换热毕渥数与时间因子f的关系图5-8非稳态换热毕渥数与滞后因子j的关系图5-9用集总参数法分析时过余温度的变化曲线时间常数t越小，内部温度越趋于一致

V/A越大，冷却时间越长例：对厚度为2R、半径为R的长圆柱和球，V/A分别为R,R/2,R/3，则球<长圆柱<大平板BivFov图5-10可忽略表面对流热阻时食品中心温度的变化曲线1－大平板

2－正方形截面的长柱体3－长圆柱4－立方体5－长度等于直径的柱体6－球§5-5冷却食品的冷藏工艺一、冷却冷藏时食品的变化冷藏时食品的变化随食品种类、特性、有无包装、冷却方法、冷却温度而不同。1物理变化：水分蒸发色泽变化冷害串味2生化变化：肉类的成熟寒冷收缩脂肪氧化维生素损失淀粉老化3微生物引起的变化二、食品冷藏工艺1肉类：屠宰后的四个变化

死后僵直；软化成熟；自溶；酸败冷却工艺冷藏工艺冷藏时的变化：

干耗；软化成熟；寒冷收缩；变色、变质2鱼类：四个阶段：（粘液分泌）僵直、成熟、自溶、酸败冷却方法：冰、冷海水、微冻保鲜（-3ºC左右的冷却介质中，冷藏期比在0ºC时延长1.5-2倍)3乳：成分：水、蛋白质、脂肪、乳无机盐类、磷脂、维生素、酶、色素、气体、其他微量元素。冷却：冷水；垂膜式冷藏：4蛋类冷却：开始温差为2-3ºC，随后，每隔1-2h，冷却介质降低1ºC，经过24h，蛋体温度达