【摘要】：粥是一種由稻米、小米或玉米、豆類等糧食煮成的稠糊的食物。由于其軟糯易消化,粥是深受消費(fèi)者喜愛的中國傳統(tǒng)食品,而近年來預(yù)制包裝的粥類產(chǎn)品品種不斷增加、消費(fèi)量不斷上升,具有廣闊的市場前景。但目前的生產(chǎn)主要基于傳統(tǒng)工藝的擴(kuò)大化,產(chǎn)品品質(zhì)控制難以保證一致和最優(yōu),其原因?yàn)檎糁筮^程的變化和優(yōu)化控制尚缺乏系統(tǒng)性的研究。本文采用COMSOLMultiphysics軟件、基于傳熱傳質(zhì)的模型分別對(duì)糯米、大麥和赤豆的密封蒸煮過程進(jìn)行了模擬與仿真優(yōu)化的研究,旨在為工業(yè)化粥類罐頭的生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ),主要研究成果如下:1、研究了糯米在100℃,115℃和121℃下密封蒸煮過程中物理性質(zhì)以及淀粉顆粒微觀結(jié)構(gòu)的變化情況。結(jié)果表明,溫度的升高會(huì)增大糯米的水化速率和軟化速率,以及湯汁剪切黏度的變化速率,但對(duì)水分含量(3.99g.g-1)、標(biāo)準(zhǔn)化硬度(0.05 N.N-1)和剪切粘度(6.747 Pa·s)的平衡值無明顯影響。利用數(shù)學(xué)模型對(duì)蒸煮過程進(jìn)行擬合并進(jìn)行誤差分析,結(jié)果表明,指數(shù)模型可以準(zhǔn)確地預(yù)測糯米水分含量和標(biāo)準(zhǔn)化硬度的變化趨勢,相對(duì)誤差分別小于3.650%和8.604%。Sigmoid模型能準(zhǔn)確地描述湯汁剪切粘度的變化趨勢,相對(duì)誤差小于8.386%。對(duì)水化過程進(jìn)行熱力學(xué)分析,焓變(-65.01到-65.19kJ·mol-1)、熵變(-0.270到-0.271 kJ·mol-1·K-1)和吉布斯自由能(35.7到41.4kJ·mol-1卜)的變化說明糯米在密封蒸煮時(shí)發(fā)生的水化過程是一個(gè)非自發(fā)的放熱過程。2、采用COMSOLMultiphysics軟件,建立了脫殼大麥密封蒸煮三維模型,可模擬脫殼大麥在不同溫度下密封蒸煮過程中體積膨脹、水分含量及其分布情況的變化,并對(duì)該模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)值和模擬值之間的差異進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,驗(yàn)證了該模型的準(zhǔn)確性,其中赤豆水分含量的RMSE值小于0.068g·g-1,P值小于5.058%;膨脹率的RMSE值小于0.250,P值小于7.230%。利用模型對(duì)大麥密封蒸煮過程進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)隨著溫度的增加,水化和膨脹的速率明顯增加;通過將烹飪溫度從100℃提高至121℃,可以使得大麥到達(dá)平衡水分含量和體積的時(shí)間減少約50%。但是,溫度的升高不會(huì)影響水分含量與體積的平衡值。3、利用COMSOLMultiphysics軟件,建立赤豆二維軸對(duì)稱模型,采用多物理場耦合的方法來分別模擬赤豆在100℃,115℃和121℃下的密封蒸煮過程并驗(yàn)證,該模型能較好地模擬赤豆在密封蒸煮過程中傳質(zhì)傳熱以及大變形的過程。研究表明,利用COMSOL軟件對(duì)赤豆密封蒸煮過程進(jìn)行數(shù)值模擬,模擬值和實(shí)驗(yàn)值較為接近,其中赤豆水分含量的RMSE值小于0.086g·g-1,P值小于5.851%;膨脹率的RMSE值小于0.456,P值小于9.112%。由模型可預(yù)測赤豆的密封蒸煮過程,隨著溫度的上升,水化和膨脹的速率明顯增加,通過將蒸煮溫度從100℃提高至121℃,可以使得赤豆達(dá)到平衡水分含量和體積的時(shí)間減少約39.7%。同時(shí),溫度的升高會(huì)增加赤豆平衡水分含量與體積。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TS210.4
【圖文】：

圖２．１邋１００ＱＣ邋（ａ），邋１１５°Ｃ邋（ｂ）和１２１°Ｃ?

水分吸收通常被認(rèn)為是水分?jǐn)U散過程，受介質(zhì)和核仁之間水分濃度梯度，系逡逑統(tǒng)溫度以及大米種類的影響。此外，在烹飪過程中，隨著大米淀粉的溶出，液體逡逑部分黏度的增加同樣影響著其水化過程。如圖２．２ａ所示，烹飪溫度越高，水分吸逡逑收速率越快。這可能是因?yàn)闅贉叵麓竺椎矸蹠?huì)有更多分子搖的斷裂，從而能形成逡逑更多的水氫鍵。逡逑１４逡逑

烹任進(jìn)行到４０ｍｉｎ時(shí)，所有的淀粉顆粒都形成了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，但內(nèi)部的孔徑小于逡逑外部。直到烹飪６０邋ｍｉｎ時(shí)，所有的淀粉才形成了均勻的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)烹飪溫度逡逑為１１５°Ｃ時(shí)，形成均R耐唇峁剮枰矗板澹恚椋鑠澹ㄍ跡玻矗猓�。１２�

本文編號(hào)：2746091