一種多階段變方案的射頻加熱方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及農產品和食品熱加工技術領域，特別是一種多階段變方案的射頻加熱方法。
【背景技術】
[0002]射頻是頻率在3KHZ?300MHz的電磁波。射頻能穿透到介質和生物質物料的內部，可使生物質物料內外同時受熱;且具有低溫、快速，低能耗等優點，特別適用于導熱不良和因加熱而易降低品質的生物質物料。與微波加熱相比，射頻加熱模式的重復性更好、電磁場分布更均勻、穿透力更大、投資成本更小等優點，使其在農產品干燥、滅蟲，及熱敏性、低導熱食品殺菌等熱處理領域具有巨大的發展潛力。
[0003]目前，射頻加熱存在加熱后物料溫度局部出現過低或過高的問題。其原因既有射頻電磁場自身的原因，又有物料的原因，還有電磁波與物料之間的原因。I)電磁場的原因，一方面由于設備的原因，射頻電磁場是交變、高頻、高壓的電磁場，頻率、電壓存在波動；另一方面由于制造的原因，極板不可能嚴格平行、極板表面不夠光潔;2)物料的原因，物料的大小和形狀，以及內部發熱物質的分布不均勻，特別是極性分子分布不均;3)電磁波與物料之間的原因，射頻電磁波從空氣介質進入物料(二者為不同介質)將發生折射，表現為電磁場的歪曲。射頻加熱后不合理的溫度分布將導致低溫部分可能存在蟲卵或微生物存活，特別是耐熱的芽孢桿菌，高溫又會不同程度地破壞農產品和食品中的天然特性、營養成分，導致不良風味、變色加劇、揮發性成分損失等。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種多階段變方案的射頻加熱方法，以克服現有技術中存在的問題。
[0005]為實現上述目的，本發明的技術方案是:一種多階段變方案的射頻加熱方法，通過兩個加熱階段對物料進行加熱:
[0006]第一加熱階段:通過射頻加熱的方式對物料的上表面以及內部進行加熱，直到達到第一階段的加熱要求；
[0007]第二加熱階段:通過傳統熱傳導的方式對物料的周側以及下底面進行加熱，直到物料整體達到第二階段的加熱要求。
[0008]在本發明一實施例中，通過一加熱腔對置于該加熱腔內的圓柱形物料進行加熱；所述加熱腔包括一對平行設置且間距可調的陰極板以及陽極板;所述圓柱形物料的中心軸與所述陰極板以及所述陽極板的中心線重合;所述圓柱形物料的上表面緊貼所述陽極板的下表面;所述圓柱形物料的下底面設置有一截面面積小于所述圓柱形物料底面積的塑料圓塊。
[0009]在本發明一實施例中，所述塑料圓塊的介電常數與所述圓柱形物料的介電常數相同。
[0010]在本發明一實施例中，還包括一射頻加熱系統;所述射頻加熱系統包括:射頻發生器、所述加熱腔、光纖在線溫度監測儀、傳送帶以及冷熱風輸送裝置;所述射頻發生器與所述加熱腔中的陽極板相連;所述塑料圓塊經一圓環狀聚丙烯支撐物設置于所述傳送帶上，且所述傳送帶位于所述加熱腔中的陰極板上方;所述光纖在線溫度檢測儀與所述圓柱形物料相連;所述冷熱風輸送裝置位于所述圓柱形物料的下方;所述傳送帶將所述圓柱形物料傳送至與所述陰極板以及所述陽極板匹配的位置后開始加熱。
[0011]在本發明一實施例中，在所述第一加熱階段，將所述圓柱形物料劃分為三個加熱區域:第一加熱區域為物料上表面中部，第二加熱區域為物料內部，第三加熱區域為物料下底面以及周側；
[0012]對于所述第一加熱區域:記該區域的溫度為T1，在所述第一階段加熱完成后，Tt<T1《Tc，其中，Tt為溫度下限值，Tc為溫度上限值；
[0013]對于所述第二加熱區域:記該區域的溫度為Th，在所述第一階段加熱完成后，T11>Tt；
[0014]對于所述第三加熱區域:記該區域的溫度為Tm，在所述第一階段加熱完成后，Tm<Tto
[0015]在本發明一實施例中，根據圓柱形物料內的冷點分別至周側面的最大徑向距離del以及至底面的最大軸向距離de2劃分所述三個加熱區域，所述冷點溫度低于所述溫度下限值
Tto
[0016]在本發明一實施例中，所述第二階段加熱要求為:Tt<Ti<Tc,Tt< Th < Tc以及Tt <Tm < Tco
[0017]相較于現有技術，本發明具有以下有益效果:本發明采用多階段變方案的射頻加熱方法，可實現加熱后物料達到加熱要求，既不會出現過熱破壞物料品質或外觀，又達到了殺蟲或殺菌要求。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明中射頻加熱過程中物料、塑料圓、圓環狀聚丙烯支撐物塊與陰陽極板的位置示意圖。
[0019]圖2為本發明中圓環狀聚丙烯支撐物的橫截面示意圖。
[0020]圖3為圖2的A-A剖視圖。
[0021 ]圖4為本發明中射頻加熱過程中各個加熱區域的劃分示意圖。
[0022]圖5為本發明中射頻加熱系統系統連接示意圖。
[0023]【標號說明】:1_陽極板;2-陰極板;3-圓柱形物料;4-塑料圓塊;5-傳送帶;6-射頻發生器;7-光纖在線溫度監測儀;8-冷熱風輸送裝置;9-圓環狀聚丙烯支撐物。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖，對本發明的技術方案進行具體說明。
[0025]射頻加熱技術應用在農產品和食品加工領域具有加熱時間短、穿透深度大、能源利用率高、加工過程可控性強、品質高等特點，應用潛力大，特別是在低導熱農產品和食品的射頻加熱，如顆粒狀、粉末狀、粘稠狀物料等方面具有更大優勢。與傳統熱傳導方式相比，射頻對物料整體性加熱，避免了低導熱農產品和食品因導熱系數低采用傳統熱傳導方式(熱水、熱風或蒸汽加熱)加工時間長、品質差的缺點；與微波加熱相比，射頻加熱具有加熱模式重復性更好、電磁場分布更均勻、穿透力更大、投資成本更小等優點。但目前射頻加熱技術存在加熱后物料局部溫度出現過低或過高的問題，分別導致射頻加熱農產品和食品沒有達到特定要求的殺蟲數量或殺菌不足的嚴重后果，以及不同程度地對農產品和食品外觀和內部品質造成破壞。
[0026]進一步的，在本實施例中，通過采用射頻加熱方式結合傳統熱傳導方式的多階段變方案，具體為:(I)物料射頻加熱時保證物料上表面和內部達到加熱要求；(2)射頻加熱后立即采用傳統熱傳導方式對物料進行側面及下底面加熱，直到物料整體達到加熱要求。
[0027]進一步的，在現有技術中，射頻加熱農產品和食品的加熱模式為物料外部，特別是側面和底面溫度比較高，物料內部和上表面區域溫度比較低，該種加熱模式與傳統熱傳導方