Calorimetry in Food Processing pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Blackwell Pub Professional

作者:Kaletunç, Gönül 编

出品人:

页数:412

译者:

出版时间:2009-10

价格:1832.00元

装帧:HRD

isbn号码:9780813814834

丛书系列:

图书标签:

• Calorimetry
• Food Processing
• Food Science
• Thermal Analysis
• Heat Transfer
• Food Quality
• Food Safety
• Measurement
• Engineering
• Technology

食品加工中的热力学与质量控制：一部实用指南 本书旨在为食品科学家、加工工程师、质量控制专家以及对食品科学有浓厚兴趣的专业人士提供一本全面、深入且高度实用的参考书。本书聚焦于食品加工过程中至关重要的热力学原理、传热机制以及由此衍生的质量控制策略。它摒弃了过度理论化的推导，转而强调如何将这些科学基础知识应用于实际的工业生产环境中，以优化效率、确保产品安全和提升最终品质。 第一部分：食品热力学的核心基础与应用 本部分将食品系统视为一个复杂的热力学体系，系统性地解析影响加工决策的关键参数。我们将从物质平衡和能量平衡的视角出发，为后续的传热与相变分析奠定坚实的理论基础。 第一章：食品系统的热力学基础重述 本章首先回顾了适用于食品系统的热力学定律，重点阐述了吉布斯自由能、焓和熵在预测食品组分（特别是蛋白质和淀粉）在加热或冷却过程中的行为中的作用。我们将详细讨论食品的相图构建方法，包括水活度（$a_w$）与温度（$T$）的关系，这对于理解冷冻、干燥和凝胶化过程至关重要。重点案例分析将集中在乳液和悬浮液的热力学稳定性，解释乳化剂和稳定剂如何通过改变界面能来维持体系的均匀性。 第二章：食品组分的热物理性质精确测定 食品的热物理性质是进行任何有效传热计算的前提。本章将系统介绍测定食品比热容、密度、导热系数和热扩散系数的先进技术。我们将深入探讨使用瞬态热流法（如热线法）和稳态法（如径向流法）在不同温度和压力条件下测量食品（如肉类、谷物、水果泥）热性能的实验规程和数据解释。特别地，本章会详细分析水分状态（结合水、非结合水）如何显著影响这些参数的数值，并提供一套实用的数据校准流程，以适应不同批次原材料的固有差异。 第三章：传热机制的深度解析与建模 食品加工本质上是一个传热过程。本章将围绕三种主要的传热模式——导热、对流和辐射——展开深入探讨。 导热： 针对复杂多相食品（如含颗粒的流体、多层结构产品），本章介绍了有效导热系数的计算模型，包括Bruggeman模型和Maxwell-Eucken模型在食品基质中的适用性分析。 对流： 重点分析了自然对流和强制对流在管式换热器、夹套反应釜中的流动特性。通过讲解牛顿流体和非牛顿流体（如番茄酱、浓缩果汁）的雷诺数（Re）和普朗特数（Pr）的修正计算，指导工程师优化搅拌速度和流速，以最大限度地提高传热效率并减少热点区域的形成。 辐射： 在高温（如烘烤、烧烤）或真空干燥环境下，辐射传热的作用不容忽视。本章将介绍食品的发射率（Emissivity）测量方法及其在红外线加热过程中的应用。 第二部分：关键加工单元操作中的热与质的传递 本书的第二部分将理论知识转化为具体的加工设备和操作流程中的应用，强调如何通过精确控制热量和质量的传递来实现目标产品特性。 第四章：热交换器的设计、操作与能效优化 本章是针对食品工业中最核心的设备之一——热交换器的专业指南。 换热器类型分析： 全面对比板式、管式、螺旋管式和刮板式换热器在处理不同粘度和颗粒负载食品（如牛奶巴氏杀菌、浓汤加热、高粘度糖浆冷却）时的优缺点。 传热系数（U值）的确定与维护： 详细阐述了如何基于实际操作数据计算总传热系数，并着重分析了“污垢因子”（Fouling Factor）对传热性能的衰减效应。提供了预防和清洁（CIP/SIP）策略，以维持换热器的高效运行。 流体动力学： 结合非牛顿流体的特性，分析了在换热器内部产生的剪切应力和由此引起的热量传递差异，指导如何避免剪切稀化导致的局部过热或剪切增稠引起的堵塞。 第五章：干燥、浓缩与相变工程 干燥和浓缩是决定食品保质期和运输成本的关键步骤。本章侧重于热量与水分扩散的耦合作用。 水分活度与干燥动力学： 深入讨论了食品在恒速干燥和降速干燥阶段的传质速率控制因素。利用 Fick's Second Law 结合经验系数，建立预测食品内部水分迁移的数学模型。 先进干燥技术： 详尽分析了冷冻干燥（升华控制）、喷雾干燥（雾滴热历史）和微波辅助干燥（体积加热效应）中热源输入与产品结构保持之间的权衡。特别讨论了如何利用快速预处理（如脉冲电场）来提高干燥效率。 结晶与冷冻过程： 关注溶液的过冷现象、成核速率和晶体生长动力学。在冰淇淋和糖果制造中，本章提供了控制冰晶尺寸（影响口感的关键因素）的冷却曲线设计方法。 第六章：热杀菌与食品安全的热力学考量 热杀菌是确保微生物安全的核心环节，但必须在不损害营养和口感的前提下完成。 微生物灭活动力学： 采用 D 值、Z 值等概念，系统阐述了热致死速率的皮卡（$k$）模型和指数衰减模型。重点讨论了不同热力学条件下（如高压灭菌与常压灭菌）对微生物孢子灭活效率的影响。 热穿透测试与验证： 提供了在复杂几何形状产品（如罐头、袋装食品）中进行热穿透测试的标准操作程序（SOP），包括传感器布置、数据采集和最小安全温度保证（Cold Spot Determination）的计算方法。 营养素与感官品质的退化热力学： 分析了关键维生素（如维生素C）和色泽前体物质在加热过程中的一阶和二阶降解反应动力学，旨在建立热加工的“品质损失最小化”模型，以平衡微生物安全与感官接受度之间的矛盾。 第三部分：过程控制、建模与质量保证 本书的最后部分着眼于如何利用现代过程分析技术和数学模型，实现对食品加工热力的精确、实时控制。 第七章：食品过程的数学建模与模拟 本章介绍了如何应用有限元法（FEM）和计算流体力学（CFD）工具来模拟食品加工设备内部的复杂传热和传质场。 CFD在反应器设计中的应用： 如何使用CFD模拟搅拌反应器中的流场分布、温度梯度，并优化搅拌桨的几何形状和转速，以确保物料均匀受热。 过程模拟软件的应用： 介绍商业或开源软件（如 COMSOL Multiphysics 或特定的过程模拟器）在预测新产品配方在现有设备上的热处理周期所需时间，从而加快工艺开发速度。 模型验证与尺度放大（Scale-up）： 强调实验数据在模型校准中的作用，并提供从实验室规模到工业规模放大过程中，传热系数和边界条件的调整原则。 第八章：过程分析技术（PAT）在热力学控制中的集成 过程分析技术（PAT）是实现实时质量控制的关键。本章将PAT工具与热力学参数紧密结合。 实时温度与水分监测： 介绍使用分布式光纤传感器、红外热像仪等技术，实时监测产品内部和设备表面的温度分布，识别潜在的热点或冷区。 光谱技术与物化性质的关联： 阐述如何利用近红外光谱（NIR）或拉曼光谱，实时监测加工过程中蛋白质的变性程度、淀粉的糊化程度等热力学状态变化，并将其与设定的目标热历史进行比对。 反馈控制系统的构建： 基于实时PAT数据，构建PID（比例-积分-微分）反馈控制回路，自动调整蒸汽压力、冷却水流量或输送速度，确保产品始终处于最优的加工热力学窗口内。 结论：未来食品加工中的热力学视野 本书总结了优化食品加工效率和质量的根本驱动力——对热量和物质传递的深刻理解。未来的趋势将是向着更高能效、更短处理时间（如超高温瞬时杀菌 UHT）和更精细化营养保留的方向发展。掌握本书所介绍的原理与技术，是任何寻求在竞争激烈的食品工业中实现卓越运营和创新产品的专业人士的必备基石。

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