课程（毕业）论文-声空化对渗透脱水影响

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1、声空化对渗透脫水影响渗透脱水是指果蔬在一定温度下放入高渗透压介质，利用膜两边的浓度不同进而产生渗透压以除去其中部分水分的一种方法。它是基于天然果蔬细胞壁作为半透膜，在渗透脱水中，主要存在两个相反过程，一方面果蔬中的水分流入溶液，另一方面溶液中的溶质逐渐渗入蔬菜，最终达到渗透平衡。影响该过程的因素有温度、溶液浓度、果蔬本身的结构、预处理（如冷冻、解冻以及在抗坏血酸或柠檬酸中浸泡）等。渗透脱水可以在较短的时间内除去果蔬的水分而不损坏果蔬的组织结构，经过渗透脱水的果蔬产品仍具有果蔬应有的风味、色泽、质构、营养品质，其产品的感官品质与新鲜果蔬几乎一样。渗透脱水可以作为果蔬加工的

2、一种前处理方式，与果蔬干燥、冷冻、杀菌、储藏等方法组合使用。渗透脱水后的产品进一步干燥生产果蔬干制品，渗入到组织内部的糖分可对果蔬制品起到一定的保护作用，可以避免或限制使用二氧化硫，同时增加了产品在储藏期间的色素稳定性，少量糖分的渗入可使产品比普通产品更温和可口。从生产的角度来说，经渗透脱水的果蔬再进行干燥，产品的干燥时间可缩短10%〜15%。通常，渗透脫水是一非常缓慢的过程，因此在不影响果蔬品质的前提下有必要采用一定方法加速渗透脱水过程中的质量传递。目前，采用的主要方法有：电渗透脱水、真空渗透脱水、高流体静压渗透脱水、离心力渗透脱水、超声渗透脱水等。近年来，功率超声已

3、经得到了多方面的应用。声波已用于促进化学反应（声化学）、强化萃取及物质分离等。功率超声在食品加工过程中的应用可分为两类：监控加工过程或产品质量；直接影响加工过程或产品质量。空化是指向液体中辐射声波时，在一定压强下液体中出现的微小气泡随着声压的变化作脉动、振荡，或伴随有生长、收缩以致破灭的现象，形成局部热点和高压。当功率超声在媒介中传播时会产生一系列效应，超声在固液界面产生的声冲流能够减薄扩散边界层；当空化气泡位于固体表面附近时，气泡呈对称性崩溃，对固体表面产生微射流。这些效应都将影响质量传递过程。目前，功率超声已经应用于强化渗透脱水过程的质量传递。在渗透脱水过程中，声场

4、中的压力和频率是两个需考虑的重要因素。研究表明，超过一定的声强阈值吋溶液扩散率将随声强的增强而增加；但科学家也发现，当声强达到最大时扩散率的增加将停止，这频率对扩散的影响机理尚未有阐述，只说及在高频率时质扩散率增加很小。有的科学家将超声用于强化苹果块渗透脫水过程的质量传递，并将该过程与搅拌情况下的渗透脱水进行对比，结果表明脱水率增加14%〜27%,而干物质增加率达到了11%〜23%。是强烈空化在液界面产生极度湍流(也称为汽塞)所导致。超声科学家进行了这样的实验将声空化应用于多孔水果一苹果片和梨片的渗透脱水，旨在用实验证实与静态渗透脱水相比声空化的应用是否对渗透脫水过程中

5、的质量传递起强化作用，同时研究了物料的脱水率和干物质增加率随溶液浓度、空化强度、苹果片厚度及作用时间段的变化趋势，并简要阐述了声空化强化渗透脱水过程质量传递的物理机制。声空化强化渗透脫水过程中的质量传递的物理机制概括如下：(1)超声空化产生的声冲击波引起溶液的宏观湍动，使固液界面的边界层减薄，形成湍动效应，增大传质速率；(2)超声空化产生的微扰动使固液传质过程的瓶颈一一微孔扩散得以强化，形成微扰效应，强化传质；(3)超声空化对溶液的强烈扰动使溶液混合良好，固液界面处溶液的浓度与溶液的主体浓度相等，减小了传质的外部阻力，强化了渗透脱水过程中的质量传递；(4)在一些水果如苹

6、果中，细胞间隙的存在具有薄壁组织的特性。根据研究，苹果的容积孔隙率占整个苹果容积的20%,这些孔隙被气体所占据，通过应用低压可将气体除去，当压力恢复到正常时，孔隙中已充满渗透液，从而增加了I古I液的接触面，使实际参与传质的表面积增加，这种现象称为传质的水动力机理。而强超声场在媒介中传播时有除气的作用，可以用传质的水动力机理解释功率超声强化渗透脱水过程中的质量传递现象。通过实验我们可以得到以下结论：(1)声空化对渗透脱水的脱水率和干物质增加率有显著强化作用，尤以物料脱水率的增加幅度较大，干物质的增加率虽有所增加，但幅度较小。(2)溶液浓度对物料的脱水率有重要影响，随溶液浓

7、度的增大，物料脱水率和干物质增加率都将增加。另外随物料厚度的增加，膜内的传质阻力增大，致使物料的传质速度降低。对于不同的物料，梨的脱水率和干物质增加率高于苹果，且声空化作用下梨的强化效果好于苹果的强化效果。（3）随空化强度的增加，声空化的机械效应、湍动效应及界面效应都将增强，强化了渗透脱水过程的质量传递，使声空化渗透脱水的脱水率远远高于静态渗透脱水。（4）由于声空化作用后实际参与传质的表面积增加，声空化作用时间段越靠前，余下的静态脱水时间越长，传质的水动力机理越能更好地发挥作用。这一结论对声空化应用于实际渗透脱水工艺流程有一定的参考价值。