一种多阶段变方案的射频加热方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及农产品和食品热加工技术领域，特别是一种多阶段变方案的射频加热方法。
【背景技术】
[0002]射频是频率在3KHZ?300MHz的电磁波。射频能穿透到介质和生物质物料的内部，可使生物质物料内外同时受热;且具有低温、快速，低能耗等优点，特别适用于导热不良和因加热而易降低品质的生物质物料。与微波加热相比，射频加热模式的重复性更好、电磁场分布更均匀、穿透力更大、投资成本更小等优点，使其在农产品干燥、灭虫，及热敏性、低导热食品杀菌等热处理领域具有巨大的发展潜力。
[0003]目前，射频加热存在加热后物料温度局部出现过低或过高的问题。其原因既有射频电磁场自身的原因，又有物料的原因，还有电磁波与物料之间的原因。I)电磁场的原因，一方面由于设备的原因，射频电磁场是交变、高频、高压的电磁场，频率、电压存在波动；另一方面由于制造的原因，极板不可能严格平行、极板表面不够光洁;2)物料的原因，物料的大小和形状，以及内部发热物质的分布不均匀，特别是极性分子分布不均;3)电磁波与物料之间的原因，射频电磁波从空气介质进入物料(二者为不同介质)将发生折射，表现为电磁场的歪曲。射频加热后不合理的温度分布将导致低温部分可能存在虫卵或微生物存活，特别是耐热的芽孢杆菌，高温又会不同程度地破坏农产品和食品中的天然特性、营养成分，导致不良风味、变色加剧、挥发性成分损失等。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种多阶段变方案的射频加热方法，以克服现有技术中存在的问题。
[0005]为实现上述目的，本发明的技术方案是:一种多阶段变方案的射频加热方法，通过两个加热阶段对物料进行加热:
[0006]第一加热阶段:通过射频加热的方式对物料的上表面以及内部进行加热，直到达到第一阶段的加热要求；
[0007]第二加热阶段:通过传统热传导的方式对物料的周侧以及下底面进行加热，直到物料整体达到第二阶段的加热要求。
[0008]在本发明一实施例中，通过一加热腔对置于该加热腔内的圆柱形物料进行加热；所述加热腔包括一对平行设置且间距可调的阴极板以及阳极板;所述圆柱形物料的中心轴与所述阴极板以及所述阳极板的中心线重合;所述圆柱形物料的上表面紧贴所述阳极板的下表面;所述圆柱形物料的下底面设置有一截面面积小于所述圆柱形物料底面积的塑料圆块。
[0009]在本发明一实施例中，所述塑料圆块的介电常数与所述圆柱形物料的介电常数相同。
[0010]在本发明一实施例中，还包括一射频加热系统;所述射频加热系统包括:射频发生器、所述加热腔、光纤在线温度监测仪、传送带以及冷热风输送装置;所述射频发生器与所述加热腔中的阳极板相连;所述塑料圆块经一圆环状聚丙烯支撑物设置于所述传送带上，且所述传送带位于所述加热腔中的阴极板上方;所述光纤在线温度检测仪与所述圆柱形物料相连;所述冷热风输送装置位于所述圆柱形物料的下方;所述传送带将所述圆柱形物料传送至与所述阴极板以及所述阳极板匹配的位置后开始加热。
[0011]在本发明一实施例中，在所述第一加热阶段，将所述圆柱形物料划分为三个加热区域:第一加热区域为物料上表面中部，第二加热区域为物料内部，第三加热区域为物料下底面以及周侧；
[0012]对于所述第一加热区域:记该区域的温度为T1，在所述第一阶段加热完成后，Tt<T1《Tc，其中，Tt为温度下限值，Tc为温度上限值；
[0013]对于所述第二加热区域:记该区域的温度为Th，在所述第一阶段加热完成后，T11>Tt；
[0014]对于所述第三加热区域:记该区域的温度为Tm，在所述第一阶段加热完成后，Tm<Tto
[0015]在本发明一实施例中，根据圆柱形物料内的冷点分别至周侧面的最大径向距离del以及至底面的最大轴向距离de2划分所述三个加热区域，所述冷点温度低于所述温度下限值
Tto
[0016]在本发明一实施例中，所述第二阶段加热要求为:Tt<Ti<Tc,Tt< Th < Tc以及Tt <Tm < Tco
[0017]相较于现有技术，本发明具有以下有益效果:本发明采用多阶段变方案的射频加热方法，可实现加热后物料达到加热要求，既不会出现过热破坏物料品质或外观，又达到了杀虫或杀菌要求。
【附图说明】
[0018]图1为本发明中射频加热过程中物料、塑料圆、圆环状聚丙烯支撑物块与阴阳极板的位置示意图。
[0019]图2为本发明中圆环状聚丙烯支撑物的横截面示意图。
[0020]图3为图2的A-A剖视图。
[0021 ]图4为本发明中射频加热过程中各个加热区域的划分示意图。
[0022]图5为本发明中射频加热系统系统连接示意图。
[0023]【标号说明】:1_阳极板;2-阴极板;3-圆柱形物料;4-塑料圆块;5-传送带;6-射频发生器;7-光纤在线温度监测仪;8-冷热风输送装置;9-圆环状聚丙烯支撑物。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
[0025]射频加热技术应用在农产品和食品加工领域具有加热时间短、穿透深度大、能源利用率高、加工过程可控性强、品质高等特点，应用潜力大，特别是在低导热农产品和食品的射频加热，如颗粒状、粉末状、粘稠状物料等方面具有更大优势。与传统热传导方式相比，射频对物料整体性加热，避免了低导热农产品和食品因导热系数低采用传统热传导方式(热水、热风或蒸汽加热)加工时间长、品质差的缺点；与微波加热相比，射频加热具有加热模式重复性更好、电磁场分布更均匀、穿透力更大、投资成本更小等优点。但目前射频加热技术存在加热后物料局部温度出现过低或过高的问题，分别导致射频加热农产品和食品没有达到特定要求的杀虫数量或杀菌不足的严重后果，以及不同程度地对农产品和食品外观和内部品质造成破坏。
[0026]进一步的，在本实施例中，通过采用射频加热方式结合传统热传导方式的多阶段变方案，具体为:(I)物料射频加热时保证物料上表面和内部达到加热要求；(2)射频加热后立即采用传统热传导方式对物料进行侧面及下底面加热，直到物料整体达到加热要求。
[0027]进一步的，在现有技术中，射频加热农产品和食品的加热模式为物料外部，特别是侧面和底面温度比较高，物料内部和上表面区域温度比较低，该种加热模式与传统热传导方