5.2.3.1 目的意义
当某种罐头食品所要求的最小杀菌值确定以后，如何根据这个要求的杀菌值确定杀 菌工艺规程，要解决这个问题，必须进行食品传热特性的研究。所谓传热特性就是温度变 化规律。在热杀菌过程中，任何罐头食品都有其特定的温度变化规律，掌握和了解这种变 化规律是热杀菌计算的基础。本节仅介绍食品传热特性的基本知识，更深入的内容可参 考有关文献。
5.2.3.2 传热机理
热量从高温物体向低温物体传递的方式有三种： 对流、传导和辐射。
对流传热是通过分子的流动实现的一种传热方法，它涉及宏观流体与一个表面即界 面之间的能量交换。对流传热有两种，受迫对流和自然对流。在受迫对流中，流体经过表 面的流动是由外力搅拌引起的。在自然对流即自由对流中，能量交换引起的流体密度的 变化是导致流体产生自然流动的原因。
传导传热是由于分子间的相互作用引起的，根据这一点，处在较高能级的分子(通过 它们的温度来说明)把能量传递给邻近的处在较低能级的分子，在传热过程中没有分子的 流动。
辐射传热是通过辐射方式来传递能量的一种电磁现象。在辐射传热过程中，没有分 子的流动，也没有分子间的相互作用。事实上辐射传热不需要传递介质。
(1)
(2)
图5-3 罐头食品的传热模型
(1) 传导传热 (2) 对流传热
罐头食品的传热主要是对流 传热和传导传热。对流传热发生 在流体罐头食品中如饮料、果汁 等。传导传热发生在固体罐头食 品中如午餐肉、鱼类罐头等。有 些罐头食品兼有对流传热和传导 传热，如果冻等。
根据传热机理不同，热量从 罐外向罐内传入有两种不同的模 型(图5-3)。
5.2.3.3 影响传热速率的因素
传热速率是食品固有的特 性，称之为热物理特性。不同的食品有不同的热物理特性，因此也就有不同的传热速率。 一般来说，对流传热食品的传热速率较快，尤其是受迫对流传热食品。传导传热食品传热 速率较慢，除了内容物不同以外，还有其他影响因素，如装罐量、罐内顶隙度、内容物固- 液比、黏稠度、块形大小及排列方式、罐型大小以及在杀菌锅内的位置与状态。罐内固形 物如分层排列，要注意在静止杀菌锅内的放置方式，使罐头成垂直方向将有利于对流传 热。顶隙的大小在回转杀菌时特别重要，一般以6～10mm为适宜。有些食品例如草莓在 杀菌时会上浮而结块影响传热速度。片蘑菇机械装罐时可能造成结团，极大地影响其传 热。
5.2.3.4 罐内温度的测定
测定罐内温度是研究罐头食品传热特性的重要手段，对热杀菌计算起着十分重要的 作用。测定罐内温度时需要进行热穿透试验，这是一项复杂的工作，需要精心设计和周密 考虑。本节仅介绍热穿透试验中需要使用的罐内温度测定仪。
目前罐内温度多数采用热电偶温度计测定。国际上用得最多的热电偶罐头温度计有 两种：丹麦Ellab热电偶温度计和美国Ecklund热电偶温度计。
热电偶温度计是利用两种不同金属丝的连接点处于两个不同温度时会产生电势的原 理。金属的这种特性称之为热电特性，所产生的电势称之为热电势。热电势与两端的温 度差有固定关系，测定热电势的大小也就测出了温度差的大小。当一端温度固定(已知)， 则另外一端的温度也就可知了。在热电偶温度计中，温度固定的一端称之为冷端，另外一 端称之为热端。冷端可以采用冰瓶将其温度固定在0℃(图5-4)，或用机械和电子的方 法(图5-5)对冷端进行补偿，使热端的温度可以直接读数。
图5-4 热电偶测温原理
图5-5 机械冷端补偿
Ellab热电偶系铜-康铜热电偶与连续的导线联成一体，自旋接受器固定在已装填 和密封的容器的顶盖或罐身上，具有压 缩填料的压盖有助于调节热电偶杆的插 入深度以便触及冷点，同时也起固定作 用。图5-6是Ellab热电偶及其安装方 式的示意图。
Ecklund热电偶与Ellab热电偶一 样也是铜-康铜热电偶，但在结构上完 全不同，它是一种嵌入式无投影热电偶，连接导线上有一个阳性连接器，导线通过阳性连接器与热电偶连接，Ecklund热电偶可以 在装罐和封罐前安装，因此可以获得正确的测温点，而且也便于将固体食品固定在测温点 上测定固体内的温度。图5-7是Ecklund热电偶的结构图。
图5-6 Ellab热电偶安装方式
1—测温点 2—热电偶杆 3—固定件
图5-7 Ecklund热电偶结构图
Ecklund热电偶的设计有：
① 软性热电偶： 可用于插入固体食品，防止沟流。
② 不锈钢针形热电偶： 形状细小，坚固耐用。
③ 模压热电偶： 由硬质酚醛树脂构成。
④ 硬杆圆柱形热电偶： 可以按要求定做。
Ecklund热电偶有多种规格，一种规格只能适用于一种罐型，订货时务必注意这 一点。
Ecklund热电偶本身并不带有显示仪表，需由用户选配，这也是与Ellab热电偶温度 计的不同之处。
图5-8 导线通入杀菌锅连接件
在使用导线连接试验罐和显示仪表 时，必须小心地遵循以下几条规则：
① 应有足够数量的导线以便在试验 条件下有适当数量的重复，至少有一根或 多于一根导线用于测定杀菌锅的温度。
② 导线应有足够的长度，以便显示 仪表和杀菌锅内试验罐之间的连接。
③ 应装置足够大小的压填盖以便能 容纳适当数量的导线。
④ 导线不应该放在杀菌锅盖的下 面，而应该通过杀菌锅壳体的适当的开 口处进入。图5-8是常用的导线通入杀 菌锅壳体的连接件。
⑤ 导线套管应该耐热、柔软，以便连 续使用时不断裂。
⑥ 在每次使用以前应该仔细检查导 线有否损坏和断裂，以免造成误差和失 去读数。
⑦ 使用时应小心谨慎，切勿粗心大意而造成损坏。
5.2.3.5 传热曲线
传热试验中获得的数据可以在半对数坐标纸上作图而得到传热曲线。作图方 法如下： 将半对数坐标纸倒转180°，纵坐标取三个对数周期表示温度。温度刻度从 比杀菌锅温度低1℃开始标起，由上往下，第一个对数周期1格为1℃，第二个对数 周期1格为10℃，第三个对数周期1格为100℃。横坐标为时间，等距离刻度。由 所作的图表明，温度曲线在半对数坐标上是一条直线。如图5-9、图5-10、图5- 11所示。
图5-9是简单型加热曲线。在初始曲线部分之后只有一条直线。对流传导加热食 品如果汁、饮料以及纯传导加热食品如午餐肉都呈现简单型加热曲线。图5-10是转折 型加热曲线。在初始曲线部分之后有两条直线，且有明显的转折点。对流传导混合型加 热食品如果冻以及含淀粉质较多的汤类食品往往呈现转折型加热曲线。图5-11是冷 却曲线。冷却曲线与加热曲线一样，也由一个初始曲线部分和一条或两条直线组成。在 作冷却曲线图时，注意半对数坐标纸是正放，温度刻度由下而上，自高于冷却水的温度 1℃作起。
图5-9 简单型加热曲线
从加热曲线可以获得两个很重要的传热特性值j值和f值。
j值是传热曲线的截距系数，表示传热滞后的程度，可由下式计算：
(5-5)
式中 RT——杀菌温度
I′T′——食品的假想初温
IT——食品的真实初温
f值是传热曲线通过一个对数周期所需要的时间。升温曲线的j和f值分别记作jh 和fh，以便与冷却曲线的j和f值区别。转折型加热曲线的第二条曲线的f值记作f2， 转折点出现的时间记作X。
图5-10 转折型加热曲线
同样从冷却曲线可以获得两个特性值记作jc和fc，jc由下式计算：
(5-6)
式中 CW——冷却水温度
使用j和f这两个传热特性值，很容易推导出食品的传热方程：
(5-7)
这个传热方程在公式法热杀菌计算中十分重要。
I′T′——食品的假想初温
t——加热时间
式中 RT——杀菌锅温度或加热介质温度
图5-11 冷却曲线