PDF《制作美味的膨化食品》

cn.

comsol.com

7 制作美味的膨化食品 康奈尔大学的一支研究团队使用数学模型对大米的膨 化过程展开了研究, 推动了食品工业的发展. 作者 lexi carver 图1. 普通蒸谷米 (上图) 和膨化后的蒸谷米 (下图) . 图2. 将米粒描绘为多孔的弹塑性固体, 其中液态水 (深蓝色) 会发生毛细扩散、 对流和相变;

由水 蒸气和空气组成的气体 (浅蓝色) 会发生主体流动、 二元组分扩散和相变;

由固体淀粉组成的结构 骨架 (浅棕色) 会发生大形变. 康奈尔大学, 美国 膨化谷物是一种在亚洲的部分地区 流行了数个世纪的零食, 这种食品近年来 风靡全球, 占据了各大超市货架. 相信您 一定不会对咀嚼米饼、 各种膨化玉米、 巧 克力威化时发出的那种美妙而清脆的声音 感到陌生. 然而另一些不悦的感觉您一定也十分 熟悉: 咬一口膨化零食, 却发现它过于柔 软、 难嚼、 干燥, 或者从包装袋中取出时就 已经受潮了 . 那么, 是什么原因导致了这些 问题呢? 米粒在膨化时, 其内部究竟发生了什 么? 如果您曾观察过这一过程, 就会发现, 米粒升温到一定程度后会突然发生膨爆, 导致形状发生变化, 就像爆米花 (图1) . 米粒的膨化过程涉及了许多物理现 象, 包括质量、 动量和能量传递间极为复 杂的相互作用, 水分快速蒸发, 材料相变, 以及压力积累和塑性变形等. 为了让膨化食品具有令顾客满意的口 感, 食品公司花费了大量的时间用于研究 如何在膨化食品中保持适当的水分含量, 并最终找到了可靠的加工条件, 能够确保 食品受潮只是一个偶然事件. 然而, 若要 将膨化方法应用于大规模生产, 食品公司 还需要对加工工艺进行优化, 使食物在加 工后的口感、 风味和水分含量保持一致, 在某些情况下, 还需要特别注意食品安全 问题. ? 探索最佳的加工条件 在获得了美国农业部(United States Department of Agriculture, 简称 USDA)农 业与粮食研究计划 (Agriculture and Food Research Initiative, 简称 AFRI)项目的研 究资助后, 康奈尔大学针对食品加工过程 中, 具有相依赖性的可变形多孔介质的传 递过程展开了研究. 一支由生物与环境工 程学院的 Ashim Datta 教授领导的研究小 组, 对蒸谷米(又称半熟米)膨化过程中 的动力学和材料特性进行了模拟1 . 想要得到最佳的食品口感, 除了需要 分析谷物膨化过程中伴随着的复杂相变、 能量传递和力学行为外, 研究人员还需要 对盐的预处理、 温度和初始水分含量等一 系列因素进行全面的研究. 此项研究工作的核心是建立一种能 够适用于多种场景的建模方法. 我们建 立了一个框架, 可用于分析食品加工过程 中涉及的物理场, 同时这一框架还具有广 泛的适用性. 例如, 油炸过程中发生的物 理现象与烘焙过程不同, 但这些物理现象 都能被涵盖在同一个框架内. Datta 教授 解释道. 接着, 他又阐述了一个食品行业 广为关注的问题, 消费者喜欢油炸食品 的口感, 却又不想因此影响健康. 也就说, 需要用其他的方法烹饪出油炸食品所具有 的口感. 为此, 食品公司正在尝试以烘焙 和 '

膨爆'

代替油炸. 他们不断对产品和 工艺进行改进. 在做出任何改动后, 都必 须重新找出新的最佳工艺条件. 而我们可 以在自己开发的框架中自由地更换条件参 数, 进而测试不同的工艺流程对食品成品 的影响. 只要能确定某种加工方法中不同 的温度和湿度组合对力学性质的影响, 便 能预测是否可以通过其他加工方法制造