欧姆加热处理对苹果组织微观结构的破损影响研究

摘要

苹果不但具有观赏价值，同时也具有相当高的营养成分，陕西是中国苹果产量大省。苹果深加工产品对提升其附加值具有重要作用，深加工前均需要进行预处理，欧姆加热作为一种优秀预处理手段具有独到优势，但其加热条件变化对苹果样品的具体破损影响并不明确。本次研究探究了欧姆加热预处理过程中不同加热温度（55、60、63、65、70℃），加热电场强度（40、55、70、90、110V/cm），加热频率（50、250、500、800 Hz）下，三个加热参数变化对苹果组织总阻抗大小和相位角影响、Cole-Cole图的影响。并且通过实验分析比较了三种不同生物组织等效电路模型来选择最合适于苹果组织的电路模型。另外，使用所选择的模型进行等效电路模型参数拟合以分析加热条件对细胞膜的破损情况。除此之外，进行对处理后样品的压缩实验和蠕变-恢复实验研究，并通过曲线计算相关指标分析加热条件对样品压缩特性的影响，以及通过拟合柔度曲线方程参数来分析加热条件的改变对样品蠕变特性的影响。最后采用扫描电子显微镜和透射显微镜对实验结果进行验证分析，得出结论如下： （1）阻抗特性实验结果分析表明，阻抗和相位角峰值随着加热温度、电场强度的增大而减小，随着加热频率的增大而增大，且加热场强达到90V/cm后，以及加热频率降低至250Hz后，样品阻抗值几乎相同，变化幅度很小，表明加热温度和电场强度越高，加热频率越低，对细胞结构的损伤越大，且加热场强达到90V/cm，加热频率降低至250Hz后细胞组织结构几乎被破坏。随着加热温度、电场强度增大和加热频率的降低，细胞内液电阻值增大，细胞外液电阻值大小和细胞膜的电容值减小，在加热场强增大到110V/cm和加热频率降低至50Hz时，细胞膜电容略微增高，表明细胞破坏是由于细胞膜会更早由于电穿孔造成断裂。因此最佳破损条件在于频率50Hz，场强90V/cm，加热至63℃。 （2）在对三种模型进行拟合优度计算分析对比后得出，采用恒相位元件的优化模型标准差相对最小，对应复合阻抗的实部和虚部拟合结果显示相关系数分别为0.998和0.979，最近接实验测量值，拟合优度最佳，是最合适苹果组织的等效电路模型。 （3）在压缩特性实验研究中发现，未处理样品为典型固体硬材料的压缩特性，而随着欧姆加热预处理温度和电场强度的增大，加热频率的降低，对应样品断裂点的应力值和应变值越低，计算得出弹性模量和韧性值随之降低，实验结果同样说明了加热温度和加热电场强度越高，加热频率越低，对苹果组织细胞的破损影响越大，样品弹性越低。 （4）在蠕变-恢复实验的研究中发现，随着加热温度和电场强度的增大，加热频率的降低，对应样品在蠕变恢复曲线中，其应变恢复最终稳定应力值越高。从处理后样品的蠕变过程中柔度方程的参数拟合结果看来，加热过程中加热温度越高，采用电场强度越大，频率越低，其对应的蠕变柔量初始柔度减小，而延迟柔度降低，反映随着加热温度和电场强度增加，加热频率降低，细胞壁结构遭到破坏，组织整体结构变弱。 （5）通过电子扫描显微镜和透射显微观察结果可以看出，在加热到不同温度下，细胞整体结构因为热应力破坏而导致细胞塌陷，整体结构破坏加重。而在加热时采用不同大小电场强度进行加热中，场强低于90V/cm时，样品会主要受热应力而出现质壁分离，膜收缩，而在高于90V/cm场强后，样品受电特性影响更大，细胞膜在高场强下会先于收缩前即因电穿孔效应而断裂破坏。

目录

第一章 绪论

1.1 研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及技术路线

第二章 基于电特性的细胞组织破损研究

2.1 实验材料与方法

2.2 结果分析与讨论

2.3 本章小结

第三章 基于流变特性的细胞组织破损研究

3.1 实验材料与方法

3.2 结果分析与讨论

3.3 本章小结

第四章 微观结构观察分析验证加热破损情况

4.1 材料与方法

4.2结果分析与讨论

4.3加热条件对苹果组织微观结构破损分析

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结 论

5.2 创新点

5.3 展 望

参考文献

致谢

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