主题演讲视频:模拟蜂窝食品的干燥

2018年12月25日

优化食物脱水过程可能很棘手,但对于粮食短缺的地区是有用的,并且必不可少。Empa的Thijs Defraeye在2018年Comsol会议的主乐动滚球app下载题演讲中,讨论了他的团队如何使用多尺度建模来了解软性蜂窝食品的干燥过程。如果您错过了他的演讲,则可以观看演示文稿的视频录制,并阅读下面的摘要。

Thijs Defraeye讨论优化食物干燥过程

使用多尺度建模分析细胞食品的干燥

脱水某些食物可以使它们得以保存并享受超过其“使用”日期。在脱水过程中,食物内的水活性减少,这会减慢细胞某些特性(例如酶)内的反应速率。这意味着食物可以在淡季存储和使用。

正如Thijs DeFraeye在他的演讲中解释的那样,尚未在世界范围内使用的干燥方法。例如,太阳干燥(认为​​晒干的西红柿)有缺点。阳光和湿度的各个地方可能会有所不同,而在没有霉菌的情况下,阳光需要相对较长的时间才能将食物干燥至“安全极限”。

那么,我们如何找到一种更理想的脱水食物并检查细胞塌陷而不会浪费众多苹果呢?DeFraeye和他的团队模拟了多孔材料和空气的共轭耦合,以观察食物如何与环境相互作用以及如何通过实验观察到无法看到的不同方法。

单个细胞如何处理脱水

Defraeye和他的团队模拟了水果样品单个细胞上的脱水(通过X射线断层扫描分割)。然后,他们记录了各种干燥过程对细胞的影响,以分析样品的干燥动力学以及食物样品的总体质量后含水。该单个细胞的微观模型的性质可以缩放到宏观模型,以显示相似过程如何影响较大的水果样品。

EMPA的Thijs Defraeye提出了模拟细胞食品的干燥。
从视频中:Empa的Thijs Defraeye讨论了干果的多尺度建模。

微观模型表明,在脱水过程中,细胞膜的渗透性可能会改变。此外,它显示了如何在细胞周围形成干屏障,从而防止进一步的脱水和细胞塌陷。但是,EMPA的问题仍然存在:如何优化干燥过程,进一步将其化为工业化?

建模多孔材料和空气相互作用

由于DeFraeye和他的团队正在研究将在全球范围内运作的解决方案,因此他们需要找到适合各种条件的脱水过程。食物受周围的空气和环境的影响,其脱水可能会受到湿度,温度和阳光的影响。DeFraeye讨论了他的团队如何使用ASHRAE®气候数据库,该数据库内置在ComsolMultiphysics®软件中,以模拟不同地理位置的天气条件,并了解气候如何影响干燥过程。

Thijs Defraeye的照片在2018年Comsol会议上进行了主题演讲。乐动滚球app下载

该团队开发了一种使用COMSOL多物理学的结合模型,该模型显示了多孔材料和空气的偶联耦合。该模型展示了如何发生各种脱水过程,并通过特定的空气流量计算为特定情况产生更准确的结果。

了解如何在此中多孔介质中建模热量和水分的运输以前的博客文章

建模电水动力学脱水

在电氢动力学脱水系统中,空气在局部被电离,离子击中了中性空气分子,该空气分子在没有任何移动部位(例如风扇叶片)的情况下产生空气流动。这使水果脱水,带来了更快的干燥时间而不牺牲质量的额外好处。同样,电水力动力学脱水是一种非热的选择,具有分散的空气流量和较低的能源消耗(尽管弗雷耶(Defraeye)指出的最后一个方面是有争议的)。

EMPA团队使用COMSOL多物理学来查看电水动力学脱水系统的发射器和收集器的哪些布置可能会使大量的水果脱水。他们发现,可以使用电线到网格的方法将大量的果实均匀地干燥,并将干燥速率提高了两倍,而不会降低产品质量。

Defraeye结束了他的主题演讲,称他和他的同事们正在继续在优化食物干燥过程方面的工作,因为“故事从未完成”。

是否想了解有关多孔材料的多尺度建模的更多信息?查看视频这篇文章的顶部

Ashrae是美国供暖,冷藏和空调工程师Inc.的注册商标。


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