随着人们生活水平的提高,由大豆、鸡蛋、牛奶等浆状材料加热凝固成凝胶状蛋白凝胶类食品因其极高的营养价值和多样的风味口感深受人们喜爱。而蛋白凝胶类食品加热和保温凝固阶段中的加热速率、保温温度、保温时间等直接影响蛋白凝胶类食品的凝胶形成速率、凝固程度及质构品质,且目前没有独立制作多种蛋白凝胶类食品的装置。因此,为了降低蛋白凝胶类食品的制作难度,提高制作效率及品质,本文设计了一种基于欧姆加热的蛋白凝胶类食品加热凝固装置,通过精确控制加热速率、保温温度、保温时间等可实现一键式制作多种蛋白凝胶类食品和液态食品热处理。(1)确定欧姆加热凝固装置总体设计方案:根据装置的功能需求,确定蛋白凝胶类食品欧姆加热凝固装置的总体设计方案。该装置主要由装置外壳、加热内胆、控制面板、控制主板、开关及电源插座等组成。设计欧姆加热凝固装置结构,并试制样机。加热内胆采用食品级玻纤增强型PP板材料热焊接成型;试制样机外壳采用ABS材料3D打印成型。(2)设计欧姆加热凝固装置控制系统硬件电路:进行控制系统硬件电路设计。PWM交流过零调功模块包括PWM控制电路、驱动电路;信号采集模块包括电压采集电路、电流采集电路、温湿度采集电路;辅助功能模块由串口通信电路、功能按键电路、LCD液晶显示电路、LED状态指示电路、蜂鸣器报警发声电路组成;DC5V开关电源模块由EMI滤波电路、整流电路、TL431三端稳压基准控制电路组成。最终实现各硬件模块集成,完成主控板PCB印制。(3)设计欧姆加热凝固装置控制系统软件程序:在硬件电路基础上,进行模块化C语言程序设计,实现各模块功能。主程序协调调用各个子程序,实现控制系统整体控制;PWM调功子程序分别采用基于前馈-反馈加热速率控制算法和基于PID保温控制算法来调节加热功率进行加热速率、保温控制;串口发送子程序通过单片机串口向上位机实时发送数据;LCD1602显示子程序将系统运行过程中的相关数据实时显示给用户;功能按键子程序实现系统启动、结束、显示界面转换和参数设置。蜂鸣器子程序驱动蜂鸣器发出开机、启动、按键操作、错误故障及工作结束提示音;信息采集子程序通过AD转换子程序和温湿度采集子程序分别转换并读取电压、电流、温度值。(4)检测欧姆加热凝固装置控制性能:进行整机装配及装置调试,通过加热速率及保温控制实验,检验欧姆加热凝固装置控制精度和加热效率。结果表明:当设定加热速率为6℃/min、8℃/min、10℃/min、12℃/min、14℃/min、16℃/min、20℃/min时,牛奶温度和时间的决定系数R2为0.998~0.999,呈高度显著线性相关;相对误差为-1.38%~2.56%;当设定保温温度为60℃、70℃、80℃、90℃时,温度波动小,最大相对温差≤1℃。装置控制系统对欧姆加热速率具有较好的控制效果,且能有效减小超调量,较精确的控制温度恒定,装置加热效率最高可达96.8%。(5)完善欧姆加热凝固装置一键式制作功能:通过设计不同正交试验,进行多种典型蛋白凝胶类食品制作实验(豆腐、鸡蛋牛奶布丁、豆浆、酸奶等),确定多种蛋白凝胶类食品最佳制作工艺,完善装置一键式制作功能。通过实验结果分析,确定最佳制作工艺组合:内酯豆腐(0.35%GDL含量、95℃保温温度、6℃/min加热速率、15min保温时间);鸡蛋牛奶布丁(85℃保温温度、8℃/min加热速率、15min保温时间);豆浆(95℃保温温度、6℃/min加热速率、10min保温时间);酸奶(6%蔗糖量、1%乳酸菌接种量、40℃保温温度、4.5h保温时间)。最终编写一键式参数设定程序,实现装置一键式制作功能。