螺旋管连续流微波加热液态全蛋的数值模拟与实验验证：提升巴氏杀菌能效的新策略

本研究针对液态全蛋(LWE)巴氏杀菌过程中的能效与均匀性问题，通过设计915 MHz单螺旋管微波加热系统，结合COMSOL Multiphysics数值模拟与实验验证，发现3kW/4kW功率下出口平均温度分别为30.1±4.2°C/36.7±3.1°C，证实单螺旋管设计在加热效率与电场分布上的优势，为食品工业节能预处理提供新方案。

　　

鸡蛋作为重要的营养来源，其加工过程中的微生物安全始终是食品工业的核心挑战。尽管蛋壳具有天然屏障作用，但沙门氏菌(Salmonella enterica serovar Enteritidis)仍可通过蛋壳渗透或经卵巢感染污染蛋液。传统热杀菌方法易导致蛋白质变性且能耗高，而微波加热技术因其快速、体积加热特性成为潜在替代方案。然而，液态全蛋(LWE)在连续流微波处理中的温度不均匀性和能效问题长期制约该技术的工业化应用。

针对这一技术瓶颈，研究人员开发了配备单螺旋管的915 MHz连续流微波加热系统，通过实验与数值模拟相结合的方式探索最优参数。实验采用固定流速2 L/min，在3kW和4kW功率下测量出口七个位点的温度，获得平均温度分别为30.1±4.2°C和36.7±3.1°C。基于COMSOL Multiphysics建立的数值模型显示出高度一致性（模拟值30.0±0.2°C/36.4±0.4°C），验证了模型的可靠性。

关键技术方法包括：1）采用温度依赖性介电常数(ε′)和介电损耗因子(ε″)表征LWE的电磁响应特性；2）通过螺旋管设计增强电场分布均匀性；3）利用热电偶阵列实现多点温度监测；4）建立包含流体动力学、传热和电磁场的多物理场耦合模型。

【研究结果】
INTRODUCTION部分阐明沙门氏菌污染的两种主要途径，强调开发新型杀菌技术的紧迫性。MATERIALS AND METHODS显示LWE的介电特性随温度升高呈现ε′下降、ε″上升的趋势，这与微波能量吸收机制直接相关。Dielectric, Rheological, and Thermophysical Properties数据显示25-55°C区间内ε′从58.2降至54.1，而ε″从14.3增至16.8，这种变化直接影响微波穿透深度。

CONCLUSION部分证实单螺旋管设计在加热效率上优于双螺旋管配置，虽然管长增加未提升能效，但显著改变了电场分布模式。敏感性分析揭示传热系数和介电特性是影响模型精度的关键参数。

该研究首次系统评估螺旋管结构对LWE连续流微波加热性能的影响，证实单螺旋管系统可实现36.7°C的出口温度，满足巴氏杀菌预处理要求。数值模型与实验数据的高度吻合（误差<0.3°C）为工艺优化提供可靠工具。特别值得注意的是，温度标准差从4.2°C(3kW)降至3.1°C(4kW)，表明更高功率有助于改善加热均匀性。这些发现为食品工业开发节能型连续流微波设备奠定理论基础，据估算可减少传统热交换器30%的能耗。论文发表于《Food and Bioproducts Processing》，为T. Koray Palazo?lu和TUTA ??M?EK SEZIN团队的创新成果。