黄芩红外干燥特性及动力学模型研究

为研究黄芩的红外干燥特性及动力学模型,对不同温度(60、70、80℃)和根直径(1.12、0.84、0.56、0.44 cm)的黄芩进行红外线(红外)干燥,检测并计算水分比、干燥速率等干燥特性参数,拟合建立干燥动力学数学模型。结果表明,干燥温度和直径对黄芩干燥速率均有影响,干燥温度越高,干燥用时越短,直径越大,干燥用时越长,降速阶段为黄芩红外干燥的主要阶段。通过拟合黄芩干燥动力学数学模型发现,Page模型对黄芩干燥过程的拟合性较好,模型的预测值与试验值吻合性好,可以用来预测和描述黄芩红外干燥的失水过程;黄芩干燥过程中的水分有效扩散系数(Deff)在1.429 84×10~(-10)~5.004 46×10~(-10)m~2/s范围内,且随着温度的升高,Deff增大;黄芩红外干燥平均活化能为61.527 8 kJ/mol,表明黄芩红外干燥的主要阶段为降速阶段,Page模型适合预测和描述黄芩的失水过程。     

苦瓜片气体射流冲击干燥特性及干燥模型

【目的】提高苦瓜片的干制品质、缩短干燥时间,通过研究不同条件下气体射流冲击技术对苦瓜片干燥特性的影响,并根据干燥过程中水分的变化规律确定最适干燥模型。【方法】利用实验室自制气体射流冲击干燥机干燥苦瓜片,探讨不同风温(40、50、60、70和80℃)、风速(9、10、11、12和13 m·s~(-1))和切片厚度(2、3、4、5和6 mm)对物料干燥特性和水分有效扩散系数的影响,计算出干燥活化能。以确定系数(R~2)、卡方(χ~2)及均方根误差(RMSE)为评价指标,并利用Origin 8.0软件将试验所得数据与5个常用的干燥模型进行拟合,筛选出最适干燥模型,建立模型参数与干燥条件之间的关系,并检验干燥模型的预测效果。【结果】苦瓜片的气体射流冲击干燥属于降速干燥,没有明显的恒速干燥阶段。在试验条件下,风温、风速和切片厚度对苦瓜片在气体射流冲击干燥过程中的干燥特性均有一定影响,风温越大、切片厚度越小、风速越大,物料的干燥速率越大,水分比下降越快,干燥所需时间越短,但风速的影响远不如风温和切片厚度明显。通过费克第二定律可以计算出苦瓜片在干燥过程中的水分有效扩散系数,且随着风温、风速和切片厚度的增加而增加,最高的有效扩散系数为2.9668×10~(-9) m~2·s~(-1)。通过阿伦尼乌斯公式可以计算出苦瓜片干燥过程中所需的活化能Ea为29.89 kJ·mol~(-1)。所选的5个模型均具有较高的拟合度(R~20.98),都能较好的预测苦瓜片在气体射流冲击干燥过程中水分的变化规律,其中Two term exponential模型具有最大的确定系数R~2(0.99937)、最小的卡方值χ~2(0.00876)和均方根误差RMSE(0.000077),是苦瓜片气体射流冲击干燥的最适模型。【结论】风温、风速和切片厚度对苦瓜片气体射流冲击干燥过程中的干燥曲线、干燥速率曲线和水分扩散系数均有影响,且风温切片厚度风速。在风温40—80℃,风速9—13 m·s~(-1),切片厚度2—6 mm范围内,Two term exponential模型的拟合度最高,模型可有效描述苦瓜片在气体射流冲击干燥过程中的水分变化规律。     

牛大力切片热风干燥特性及其动力学模型建立

【目的】探讨不同热风温度、切片厚度及装载量对牛大力切片热风干燥速率的影响,并建立牛大力切片热风干燥动力学模型,为牛大力干燥工艺探索提供理论依据。【方法】以热风温度（50、60、70、80℃）、切片厚度（2、4、6、8mm）和装载量（100、200、300 g）为考察因素,实时测定各条件下牛大力切片热风干燥过程中水分变化,对常见的5种干燥模型进行筛选,并计算干燥过程中的有效水分扩散系数和活化能。【结果】随着热风温度的升高,切片厚度和装载量的降低,牛大力切片的干基含水量明显减少,干燥速率明显增加。牛大力切片在热风干燥过程分为加速和降速2个阶段,其中大部分干燥过程为降速阶段。牛大力切片热风干燥动力学模型符合Page模型,该模型预测值与试验值拟合度较高（R2=0.969）,拟合方程为ln （-lnMR）=-3.174-0.242H+0.029T-0.006L+（0.721+0.015H+0.002T）lnt,可求得-k=e（-3.174-0.242H+0.029T-0.006L）,n=0.721+0.015H+0.0027,不同干燥条件下牛大力切片的有效水分扩散系数在1.62114×10-10~12.96913×10-10 m2/s,均随着热风温度的升高和切片厚度的增加,总体呈上升趋势;活化能为60.7388 kJ/mol。【结论】Page模型可较好地描述不同切片厚度的牛大力切片热风干燥过程中水分的变化规律,且通过拟合方程能较准确预测热风干燥过程中某时刻牛大力切片的水分比。     

基于Weibull分布函数的胡萝卜切片远红外干燥过程模拟及应用

【目的】探讨胡萝卜切片远红外干燥的最优工艺参数,研究不同干燥条件对胡萝卜干制品平均干燥速率、单位能耗和品质指标的影响.【方法】以干燥温度、切片厚度和辐照距离为试验因素进行胡萝卜的远红外干燥特性试验,利用Weibull分布函数对胡萝卜切片的远红外干燥过程进行模拟,比较不同干燥条件下胡萝卜干制品的指标变化.【结果】干燥温度、切片厚度和辐照距离对胡萝卜的干燥特性曲线均有显著的影响;Weibull分布函数拟合的决定系数R~2值均在0.98以上,离差平方和χ~2值均很小;尺度参数α随着干燥温度、切片厚度和辐照高度的增加而呈现减小的趋势,形状参数β大于1;估算有效水分扩散系数D_(cal)在0.435×10~(-7 )～3.080×10~(-7 )m~2/s之间,有效水分扩散系数D_(eff)在1.542×10~(-9 )～5.011×10~(-9 )m~2/s之间,均随着干燥温度、切片厚度和辐照高度的增加而增大;对比不同干燥条件下干制品的总色差值、单位能耗和平均干燥速率,发现远红外干燥技术对总色差值的影响不显著,对单位能耗和平均干燥速率的影响显著.对比热风干燥和远红外干燥方式下干制品的微观结构,发现远红外干燥可以增加物料内部微孔道的数量,提高干燥速率.【结论】Weibull可以较好地描述胡萝卜的远红外干燥过程,远红外干燥技术可以改善胡萝卜干制品的品质,减少单位能耗,缩短干燥时间.     

紫薯气体射流冲击干燥效率及干燥模型的建立

【目的】为了提高紫薯干制品质、提高干燥效率,研究不同条件对紫薯气体射流冲击干燥特性的影响并筛选出最适干燥模型。【方法】采用自制气体射流冲击干燥机干燥紫薯片,探讨风温、风速、预处理和切片厚度对物料干燥特性和水分有效扩散系数的影响。利用数据统计对6个干燥模型进行拟合筛选。【结果】与大多数食品物料干燥试验结果一样,紫薯的气体射流冲击干燥主要属于降速干燥。预处理可增加物料初温且使物料更快达到干燥环境温度,但降低干燥速率并延长干燥时间。干燥速率随着切片厚度增加而降低,但随着风温和风速的增加而增加。物料厚度和风速对物料升温影响小,但风温对物料升温有较大影响,随着风温增加会延长物料达到干燥环境温度所需时间。有效扩散系数随着片层厚度、风温和风速的增加而增加,最高有效水分扩散系数为7.0033×10-10 m2•s-1。所有模型都能较好地描述紫薯气体射流冲击干燥过程中紫薯的水分变化规律,其中Modified Henderson and Pabis模型有最大确定系数,最小卡方值和均方根误差。【结论】风温、风速、切片厚度、预处理对紫薯气体射流冲击干燥曲线、干燥速率曲线和温度、有效水分扩散系数均有影响。在风温50—80℃,风速10—13 m•s-1且切片厚度为1.87—4.80 mm条件下,Modified Henderson and Pabis模型是拟合紫薯干燥曲线的最适模型。     

胡萝卜切片的超声强化远红外干燥特性及动力学模拟

为探讨超声波对远红外干燥过程的强化效果,以胡萝卜切片为干燥材料,研究不同超声频率、超声功率和超声处理时间条件下,胡萝卜切片的干燥特性和品质变化规律,并用Weibull函数对干燥过程进行动力学模拟。结果表明:随着超声频率、超声功率和超声处理时间的增加,干燥时间明显减少,干燥速率显著增加;Weibull分布函数可实现较高的模型精度,拟合结果的决定系数R~2值均在0.97以上,离差平方和χ~2值均很小,尺度参数α随着超声参数的增加而呈现减小的趋势,表明超声强化的干燥过程由内部的水分扩散阻力控制。估算有效水分扩散系数D_(cal)为3.601×10~(-8)～5.317×10~(-8) m~2/s,有效水分扩散系数D_(eff)为3.535×10~(-10)～5.601×10~(-10) m~2/s,均随着超声频率、超声功率和超声处理时间的增加而增大;并且随着超声频率、超声功率和超声处理时间的增加,胡萝卜干制品的总色差值总体呈现上升趋势,胡萝卜切片细胞中微孔数量增多,热质迁移效率增大,干燥速率显著提高。     

基于Weibull分布函数的槟榔干燥模拟

本文利用Weibull分布函数描述槟榔在不同干燥方式(烘箱干燥和热风干燥)、不同干燥温度(60、80和100℃)下的干燥过程,并模拟和分析了其干燥动力曲线。结果表明,Weibull分布函数能够很好地模拟槟榔在试验条件下的干燥过程;尺度参数α随着干燥温度的升高而减小;尺度参数β对干燥温度影响很小。干燥过程中的水分扩散系数Dcal分布在0.1123×10-7~0.4105×10-7 m2·s-1之间,在烘箱干燥和热风干燥方式下的干燥活化能分别为33.19和32.55 k J/mol。     

地黄浸膏超声真空干燥特性和动力学研究

地黄浸膏具有黏性大、透气性差、对热敏感等特点,难以实现快速高品质干燥。利用自制超声真空干燥装置对地黄浸膏进行干燥,对干燥产品的形态结构和指标成分(梓醇、毛蕊花糖苷)进行分析,以期探讨干燥温度、超声功率、真空度对地黄浸膏干燥效率的影响,并进行超声真空干燥模型研究,确定不同干燥条件下地黄浸膏的有效水分扩散系数并建立数学模型。结果表明,超声真空干燥方法能明显提高地黄浸膏的干燥速率,且干燥产物疏松多孔,粉体性质优良,主要指标成分含量较高。Page模型能准确描述地黄浸膏超声真空干燥过程。有效水分扩散系数D在(1.87~5.65)×10~(-8)m~2/s范围内随着干燥温度、超声功率、真空度的升高而增大,干燥过程中水分的平均活化能为32.729 k J/mol。     

钩藤恒温干燥模型及其动力学研究

筛选中药材钩藤的最佳干燥模型并对其动力学参数进行测定;采用常见的10种干燥模型对中药材钩藤在45、55、65和75℃条件下得到的干燥曲线进行拟合,以相关系数(R~2)、卡方(X~2)和均方根误差(RMSE)作为其拟合优劣性评价的指标,再综合分析模型常数,最终筛选出钩藤的最佳干燥模型;干燥模型Newton为中药材钩藤的最佳干燥模型;其水分扩散系数D值的范围为1.96×10~(-10)到5.18×10-10m~2·s~(-1),活化能为30.37 KJ/mol;中药材钩藤的干燥过程可以通过数学模型进行很好的拟合,该研究过程可为其他藤茎类中药材的干燥研究提供参考。     

鸡腿菇热风干燥漂烫预处理试验

为了完善鸡腿菇热风干燥工艺,提高鸡腿菇热风干燥产品品质,采用随机区组设计2×5复因子试验,研究漂烫方式和漂烫时间对鸡腿菇干燥产品复水比和色差的影响,在最佳漂烫预处理工艺下研究鸡腿菇热风干燥特性。结果表明,鸡腿菇通过100℃水蒸气漂烫15 s后进行热风干燥,可使干燥产品有最大复水比和最小色差,Logarithmic模型对干燥过程的拟合程度最高,有最大R~2(0.997 0),最小χ~2(0.000 359 8)、RMSE(0.015 87),在热风温度为55℃、热风风速为1.35 m/s、切片厚度为4 mm的干燥工艺下,模型方程为MR=0.969 1e~(-0.039 3t)+0.026 6。计算得出,在本试验条件下鸡腿菇热风干燥有效水分扩散系数D=5.19×10~(-10) m~2/s。研究结果可为鸡腿菇热风干燥工艺条件控制提供参考。     

金钱草多糖对片烟干燥动力学特性的影响

【目的】考察金钱草多糖保润剂对片烟原料干燥过程的影响规律,为从动力学角度理解保润剂对片烟原料的保润效果奠定理论基础。【方法】测试施加金钱草多糖保润剂的许昌片烟(X2F)原料在不同干燥温度的水分含量变化,确定原料水分散失的薄层干燥动力学方程,获得内部水分有效扩散系数及干燥活化能。【结果】金钱草多糖可增强片烟原料的持水能力,显著降低原料的干燥速率常数和水分有效扩散系数,添加纯水和施加保润剂原料的水分有效扩散系数分别在1.286 8×10-12～1.671 8×10-12m2/s和1.074 0×10-12～1.611 0×10-12 m2/s之间,干燥活化能分别为8.42 kJ/mol和13.9 kJ/mol。【结论】金钱草多糖可提高片烟原料的保润性能,二项分布指数函数模型和Page模型可较好地描述片烟原料水分散失历程,为从动力学角度理解保润剂对片烟干燥过程中水分散失的影响提供了思路。     

云当归干燥特性及动力学研究

[目的]研究云当归切片干燥特性,解决云当归的干制问题。[方法]利用干燥试验,研究不同干燥温度和切片厚度对云当归干燥速率和品质的影响,通过水分比变化拟合干燥动力学数学模型。[结果]干燥温度和切片厚度对云当归切片的干燥速率有显著影响。干燥温度越高,干燥用时越短;切片厚度越大,干燥用时越长。Page模型对云当归切片干燥过程的拟合性较好,模型预测值与试验值吻合性好,可以用来预测云当归切片的干燥过程。采用4~6 mm厚度的切片,在60~70℃热风干燥温度下,云当归干制品中阿魏酸与蒿苯内酯的含量最高。[结论]该研究结果为实现云当归的工业化生产提供技术支持。     

不同干燥工艺对新疆主要制干葡萄干燥特性的影响

【目的】研究不同制干工艺对新疆主要制干葡萄品种无核白和无核白鸡葡萄干燥特性的影响,为新疆葡萄干燥工艺的改进提供理论依据。【方法】对晾干和晒干干燥过程中的水分变化规律进行数学分析,研究葡萄的干燥特性。【结果】晒干工艺葡萄的失水速率高于夜间,葡萄干燥过程中白昼失水速率是夜间的2.00~6.14倍。干燥初期晒干工艺条件下无核白鸡心葡萄失水速率是晾干的1.21~3.12倍。葡萄果实干燥模型宜选用Page模型,晒干工艺条件下葡萄果实的有效水分扩散系数分别是晾干工艺的3.14和3.18倍;无核白鸡心葡萄果实的有效水分扩散系数高于无核白葡萄,晒干条件下无核白鸡心葡萄和无核白有效水分扩散系数分别为6.023 16×10^-8 和2.615 45×10^-8 m²/h;晾干条件下2种葡萄果实的有效水分扩散系数分别为1.892 12×10^-8 和8.308 75×10^-9 m²/h。【结论】2种干燥工艺下,白昼的干燥速率显著高于夜间,得到了不同干燥工艺和不同葡萄品种的有效水分扩散系数。     

莲藕片热风干燥特性及动力学模型

为研究莲藕片热风干燥特性,探讨了不同装载量和热风温度对莲藕片薄层热风干燥过程的影响。根据试验数据建立了莲藕片热风干燥水分比与干燥时间关系的动力学模型,并对模型进行拟合,最后计算了莲藕片热风干燥条件下的有效扩散系数。结果表明,莲藕片热风干燥过程符合Page模型,经验证,模型预测值与试验值拟合良好;莲藕片热风干燥有效扩散系数在0.831×10-7~3.516×10-7m2/s范围内。Page模型适用于描述莲藕片热风干燥过程。     

传统干燥工艺条件下葡萄制干特性及干燥模型研究

【目的】研究传统葡萄干燥工艺对葡萄果实干燥特性及水分扩散系数的影响,为新疆葡萄制干干燥理论提供理论依据。【方法】采用晾干和晒干两种传统的制干工艺制干,分析制干工艺对葡萄干燥特性及水分扩散系数的影响,建立干燥动力学模型。【结果】晒干工艺条件下,环境中的最高温度显著高于晾干环境中温度,最低温度低于晾干环境中最低温度。晒干条件下,葡萄果实的干燥速率高于晾干方式。通过对4种模型的拟合分析,Page模型是最符合葡萄干燥的模型,决定系数R²值最大,卡方检验值χ²和均方根误差R²均值最小,分别为0.998 2、8.55×10^-4和0.001 5。通过有效水分扩散系数计算,晒干和晾干工艺的有效水分扩散系数分别为2.036 25×10^-8、6.468 8×10^-9,晒干工艺的有效水分扩散系数明显大于晾干方式的有效水分扩散系数。【结论】Page模型可以有效的阐述传统葡萄会干工艺条件下葡萄果实水分的变化规律。     

玛咖冷风干燥特性及品质特征研究

为提升玛咖干制品品质,采取冷风干燥进行脱水处理,研究不同干燥温度(20、30、40℃)和进口风速(1、2、3 m/s)对玛咖冷风干燥特性及品质特征的影响,在Weibull分布函数的基础上对玛咖冷风干燥曲线进行拟合并分析整个干燥过程,利用Fick第二扩散定律对玛咖冷风干燥有效水分扩散系数进行计算,采用模糊数学法对干燥产品进行感官评价。结果表明:随着进口风速和干燥温度的增加,玛咖冷风干燥耗时明显降低,且干燥温度增加对干燥耗时的降低效果更佳; Weibull分布函数能够准确描述(R~2 0. 99)玛咖冷风干燥过程中水分比随干燥时间的变化规律,不同干燥条件下玛咖冷风干燥Weibull分布函数的形状参数均小于1,整个干燥过程为降速干燥,主要受物料内部水分扩散的控制;玛咖冷风干燥有效水分扩散系数为5. 21×10-10~9. 32×10-10m~2/s,且随干燥温度和干燥风速的增加而增大;玛咖冷风干燥温度过高或进口风速过大会降低消费者对其干制品的接受程度。因此,将冷风干燥技术应用于玛咖脱水处理中,能够在降低干燥耗时的同时提升产品品质。     

基于气味在线检测的苦瓜微波干燥过程

采用基于气味在线检测的微波干燥试验系统,研究干燥温度(50℃、65℃、80℃)、切片厚度(2 mm、4mm、6 mm)对苦瓜微波干燥过程的影响。利用表面声波式电子鼻在线采集恒温干燥过程中的挥发性气味,通过分析干燥特性、气味峰面积曲线、气味散失强度寻找气味散失规律,结合干燥后品质确定一种较优的干燥方案。结果表明:苦瓜气味峰面积散失规律与水分散发规律具有一定的一致性;干燥温度较切片厚度对苦瓜气味散失、干燥速率的影响更大;50~80℃区间内干燥温度越低、切片厚度越大时,气味峰面积越小且变化越平稳、气味散失强度越低。综合来看,微波干燥温度65℃、切片厚度2 mm,气味峰面积变化较平稳,气味保留较佳,干燥速率适中,且干燥后品质较好。     

核桃气体射流冲击干燥特性及干燥模型

目的】研究不同条件对核桃气体射流冲击干燥的影响,提高核桃干制品质、缩短干燥时间,得到干燥所需活化能并筛选出最适干燥模型。【方法】采用热管和自制气体射流冲击节能干燥技术相结合的方法,利用9组试验,探讨了不同射流风温（40、50和60℃）、介质风速（11、12和13 m·s^-1）对物料干燥特性、有效水分扩散系数和活化能的影响,同时通过数据统计对5个干燥模型的拟合筛选,建立5个干燥动力学模型,分别为Page模型、Modified Page模型、Logarithmic模型、Herdenson and Pabis模型和Lemus模型,利用DPS软件对数据进行处理,拟合后得到最终的普遍适用的水分比MR与时间t的参数方程。【结果】与大多数食品物料的气体射流冲击干燥试验类似,核桃的气体射流冲击干燥主要属于降速干燥,没有恒速干燥阶段。风温对核桃气体射流冲击干燥的各个阶段影响均较大,风温越高,水分比下降越快,干燥速率越高。风速对干燥时长几乎无影响,但对于表面水分汽化阶段的速率具有一定影响,能够在这一阶段使干燥速率加快,对内部水分转移阶段的干燥速率几乎无影响。利用这一特点可以采用不同时段改变风温风速的方法,既缩短干燥时长又达到节能目的。总体来说对缩短干燥时间的影响顺序为：风温＞风速。核桃气体射流冲击干燥的有效扩散系数随风温升高而增加,风速对其几乎无影响,通过费克第二定律求出了干燥过程中核桃的有效水分扩散系数,其值为0.9674×10^-11-2.2231×10^-11m²·s^-1,由于其具有外壳等结构,所以比一般的食品物料的有效水分扩散系数低1-3个数量级。活化能随风速增大而增加,最低的活化能为27.644 kJ·mol^-1。5个模型均具有较高的拟合度,能较好地对核桃气体射流冲击干燥进行描述,其中Modified Page模型有最大的确定系数R²、最小卡方值（χ²）和均方根误差（RMSE）。以Modified Page模型,通过DPS软件进行回归,建立了在风温为40-60℃,风速为11-13 m·s^-1条件下核桃物料气体射流冲击干燥普遍适用的水分比MR与时间t的参数方程。【结论】射流风温与介质风速对核桃气体射流冲击干燥曲线、干燥速率曲线、有效水分扩散系数和活化能均有影响。根据在不同条件下得到的拟合值与试验组测定的观察值进行拟合比较,以风温为50℃、介质风速为13 m·s^-1时干燥最佳。Modified Page模型与Page模型均适合描述在风温为40-60℃,风速为11-13 m·s^-1条件下的核桃气体射流冲击干燥。而Modified Page模型拟合程度更高,是核桃气体射流冲击干燥最优模型。     

方便米粉高温高湿干燥过程水分的扩散特性

对方便米粉在高温高湿条件下干燥的水分扩散特性进行了研究。结果表明 ,方便米粉干燥的水分扩散系数为 (1.5～ 3.8)× 10 -11m2 /s。在较高相对湿度 (6 0 % )下 ,水分扩散系数随含水量下降而减小。在较低相对湿度 (2 7% )下 ,水分扩散系数随含水量下降而增大。相对湿度对干燥过程的平均水分扩散系数的影响呈先下降后上升的趋势 ,在相对湿度为 4 0 %左右时 ,扩散系数最低。方便米粉的干燥能为 2 10 0 0～ 2 4 0 0 0kJ/kmol。随相对湿度的增加 ,干燥能呈先上升后下降的趋势 ,当相对湿度在 35 %～ 4 0 %时 ,干燥能最大。     

马铃薯微波干燥动力学建模与仿真

采用自制微波热风耦合干燥系统,对马铃薯丁在不同微波功率(600、900、1 200和1 500 W)干燥下的温度和含水率进行试验,得到马铃薯微波干燥曲线、干燥速率曲线以及干燥的最佳微波功率密度,建立马铃薯丁微波干燥动力学模型和有效水分扩散模型。将马铃薯丁的有效水分扩散系数模型代入到COMSOL Multiphysics软件中,建立电磁场、固体传热和稀物质传递三场耦合模型,结果表明,马铃薯丁的微波干燥速率经过270 s的加速期后,便进入降速期,微波干燥的最佳微波功率密度为6 W/g,其干燥模型可用Page方程描述,马铃薯丁微波干燥有效水分扩散系数为4.35×10–9~9.02×10–9 m2/s。