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.     

山药切片热风干燥动力学试验

在风速和风量一定的条件下,研究山药在不同切片厚度和不同干燥温度的热风干燥过程;拟合出其干燥曲线,计算其XC值(临界含水量)、α值(传热膜系数)、KH值(传质系数)及其他动力学参数。结果表明,温度在60℃、山药切片厚度为3 mm时干燥情况较好,同时其对应干制品的复水性也较好,其干燥方程也符合Page模型;并且随切片厚度增大,α值与KH值均减小,但温度对二者影响并不大。     

辐照苹果热风干燥工艺的实验研究

以切片苹果为物科进行不同剂量辐照后热风干燥特性和以辐照剂量、风温及切片厚度比等因子对总降水率、维生素Vc、干制品外观质量和复水比等指标进行二次正交旋转回归的优化干燥工艺研究.结果表明,就干制品外观质量而言,以辐照剂量取中、热风温度取中和切片厚度取薄为佳;对总降水率而言,辐照剂量取大、热风温度取高、切片厚度薄时其值取大;对干制品Vc含量,辐照剂量取中、热风温度取低、切片厚度以厚时为佳;对干制品复水比,辐照剂量取高、热风温度取中、切片厚度薄时为佳.     

基于Weibull分布函数的桔梗切片热风干燥特性

为提高桔梗切片的干燥速率和品质，采用热风干燥技术对桔梗进行干燥处理，研究了干燥温度和切片厚度对桔梗切片热风干燥特性的影响，利用Weibull分布函数对干燥曲线进行拟合分析，并比较了不同干燥条件下干制品的水活度和色泽。结果表明：桔梗干燥主要为降速干燥，升高热风温度、减少切片厚度均能提升干燥速率；较适宜的热风参数为：温度55 ℃ ，切片厚度4 mm。Weibull分布函数决定系数R2的区间为0995 3～0.999 5，离差平方和2的区间为0.449 9×10-4～4.136 3×10-4，可以较好地拟合桔梗切片的热风干燥过程。尺度参数α与热风温度成反比；形状参数β主要受切片厚度影响；热风干燥技术可显著提高桔梗色差值，降低干制品的水活度。通过比较不同干燥条件下干制品微观结构的扫描电镜分析发现，热风处理可减少表细胞损伤、提高干燥速率。该研究结果可为热风干燥条件下桔梗的产业化生产提供参考。     

胡萝卜热风干燥过程热质耦合传递分析

基于Fick扩散第二定律和Fourier定律,建立了胡萝卜热风干燥的二维数学模型,模型中热空气和胡萝卜的物理性能均用局部温度和湿度值表示,用有限元软件COMSOL Multiphysics 3.3对热质耦合传递偏微分方程组进行求解,干燥过程的模型预测结果与试验实测结果相吻合,所建立的模型可以用来预测食品热风干燥过程。同时在干燥过程中初始温度、空气速度对胡萝卜水分变化影响小,干燥温度和物料尺寸大小对胡萝卜水分变化影响大。     

不同干燥方法对胡萝卜复水性及品质的影响

对用热风干燥、微波干燥及热风和微波组合干燥3种干燥方法获得的胡萝卜干制品进行了复水试验,分析了不同干燥方法及不同参数组合对胡萝卜干制品复水性和感官品质的影响。结果表明:利用不同的干燥方法所获得的胡萝卜干制品的复水性能和感官品质有明显差异,降低热风温度、缩短热风干燥时间及减小微波加热功率,均可提高干制品的复水性和质量;热风与微波组合干燥的热风温度、热风干燥后物料的含水率和微波功率分别为65℃、50%和170 W时,干制品具有理想的感官质量和复水性,其复水比为6.02。     

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。     

胡萝卜片热风干燥特性研究

胡萝卜片热风干燥的温度越高,干燥速率越快;切片厚度越薄,干燥速率越快;风速越大,干燥速率越快.当切片厚度达到某一厚度时,其对干燥速率的影响很小.     

用热风与微波组合干燥胡萝卜的工艺

采用不同参数组合对胡萝卜片进行了热风与微波组合的干燥试验,研究了胡萝卜的干燥特性,并用多因素正交试验方法,分析了各因素对试验指标的影响.结果表明:用热风与微波组合干燥胡萝卜的最佳工艺参数为热风温度65℃,微波功率为170 W,转换点物料含水率为60%;用热风与微波组合干燥的干燥速率较常规的热风干燥速率提高1.4倍以上,干制品的质量明显提高.     

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。     

不同干燥方法对紫薯干燥效率及品质的影响

【目的】为了提高紫薯干燥效率及干制品质,研究不同干燥方法对紫薯水分散失、色泽、花青素、酚类化合物及抗氧化能力的影响。【方法】采用穿流式热风干燥、鼓风干燥、气体射流冲击干燥及低氧气体射流冲击干燥4种干燥方式处理紫薯。首先探讨了穿流式热风干燥、鼓风干燥和气体射流冲击干燥3种干燥方式分别在干燥风温70℃,物料切片厚度1.93 mm以及微波预处理3 min的条件下对紫薯干燥曲线、干燥速率曲线及有效水分扩散系数的影响。其次探讨了穿流式热风干燥、鼓风干燥、气体射流冲击干燥和低氧气体射流冲击干燥4种干燥方式在干燥风温70℃,物料切片厚度1.93 mm以及微波预预处理3 min的条件下对紫薯干燥后的色泽、总花青素含量、总酚含量及酚类化合物对DPPH•清除率的影响。最后探讨了不同低氧气体射流冲击干燥风温、风速、喷嘴高度和切片厚度4个因素对紫薯干燥后的色泽、总花青素含量、总酚含量及酚类化合物清除DPPH•的影响。【结果】紫薯与大多数食品原材料在干燥过程中的水分散失规律相似。紫薯的气体射流冲击干燥、鼓风干燥和穿流干燥均属于降速干燥,物料在整个干燥过程中未有明显的恒速干燥阶段。气体射流冲击干燥最高干燥速率比鼓风干燥高84.04%,比穿流干燥高61.60%。紫薯在气体射流冲击干燥过程的前40 min内水分含量快速降低,在之后的干燥过程中水分含量却以非常缓慢的速率下降。鼓风干燥、穿流干燥和气体射流冲击干燥的有效水分扩散系数分别为9.62×10-9、10.23×10-9和15.02×10-9 m2•s-1。本研究所选鲜紫薯的总花青素含量为90.85 mg•100g-1,总酚含量为262.14 mg•100g-1,紫薯酚类化合物对DPPH•的清除率为40.84%。低氧气体射流冲击干燥比普通气体射流冲击干燥、鼓风干燥和穿流式热风干燥具有更好的干后色泽和更高总花青素含量、总酚含量及DPPH•清除率。经低氧气体射流冲击干燥后的紫薯色差值为20.35,总花青素含量为34.79 mg•100g-1,总酚含量为139.26 mg•100g-1以及酚类化合物对DPPH•的清除率为28.49%。在探讨不同低氧气体射流冲击干燥条件对紫薯品质的影响试验中,紫薯的总花青素含量、总酚含量及DPPH•清除率随着干燥风温的增加以及随着干燥风速、喷嘴高度、切片厚度的降低而降低。而色差值却随着低氧气体射流冲击干燥的风温增加及风速、喷嘴高度、切片厚度的降低而增加。且干燥后紫薯的总花青素最高保存率为59.58%,最高总酚保存率为82.35%,最高抗氧化活性保存率为82.05%。【结论】紫薯的气体射流冲击干燥与鼓风干燥和热风干燥相比具有更高的干燥效率和干后品质,且采用低氧气体射流冲击干燥可在普通气体射流冲击干燥的基础上进一步提高紫薯的干后品质。     

基于多物理场耦合的热风干燥模型及其验证

热风干燥是多物理场耦合的过程,存在热风外环境和物料内部湿热迁移共同作用.在质量和能量守恒定律的基础上应用达西定律、菲克定律、傅里叶导热定律,分别构建了热风干燥过程中物料外部与内部的流场、温度场、质量场的控制方程及模型,描述了热风干燥过程中整个干燥室内的湿热传递规律.针对油菜籽热风干燥过程,基于COMSOL Multiphysics对干燥模型进行求解并进行了油菜籽热风干燥实验,以验证模型的有效性.结果表明:物料干基含水率的模型求解结果与真实实验结果最大相对误差为13.3%;在干燥过程中物料存在干区、湿区、蒸发区之分,干区与湿区被蒸发区分开,且蒸发区逐渐由物料外部向物料内部迁移;干燥过程中干燥室内水蒸气浓度先增大后减小,且干燥室中心区域水蒸气浓度比干燥室边缘区域高;物料平均温度在干燥初期迅速上升,中期上升速度逐渐减小,后期趋于平稳且接近热风温度;干燥室边缘区域风速比中心区域风速大,热风流场在极短的时间内达到稳态,其中心区域风速接近为0.     

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。     

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。     

气体射流冲击干燥苹果片的响应面试验及多目标优化

【目的】探讨气体射流冲击干燥苹果片过程中风温、切片厚度和风速及其交互作用对V_C含量、复水比、单位能耗的影响,建立模型并进行多目标优化,以期得到品质好、能耗低的苹果片干燥工艺参数。【方法】以苹果为原料,选取气流温度、切片厚度和气流速度为因素,以苹果片的V_C含量、复水比和单位能耗为指标进行三因素的Box-Behnken响应面试验,分析影响各指标的主次因素及各因素间的交互作用,建立V_C含量、复水比及单位能耗的二次回归模型。分别用遗传算法、fgoalattain函数法、隶属度综合评价法3种优化方法进行优化,通过比较3种优化方法的结果,得到最佳工艺参数并加以验证。【结果】各因子对V_C含量影响的大小次序依次是气流温度>切片厚度>气流速度,气流温度、气流温度与切片厚度及气流温度与气流速度的交互作用极显著,切片厚度作用显著;各因子对复水比影响的大小次序依次是气流温度>气流速度>切片厚度,气流温度、切片厚度及气流速度的影响极显著,切片厚度与气流速度的交互作用影响显著;各因子对单位能耗影响的大小次序依次是切片厚度>气流温度>气流速度,气流温度、切片厚度及气流温度与气流速度的交互作用影响极显著,气流速度及气流温度与切片厚度的交互作用影响显著。建立的V_C含量、复水比及单位能耗的回归模型具有统计学意义（P<0.05）,可用于对苹果片气体射流冲击干燥指标进行分析和预测;遗传算法优化出苹果片气体射流冲击干燥的最佳工艺参数为：风温63.24℃、切片厚度2.00 mm、风速12.00 m·s ^-1,该条件下苹果片的V_C含量为66.96 μg/100 g,复水比为3.83,单位能耗为26.49 kJ·g ^-1;fgoalattain 函数法优化得到的最佳工艺参数为风温71.62℃,切片厚度2.37 mm,风速11.18 m·s ^-1,其V_C含量为64.90 μg/100 g,复水比为3.41,单位能耗为25.85 kJ·g ^-1;隶属度综合评价法优化得到的最佳工艺参数为风温63.57℃,切片厚度2.00 mm,风速12.00 m·s ^-1,其V_C含量为66.94 μg/100 g,复水比为3.80,单位能耗为26.53 kJ·g ^-1。以适应度值为评价指标,可以得出遗传算法优化的结果最好。 【结论】遗传算法可用于苹果片气体射流冲击干燥工艺中的多目标优化,最佳工艺参数为气流温度63℃,切片厚度2 mm,气流速度12 m·s ^-1,该参数下V_C含量、复水比、单位能耗分别为66.85 μg/100 g,3.78,26.59 kJ·g ^-1,可在苹果片加工中使用。气体射流冲击干燥应用于苹果片干燥具有V_C含量高、复水比高、单位能耗低等优点。     

不同干燥方法对杉木吸湿及尺寸稳定性的影响

为明确不同干燥方法对人工林杉木吸湿及尺寸稳定性的影响，以40 mm杉木锯材为研究对象，通过高温干燥、常规干燥和气干3种方法进行干燥处理，采用双室温、湿度控制法和GAB等温吸附模型拟合系统研究了干燥方法对平衡含水率、尺寸稳定性、等温吸附线型等的影响规律，并采用低温核磁共振分析测定不同干燥方法试样的细胞壁最大吸着水含量。结果表明：相较于气干及常规干燥，高温干燥可较为显著的降低试样吸湿平衡含水率及弦向线性湿胀率；不同干燥方法试样的等温吸附曲线均可由GAB模型拟合，拟合度均高于0.91，且呈现第二类等温吸附曲线特征；高温干燥试样细胞壁吸着水最大含量明显低于气干和常规干燥材，与高温干燥对平衡含水率影响规律相似。     

发芽糙米的干燥特性研究

为探讨干燥条件对发芽糙米含水率变化的影响,应用薄层干燥试验台,研究干燥温度、表现风速以及相对湿度对发芽糙米含水率变化的影响。利用Matlab软件和Excel软件处理试验数据,建立了相关的薄层干燥数学模型。结果表明,干燥温度和表现风速对发芽糙米含水率变化影响显著,而相对湿度对其影响较小;依据试验数据建立的薄层干燥数学模型可以描述和预测发芽糙米干燥过程中水分的变化规律,其相关系数为0.9854。试验结果可以为研究发芽糙米干燥过程中水分变化规律提供理论依据。