退火对冷冻干燥固态果蔬食品模拟体系冰晶结构和质构的影响

为探究冷冻过程中退火条件对真空冷冻干燥固体果蔬食品模拟体系冰晶结构、干燥特性、微观结构和质构的影响,该试验通过建立真空冷冻干燥果胶-蔗糖凝胶体系模拟果蔬天然网络结构,考察了不同退火条件对冷冻模拟体系的冰晶结构、冷冻干燥模拟体系的微观结构和质构等品质的影响。结果表明,退火温度范围和退火次数是影响冰晶结构、干燥过程和产品质构的重要因素。研究发现,冷冻模拟体系冰晶的直径均值、冰晶比例随退火温度范围增加和退火次数增加而降低;模拟体系的冷冻干燥速率随退火温度范围和退火次数增加而加快;冻干模拟体系的硬度和脆度随退火温度范围和退火次数增加而降低。采用0℃退火3次条件下,干燥时间最短约为14.0 h,此时模拟体系冰晶分形维数为1.616,冰晶直径极差为0.98 mm,直径切尾均值为0.16 mm,冰晶比例为75.00%,在脆度阈值为0.784 N时脆度保留效果最好,峰个数为4.33。相关性分析结果表明,模拟体系的干燥时间与冰晶直径分布的离散程度、直径均值呈正相关,与分形维数呈负相关,与冰晶的直径均值和退火到达温度呈正相关。该研究明确了退火条件对模拟体系冰晶形态和冻干后多孔结构的影响,可为真空冷冻干燥食...     

胡萝卜超声波预干燥热湿耦合迁移过程的数值模拟

为了探讨超声波对含湿多孔物料内部水分迁移过程的影响,对超声波作用下胡萝卜片预干燥过程进行了试验观测,建立了食品含湿多孔介质超声波预干燥过程热湿耦合传递的数学模型, 推导了超声波作用下含湿多孔介质中水分的有效扩散系数,对胡萝卜超声波预干燥的热湿耦合迁移过程进行了数值模拟,分析讨论了超声声强对样品干燥速率及温度的影响。研究结果表明, 超声波能有效加速胡萝卜的预干燥过程,且样品内水分扩散系数及干燥速率均随超声强度的增加而逐渐增大。当超声强度为 1.5 W/cm2 时,样品干燥速率与无超声波作用时相比提高了约 3     

基于格子Boltzmann方法分析果蔬真空冷冻干燥冻干速率

为实现果蔬真空冷冻干燥水分在线检测,研究果蔬冻干过程水分扩散运移规律及过程参数优化,该文基于格子Boltzmann方法以果蔬冻干过程孔隙度变化表达其冻干速率。由于果蔬在冻干过程中孔隙度会随着冰晶的升华而发生相应变化,水分扩散路径及孔隙度由外向内逐渐变化,运用格子Boltzmann方法和动力学能量守恒定律,模拟分析了果蔬冻干水分扩散速率变化分布情况,建立了孔隙度线性变化的多孔介质模型,结果表明多孔介质类果蔬孔隙度变化越大冻干速率就越大。试验验证以苹果为试材,在冻干1、3、5、7 h测取苹果样品含水率和对应的水分运移边界位置,并在苹果冻干样本水分运移边界处进行电镜微观拍片与孔隙度图像信息采集处理,获得相应的孔隙度试验值,通过对水分扩散边界位置与孔隙度相关性分析可知,苹果冻干过程孔隙度由内向外呈线性增加。进而导出含水率与孔隙度、孔隙度变化与干燥速率的相关关系,得知孔隙度的变化与冻干速率呈正比,试验验证与模拟结论相一致。表明多孔介质的孔隙度可作为物料内部流体传输的表征参数,可应用孔隙度的变化来表达冻干速率。该研究为冻干过程参数优化与机理分析提供了参考,在冻干水分在线监测等方面提供了应用基础。     

用低场核磁分析胡萝卜切片干燥过程的内部水分变化

为研究胡萝卜切片在干燥过程中内部水分变化的特征,采用电热恒温干燥箱在40、50、60、70和80℃的条件下对胡萝卜切片进行热风干燥试验,应用低场核磁共振(low field nuclear magnetic resonance,LF-NMR)的横向弛豫时间(T2)反演谱分析胡萝卜切片在干燥过程中内部水分的变化。试验结果表明:干燥过程改变了胡萝卜样品中水的结合状态,自由度高的水分向自由度低的迁移;随着干燥温度升高,干燥速率加快,但温度为80℃时,由于物料表面结壳阻碍了水分的外迁从而影响干燥速率。试验数据为果疏变温联合干燥工艺和干燥转换点的确定提供参考。     

鲜虾卸压超冷速冻过程中的热变化和冰晶形态

冷冻过程中样品的热变化和冰晶形态是反映冷冻方法对产品品质影响的重要特征,为了开发高品质的冷冻虾产品,研究了鲜虾在卸压超冷冷冻过程中的热变化和冰晶结构形态,分析了冷冻过程中温度变化和冰晶的截面积、当量直径、圆度和拉伸度,以及其粒径分布,并与传统冷冻法进行了比较。空气冷冻、液体浸没冷冻、卸压超冷速冻（100,150和200 MPa）形成的冰晶截面积依次分别为：5002.47,901.79,2851.93,1364.42和597.36μm2;圆度分别为0.73,0.86,0.87,0.90和0.85;拉伸度分别为2.11,1.65,1.54,1.55和1.58。试验结果表明：空气冷冻结冰所需时间最长（154 min）,形成较大且不规则的冰晶,对虾肉组织造成不可逆破坏;液体浸没冷冻速率相对较快（5.9 min）,形成的冰晶比空气冷冻的小;200 MPa的卸压超冷速冻形成的冰晶颗粒最小最均匀,冰晶形成时间最短（2.1 min）,能最大限度地保持虾的品质。研究结果为卸压超冷速冻在虾的产业化生产应用中提供参考。     

干切牛肉冷冻干燥中高速率升华条件的动态研究

该文研究了干切牛肉冷冻干燥中使升华干燥速率最大化所需要的操作条件.通过建立升华过程中冻结物料温度在Ti时冰晶以最大速率升华所允许的升华层厚度δis、升华时间tis及升华所需物料表面温度Tis的计算模型,计算了预冻终温-30、-29、-28、-26、-24、-22℃的冻结物料以最大速率升华所允许的物料厚度分别为18、15、12、8、6 mm时,升华过程中物料含水率、升华所需物料表面温度Tis;进而预测了干切牛肉冷冻干燥升华过程中制品含水率、物料中心温度随时间发生的动态变化及升华所需物料表面温度的动态值.设定干燥室压强为10 Pa,以物料表面温度预测值控制加热搁板温度开展验证实验,结果表明:物料厚度分别为15、12、8、6 mm的干切牛肉在升华干燥过程中预测含水率与实测含水率相对误差±10%,物料中心温度计算值与实测值的绝对误差±5℃,说明所建立的物料表面温度预测模型可用于6、8、12、15 mm 干切牛肉冷冻升华干燥中搁板加热温度的优化控制,比较不同厚度干切牛肉冷冻升华干燥实验的平均升华速率、脱除水分耗能,6mm厚物料在升华干燥中升华速率最大、能耗最低.     

香蕉原浆在平板接触式速冻器冷冻过程的数值模拟

该文进行了香蕉原浆在平板接触式速冻器冷冻过程的数值模拟及实验验证。数值模拟计算采用全隐格式差分方法,用水分冻结量的增量处理相变潜热。结果表明：计算值与实测点的温度值吻合良好。用所编制的程序,可获得香蕉原浆在平板接触式速冻器冷冻过程的每一瞬时的温度场和冻结界面等信息。     

前处理方法在果蔬真空冷冻干燥中的应用研究进展

真空冷冻干燥是一种能较好保持果蔬色泽及营养的干燥方式,但因能耗较大,不易推广。前处理可以有效改善果蔬真空冷冻干燥的冻干效率,降低能耗。主要介绍了超声波、漂烫、溶液处理(渗透处理、酶处理、其他试剂处理)、高压脉冲电场、真空冷却、其他处理(冻融预处理、超高压处理、二氧化碳浸渍)等前处理方法在真空冷冻干燥中的应用研究进展。     

热风干燥对果蔬薄壁组织细胞结构的影响

为了研究热风干燥过程对果蔬微观结构的影响,该文选择马铃薯、苹果、胡萝卜3种物料,运用组织石蜡制片、显微成像及图像处理技术,获得了3种物料在热风干燥过程中不同含水率下的薄壁组织细胞结构图像及各细胞结构参数的分布曲线,并分析了热风干燥对微观结构参数(细胞横截面积、周长、当量直径和圆度)的影响,建立了微观结构参数与宏观干燥参数(水分比)的拟合方程。结果表明,各细胞结构参数比与水分比之间具有线性相关性,可以用数学模型预测在热风干燥过程中苹果、马铃薯和胡萝卜的薄壁组织细胞结构随含水率的变化情况,研究结果可为控制果蔬在热风干燥条件下的品质及建立干燥过程数学模型提供理论依据。     

穿刺协同乙醇预处理对胡萝卜片热风干燥特性影响

干燥效率低导致的能耗高、品质劣变是果蔬热风干燥加工面临的严峻挑战。为改善胡萝卜热风干燥特性，该研究以横切和纵切方式获得的胡萝卜片为研究材料，对其进行穿刺（perforation pretreatment，PT）、乙醇浸渍（alcohol pretreatment，AT）和穿刺协同乙醇浸渍预处理（perforation synergistic alcohol pretreatment，PAT）。研究发现：同未预处理的胡萝卜片相比，PT、AT和PAT预处理技术的应用均显著提高了胡萝卜有效水分扩散系数及热风干燥速率，并将干燥时间缩短10.61%～50.00%，其中PAT样品干燥时间最短。相同预处理方式下，纵切的胡萝卜片相比于横切表现出较高的有效水分扩散系数、较快的干燥速率及较短的干燥时间。进一步，我们提出了PAT预处理具有较高干燥效率的“三重奏机制”：预脱水降低干燥负荷、毛细管流促进水分传质、细胞通透性的增强降低水分传质阻力。在品质方面，PAT预处理显著改善了纵切胡萝卜片的体积收缩、复水性、色泽、总类胡萝卜素和抗坏血酸含量、抗氧化活性及风味等品质特性。因此，为高效获得品质相对较优的脱水胡萝卜，可在其纵向切片后进行PAT预处理。该研究为改善胡萝卜热风干燥提供了一种简单有效的预处理技术，同时也为其他果蔬提质、增效、节能干燥提供参考。     

苹果冷冻-热风联合干燥体积收缩机制

为降低冻干苹果能耗，同时获得具有良好外观的脱水产品，该研究将冷冻-热风联合干燥应用于苹果脱水加工，并从水分迁移角度探究此过程中产品的收缩机制。选取4个水分转换点（干基含水率分别为1.00、0.76、0.53和0.33 g/g）对苹果进行联合干燥处理，并对脱水产品收缩率、质构特性、微观结构、孔隙分布及样品在热风干燥阶段的水分迁移与分布进行测定及分析。结果表明，联合干燥样品的收缩情况显著（P<0.05）优于单一热风干燥样品，且转换点对样品收缩率影响较大（收缩率6%～45%），当转换点干基含水率低于0.53 g/g时，联合干燥样品没有出现明显的体积收缩现象。随着转换点干基含水率的升高，样品的收缩程度增大，并出现不同程度的中心塌陷，且孔隙率逐渐减小，但相应能耗降低。产品收缩主要发生在热风干燥过程的升速阶段，在此阶段样品自由水含量大幅减少，结合水与不易流动水未发生明显改变，样品内部水分在湿度差的作用下向表面迁移，这是导致联合干燥样品发生体积收缩的关键机制。该研究结果可为冷冻-热风联合干燥高效生产良好外观的脱水苹果提供数据支撑及理论参考。     

基于相场法的液态食品冷冻浓缩冰晶生长数值模拟

旨在建立冷冻浓缩过程冰晶生长的数理模型,用以微观上分析冰晶夹带造成液态食品中溶质损失的问题。探讨结晶时间对冰晶形貌的影响。采用国内外描述相变微观结构的相场模型,将液态食品体系视为水和溶质二元结构,模拟冰晶生长的演变过程。研究等温结晶情况下,计算时间对冰晶生长形貌的影响及其对冰晶内部溶质浓度分布的影响。模拟结果表明,随着时间的延长,冰晶形貌逐渐变大,主干变细,二次分枝乃至三次分枝更加发达;同时,冰晶所包含的溶质浓度越大,各区域的溶质浓度分布也随之改变。由于溶质再分配,冰晶溶质分布曲线存在着波峰与波谷,波峰对应着来不及扩散溶质的冰晶尖端,波谷对应着冰晶固相。结果启示,在等温情况适当控制结晶时间将有效控制冷冻浓缩过程冰晶的形貌演化,降低液态食品冷冻浓缩过程的溶质损失。为进一步研究各种因素对冰晶生长的影响提供理论依据,从而为改进冷冻浓缩工艺、推进其工业化提供技术支持。     

真空冷却预处理在微波冻干胡萝卜片中的应用

为了探讨真空冷却预处理在微波冻干工艺中应用的可行性,该文以WDG-5型微波冻干设备为平台,以胡萝卜为试验原料,开展真空冷却预处理工艺试验以及3组不同工艺方法包括真空冷却后无冷库冻结、真空冷却后再冷库冻结、无真空冷却处理对微波冻干的影响研究。真空冷却工艺试验中,在真空泵和冷阱制冷机组满负荷运转的工况下,预处理22 min后胡萝卜片达到冰点,物料失水16.5%,在预处理60 min后,物料表层和芯部温度分别为-41.2、-29.5℃,物料总失水20%。3组冻干试验中,与无真空冷却处理组相比,真空冷却后无冷库冻结组、真空冷却后再冷库冻结组的干燥初期微波安全加载功率相对较高,冷冻干燥时间缩短了2 h,总耗电分别节省了17.3%、19.9%;3组试验的冻干胡萝卜片在含水率、复水率、颜色等指标方面均无显著差异,真空冷却后无冷库冻结组、真空冷却后再冷库冻结组的胡萝卜片维生素C保存率均超过80%,而无真空冷却处理组维生素Ｃ保存率为68%。结果表明,在胡萝卜片微波冻干工艺中应用真空冷却预处理技术,有效改善了冻干初期的微波低压放电问题,缩短干燥时间,降低能耗,并提高维生素Ｃ保存率。     

土体冻结过程中基质势与水分迁移及冻胀的关系

土体冻结过程中不同位置液态水的能量差引起了水分迁移与重分布,进而引发冻胀,关于势能差驱动下的冻土水分迁移问题一直由于技术手段的匮乏而没有完全解决。利用新近推出的可用于冻土水热研究的p F meter基质势传感器与5TM水分传感器,实时监测研究饱和青藏红黏土单向冻结过程中基质势-液态含水率-温度-含冰量-水分迁移量-冻胀变形之间在时间、空间上的耦合变化关系。结果表明:土体温度场变化引起内部液态水相变,打破了原有的能量平衡,试验结束后12~14 cm土样高处含水率最高达到55%,靠近冻融交界面处(10 cm)的未冻区含水率减小至25.8%,水分整体向冷端发生迁移;土体冻胀的快慢及冻胀量大小与水分迁移速率及数量具有线性关系;试验后土体内总含水率的分布与分凝冰透镜体的分布一致,已冻区液态含水率的分布与温度梯度近似成线性关系,未冻区液态含水率的分布与水分的迁移量有关,与温度梯度无关。此外,温度场对水分场的变化具有诱导作用但二者并不同步,当冻结速率减小到一定程度时水分才开始迁移,第10小时后温度场趋于稳定而水分迁移并未停止。研究成果揭示了土体单向冻结过程中液态水、基质势、温度等物理参数的动态变化过程及内在联系,为冻胀机制的研究以及冻胀模型的建立提供了试验基础。     

香葱叶柄超声热风干燥工艺优化及品质分析

为探究超声预处理对香葱叶柄干燥效率和干燥产品品质的影响,本研究采用Box-Behnken响应面法对超声处理香葱叶柄的条件进行优化。通过测定干燥速率、复水比、L值、硫代亚磺酸酯和蒜氨酸保留率,利用归一化法进行综合评分。结果表明,超声波预处理的优化参数为:超声功率697.66 W、超声频率46.23 kHz、超声时间5.78 min,在此条件下综合评分为0.84。验证试验表明,优化条件下综合评分为0.82,误差为2.38%,表明优化结果具有可操作性,优化的超声预处理工艺能够提高香葱叶柄的干燥效率且能够改善其干燥品质。本研究结果为香葱叶柄干制产业化发展提供了一定的理论依据。     

热板-微波联合真空冷冻干燥茭白工艺优化

为降低新鲜茭白冻干作业能耗,提高冻干成品的品质,以总能耗、体积保留率、复水比、色差值为考察指标,开展了热板冻干、微波冻干、热板-微波联合冻干试验研究。研究表明:35℃热板冻干后茭白品质好,但能耗高;60℃热板冻干能耗低,但水分升华过快对茭白微观结构造成较大破坏,降低了茭白品质;采用35℃热板冻干8 h后,再采用60℃热板冻干或3 k W微波冻干可有效降低冻干能耗,同时冻干后茭白品质良好。在此基础上,采用均匀设计法,开展热板-微波联合冻干工艺参数优化试验研究,通过逐步回归分析,得出了冻干总能耗、体积保留率、复水比、色差关于加热板温度、脱水转换点、微波功率的三元二次回归方程,并通过四维切面等位线图分析了上述4个考察指标受3个试验因素取值变化的影响机理。最后,采用综合加权评分和逐步回归分析得出综合指标关于加热板温度、脱水转换点、微波功率的回归方程,进一步确定加热板温度为30℃、脱水转换点为72%、微波功率为3 k W为最优的热板-微波联合冻干工艺参数,此时综合加权评价指标值76.07,总能耗、体积保留率、复水比、色差分别为90.6 k W·h、51.86%、10.59、4.32。该研究为制定产品优良、高效节能的冻干工艺提供参考。     

片状食品微波干燥热质传递模型及其干燥特性

为了探索片状食品微波干燥规律，以土豆片为试验模型，对片状食品进行了微波干燥试验和数值模拟研究，获得了土豆片温度变化规律和相应的干燥特征曲线；探讨了微波能水平和切片厚度对干燥过程的影响；根据热平衡和扩散方程建立相应的模型并采用有限差分法求解，试验值与模型计算值基本吻合。土豆片微波干燥经历预热、恒温、快速升温3个阶段：在预热阶段物料干燥脱水少；在恒温阶段物料干燥失去大部分水分；在快速升温阶段物料干燥速率减小，其温度快速上升。恒温阶段物料温度随切片厚度和微波能水平增加而增高；干燥速率不受物料切片厚度变化影响，但随微波能水平增加而增大。     

高效节能的真空带式连续干燥设备介绍

真空带式连续干燥是一种新兴的干燥方式，它不仅具有普通真空干燥的所有优点而且更加高效、节能，其作业时间约为真空冷冻干燥的1/5，且品质相当；该方法适用于固体、液体、高粘性流体，能够连续运作；设备一次性投资适中，运作成本较低，值得在大规模工业生产中使用推广。由于此类设备在国内刚开始研制应用，扼要介绍真空带式干燥设备的原理、特性及系统。     

干切牛肉冷冻干燥中解析干燥过程的动态模拟及优化

该文通过对干切牛肉冷冻干燥中解析阶段含水率、物料温度的动态模拟及干燥速率与耗能分析,确立干切牛肉冷冻干燥中解析干燥的优化操作条件。通过建立解析阶段中脱除水分所需干燥时间以及相应的物料表面温度、物料中心温度的数学模型,并假设解析干燥过程中物料含水率由升华结束时的10.0%下降到干燥结束的0,以含水率变化为自变量,模拟了物料厚度为6、8、12、15 mm的干切牛肉在干燥室压强10 Pa,加热板温度80℃的操作条件下含水率、物料温度随时间的动态变化。以所建模型预测厚度7、9、10、11、12、13、14 mm的干切牛肉在该操作条件下含水率、物料温度的动态值及解析干燥周期。验证试验表明：预测与实测含水率相对误差小于10%,物料中心温度计算值与实测值的绝对误差小于5℃,说明所建模型可用于模拟、预测6～15 mm干切牛肉冷冻干燥中解析干燥阶段的参数变化。比较不同厚度干切牛肉冷冻干燥中解析干燥阶段的干燥比耗时、干燥效率,结果是采用6 mm厚度切片进行干燥,生产单位产品耗能最低,且生产率最大。     

Simultaneous Preservation of Soil Structural Properties and Phospholipid Profiles: A Comparison of Three Drying Techniques

There is a need to simultaneously preserve evidence of interactions between the biological community and soil structural properties of a soil in as near an intact (natural) state as possible.Three dehydration techniques were implemented and assessed for their ability to minimise disruption of both biological and physical properties of the same arable soil sample.Dehydration techniques applied until samples were at constant weight were i) air-drying at 20℃ (AD); ii)-80℃ freeze for 24 h,followed by freeze-drying (-80FD); and iii) liquid nitrogen snap freeze,followed by freeze-drying(LNFD) and were compared to a moist control.Physical structure was determined and quantified in three dimensions using X-ray computed tomography and microbial phenotypic community composition was assessed using phospholipid fatty acid (PLFA) profiling.This study confirms that any form of dehydration,when preparing soil for simultaneous biological and physical analysis,will alter the soil physical properties,and cause some change in apparent community structure.Freeze-drying (both the LNFD and -80FD treatments) was found to minimise disruption (when compared to the moist control soil) to both the soil physical properties and the community structure and is a preferable technique to air-drying which markedly alters the size and character of the pore network,as well as the phenotypic profile.The LNFD was the preferred treatment over the -80FD treatment as samples show low variability between replicates and a fast turn-around time between samples.Therefore snap freezing in liquid nitrogen,followed by freeze drying is the most appropriate form of dehydration when two sets of data,both physical and biological,need to be preserved simultaneously from a soil core.