罗非鱼片的超临界CO2干燥动力学及模型

超临界CO2干燥是一种新型的干燥技术。为掌握罗非鱼片的超临界CO2干燥特性,该文研究了温度、压力和CO2流量对罗非鱼片的超临界CO2干燥动力学的影响规律,拟合了干燥曲线方程。结果表明:温度(35～55℃)对超临界CO2干燥过程有显著影响,而压力(15～35MPa)和CO2流量(15～35L/h)对干燥过程的影响相对较小;干燥方程符合Page模型。研究结果可为罗非鱼片的超临界CO2干制工业化生产和控制提供参考。     

不同干燥方法对罗非鱼片品质和微观结构的影响

为了解不同干燥方法对罗非鱼片干燥后品质和微观结构的影响,采用热风干燥、真空冷冻干燥、超临界CO2干燥等3种方法对罗非鱼片进行干燥,研究其对营养成分、微生物、感官特征、复水性能、质构特征、微观结构等的影响。结果表明:与热风干燥和真空冷冻干燥相比,超临界CO2干燥的鱼片,粗蛋白含量高,脂肪含量较低;且在杀灭微生物方面有着显著的优势;但其鱼片的收缩率和复水特性稍差于真空冷冻干燥,而其感官、质构和微观结构等品质均与真空冷冻干燥的相当,而所有品质都明显优于热风干燥;结合经济性等综合考虑,罗非鱼片应用超临界CO2干燥是可行的。研究结果可为罗非鱼片干燥技术的选择提供参考。     

紫花苜蓿茎秆在常压热风干燥中的传质模拟研究

根据斐克定律和质量守恒原理，建立了可以预测干燥过程中苜蓿茎秆内部水分分布的常压热风干燥的传质数学模型。通过对扩散模型边界条件的处理，结合紫花苜蓿茎秆内部水分扩散的干燥试验结果，采用数值模拟方法确定了干燥苜蓿茎秆的传质系数。结果表明，干燥苜蓿样本的含水率与模拟分析含水率的决定系数为R²=0.927，模拟分析具有较高的准确度。在此基础上进行的苜蓿茎秆内部水分分布的模拟计算保证了与苜蓿非稳态干燥过程的一致性。     

果蔬类多孔介质干燥传质过程的分子动力学模拟

果蔬类多孔介质内部水中溶解有大量的营养物质(溶质),在干燥过程中溶质的迁移与湿分的传递同时进行,其内部微孔内的干燥传质机理尚不明确。为了揭示果蔬类多孔介质干燥过程中内部溶液的迁移机理,确定果蔬微孔结构特性对干燥传质过程的影响规律,该研究采用分子动力学方法模拟研究了果蔬类多孔介质微孔道中的干燥传质过程,构建了光滑壁面溶液扩散过程模型与粗糙壁面溶液扩散过程模型。模拟过程采用SPC/E水分子模型,选取OPLS-AA全原子力场和正则系综,溶液势函数选用静电库伦相互作用与Lennard-Jones相互作用,中心水分子的初始速度由高斯分布给出,采用Velocity-Verlet算法,用SHAKE算法固定水分子,x、y方向施加周期性边界条件,z方向上施加固定壁面边界条件。从分子水平模拟分析了果蔬类多孔介质内部溶液的扩散过程,并以马铃薯的热风干燥试验结果进行模型的验证。得出试验值与KCl溶液粗糙壁面模型的模拟值最为接近,其最大相对误差为17.39%;与纯水模型的模拟值相差最大,说明溶质的存在对水分扩散系数的影响不可忽略,且粗糙壁面模型更接近于真实孔道结构。从径向分布函数分布可以看出K+、Cl-对水分子...     

基于数值模拟的红枣片不同干燥方式热质传递仿真与试验

为揭示并对比红枣片热风干燥、红外热风干燥及红外真空脉动干燥中的传热传质及干燥动力学特性,并填补关于果蔬红外真空脉动干燥数值模型的研究空白。该研究使用菲克扩散定律、安托因方程及比尔朗伯定律等控制方程分别建立了针对三种干燥方式的红枣片三维热质传递耦合数值模型,并利用试验数据对模型的可靠性进行验证。该研究基于枣片的实际几何尺寸进行建模并利用COMSOL求解。结果表明：1）与热风干燥相比,红外热风与红外真空脉动干燥分别缩短了46.43%和41.07%的干燥时间,且仿真结果与实测值吻合较好;2）温度场模拟图显示红外辐射可有效对红枣片内部进行加热,干燥20 min时红外热风和红外真空干燥的物料中心温度较热风干燥分别提高了11.33%和5.59%;3）模拟数据显示红外真空脉动干燥中的压力变化对干燥动力学产生了明显影响,其中含水率和干燥速率随压力脉动分别呈现阶梯状和峰状分布,并且干燥速率对压力变化的敏感性随着物料含水率的下降而下降;4）将测得的红枣片品质及质构特性与仿真数据进行综合对比,给出了关于分段组合干燥研究方向的见解,并对果蔬干燥数值模型的发展方向进行展望。该研究建立并验证了红枣片三种干燥方式下的数值模型,并结合模拟结果对各干燥过程的特点进行分析,对未来不同果蔬数值模型的建立及干燥机理的研究具有重要意义。     

适宜添加剂预处理提高罗非鱼片冻融-热泵干燥品质

为了获得添加剂预处理对罗非鱼片冻融-热泵干燥品质的综合影响,并为真空冷冻干燥提供常压低温干燥的替代比较,以罗非鱼片为试验材料,选取海藻糖、山梨醇和麦芽糊精3种添加剂,进行了不同质量分数的添加剂浸渍预处理对罗非鱼片冻融结合热泵干燥过程影响的系列试验,获得了干燥曲线,品质指标变化规律和试验条件下的最佳工艺条件,并与热风干燥,热泵干燥和真空冷冻干燥所得样品性能进行了对比试验。结果表明:合适的预处理添加剂及其质量分数能对冻融结合热泵干燥方式产生有利的促进作用,能取得提高干燥速度和改善干燥品质的双重效果,且以质量分数为15%的海藻糖溶液浸渍处理获得的效果较佳,在较佳工艺下获得的罗非鱼片的干燥品质综合评分比热风干燥和常规热泵干燥分别提高了40.18%和33.57%,相比于不经添加剂预处理的对照组有25.41%的提高,与真空冷冻干燥比仅低了4.39%,但其常压干燥条件比真空冷冻干燥的真空条件有较大程度的改善,研究结果能为水产品的常压低温干燥提供参考。     

发酵柑桔皮渣流化干燥传热传质分析

为了开发高效合理的柑桔皮渣发酵—干燥成套设备,需要进行发酵柑桔皮渣的干燥机理分析、传热传质的研究。该文采用流化干燥方法对发酵柑桔皮渣的干燥进行试验研究,建立了小型的流化床干燥试验台,分析了风速、颗粒粒径、初始含水率等对发酵柑桔皮渣流化干燥过程中传热传质的影响。试验表明：流化床的传热传质性能与流体的物理性质、操作参数、颗粒本身的物理性质以及流化床的特性密切相关。试验结果表明,传热系数沿流化床床高增加而减小,在床高4～6 cm之间,传热系数减小的幅度较大;在风速、颗粒粒径、初始含水率3个影响因素中,风速对传热系数的影响最大,当风速从2.06 m/s增大到2.75 m/s时,床高2～4 cm区域的平均局部传热系数增大了近92%。根据试验结果建立了传热传质数学模型并获得了传热无因次准则方程式,为强化传热传质以提高干燥效果提供了理论依据。     

红外联合热风干燥白萝卜片的耦合建模与热质传递分析

为寻求红外联合热风干燥过程中物料内部热量传递的物理解释,克服水分输运现象不能直观获取的问题,该研究建立白萝卜片红外联合热风干燥过程中水分和温度分布的数值模型。考虑到干燥过程中物料扩散系数动态变化,对实现精准模拟产生干扰,该研究对比考虑温度、收缩相关扩散系数两种方式下单独热风干燥及红外联合热风干燥过程中的热质传递情况并进行试验验证。考虑到二维轴对称几何结构,采用COMSOL Multiphysics 5.2a对该系统的传热传质模型进行求解。结果表明：基于收缩相关有效扩散系数能够准确描述白萝卜片在单独热风及联合干燥过程中的热质传递情况, 单独热风和红外联合热风干燥模拟值与试验值的决定系数（R2）分别为0.893和0.911。红外辐射是影响传热传质速率的主导因素。具体表现为恒定干燥温度60 ℃条件下,红外联合热风干燥比单独热风干燥物料至安全含水率（10%）有效缩短21.4%时间（90 min）,红外联合热风干燥样品比单独热风干燥物料达到设定温度值（60 ℃）缩短36.0%时间。进一步研究表明有效水分扩散系数随红外辐射温度的升高而升高,传热、传质系数对物料升温及水分脱除影响显著。该模型为其他物料在联合干燥技术的模拟研究提供有益借鉴。     

生物多孔介质热风干燥数学模型及数值模拟

为了研究生物多孔介质在热风干燥过程中的热质传递机理以及其内部应力应变分布规律,根据生物多孔介质中温度、水分及应力之间复杂的耦合关系,基于菲克扩散定律、傅立叶导热定律和热弹性力学理论,建立了对流干燥条件下,含湿多孔介质内部传热传质过程热-湿-力双向耦合的数学模型。采用有限差分法编制相应的计算程序,对其进行数值计算,数值结果与马铃薯和胡萝卜对流干燥试验结果之间的相对误差均小于5%;进一步分析了干燥特性曲线,以及温度、干基含水率和应力应变的时空分布;最后分析了风温、风速等干燥条件以及多孔介质厚度对干燥过程的影响,结果表明:在一定试验条件下,风温越高,风速越大,切片厚度越薄,干燥时间越短。研究为改善生物多孔介质热质传递现象物理机理的理解提供参考。     

梯形渠道渠底土层水分溶质运移模拟研究

建立了梯形渠道浸水过程中水盐运动数学模型及其定解条件,用混合拉普拉斯变换有限元数值解法,初步分析了其渠道浸水预溶过程渠底土层中水盐运动规律。结果表明:混合拉普拉斯变换有限元法求解梯形渠底土层水分运动和溶质运移过程,计算时间短,精度较高结果稳定,可用于梯形渠底水分运动和溶质运移的模拟。     

玉米质扩散率的研究

谷物干燥是一个复杂的传热传质过程。目前主要有三种模型用来描述谷物的干燥过程,即经验模型、半经验模型和理论模型。但是,这些模型只能给出谷物的宏观干燥过程,而不能描述谷物的传质特性。该文采用新的数学模型描述谷物的干燥过程,同时介绍了用热天平研究玉米质扩散率的方法,研究结论具有理论意义和实用价值,测试方法具有一定的通用性。     

Use of adsorbent and supercritical carbon dioxide to concentrate flavor compounds from orange oil.

Orange oil is composed largely of terpene hydrocarbons but is a source of flavor and fragrance compounds (oxygenated) that are present in low concentrations. To increase the ratio of oxygenated compounds to terpene hydrocarbons, orange oil was partially fractionated by adsorption of the oxygenated compounds onto porous silica gel, with full utilization of its adsorbent capacity, and then further purified by desorption into supercritical carbon dioxide. The desorption of 24 compounds was monitored by GC and GC-MS. Adsorption alone removed three-fourths of the terpene hydrocarbons, and fractional extraction by supercritical carbon dioxide (SC-CO(2)) improved the separation further. Response surface methodology was used in the experimental design, and regression analysis was used to determine the effects of process variables. Extraction at low temperatures and flow rates improved separation by SC-CO(2). Decanal was concentrated to 20 times that of the feed oil by using SC-CO(2) at 13.1 MPa, 35 degrees C, and 2 kg/h. The systems were operating at close to equilibrium conditions because of the fine dispersal of the oils and the excellent mass transfer properties of supercritical carbon dioxide.     

Infusion of volatile flavor compounds into low-density polyethylene

Supercritical fluids can extract components from some matrixes (e.g., fat and flavors from food) as well as infusing additives into synthetic polymer matrixes. To study the feasibility of infusing flavors into matrixes as a potential flavoring mechanism, a wide range of volatile flavor compounds was infused into a well-defined synthetic polymer (low-density polyethylene) using supercritical carbon dioxide. The polymer was then extracted, and the amount of infused compound was determined. The effects of time, temperature, pressure, rate of depressurization, volatile concentration, and volatile properties on the degree of infusion were studied. Infusion with supercritical carbon dioxide achieved much higher loadings of the polymer (0.01 to 6.87 mg/g LDPE, depending on the volatile molecule being infused) compared to those achieved by static diffusion. Forty-five volatiles were infused, from which a model was developed to predict infusion as a function of certain physicochemical properties.     

脉冲真空渗透预处理改善热泵干燥罗非鱼片品质

为了获得脉冲真空浸渍预处理条件对热泵干燥罗非鱼片品质的影响,以白度、脱水效率指数(DEI,dehydration efficiency index,)、Ca2+-ATPase活性、复水率和质构为检测指标,结合综合评分,进行了以循环率(真空维持时间/常压维持时间)、循环次数、真空压力和海藻糖浓度为预处理变化条件下单因素影响的系列试验。结果表明:在其他条件不变的情况下,每个单因素均有一个使干燥品质达到最佳的因素范围和最佳值。循环率在4∶4~5∶1min/min之间变化时,其综合品质较好,且以循环率为4∶2min/min时,综合评分达到最高。循环次数在3~5之间变化时,其综合品质与对照组相比提升幅度较高,且循环次数为4时,综合评分最高。脉冲真空压力在4~16 kPa之间变化时,对热泵干燥罗非鱼片的综合品质的提升效果较好,且真空压力为10 kPa时,综合评分最高。海藻糖质量浓度在90~170 g/L的范围内变化时,综合品质的提升效果较好,且海藻糖质量浓度在130 g/L时综合评分值最高。与常压渗透对照组相比,各品质指标都得到了不同程度的提升,各指标达到的最大升幅分别为:白度17.9%,复水率80%,Ca2+-ATPase活性93.6%,差异显著(P0.05)。脉冲真空条件下的浸渍预处理可以有效提升热泵干燥罗非片的综合品质,研究结果为改善同类产品干燥的预处理工艺提供参考。     

植物物料红茶的浸提动力学研究

分析了植物物料溶质浸出过程中在高阻力区及低阻力区中的质量传递性质，据此建立了具有快速项和慢速项的两项浸提动力学模型。建立了浸提平衡浓度、快速溶质比例及半平衡时间的三项指标评价体系，全面评价溶质浸提动力学过程。试验表明干燥方法影响着Freedom红茶产品的容积密度，导致组织收缩特性不同，溶质的浸提动力学性能亦不同。流化床干燥、薄层干燥的红茶具有优良的浸提动力学性能，真空干燥红茶的浸提动力学性能较好，盘式干燥红茶的浸提动力学性能较差，微波干燥红茶的浸提动力学性能很差。流化床干燥温度变化不影响红茶的浸提动力学性能。较小颗粒红茶具有更好的浸提动力学性能。     

稻谷颗粒内部传质及其应用

本文推导了用于分析稻谷颗粒内部水分扩散的三层体模型。并编制了用于分析干燥和缓苏过程中颗粒内部水分扩散和颗粒降水速度的模拟软件。经验证模拟结果与实验结果能很好的逼近。并利用该软件分析了颗粒内部水分的扩散过程及间歇干燥过程中间歇比和循环周期对降水速度的影响。     

果蔬干燥过程的水分跨膜传输模型构建

为了较真实地描述干燥过程中果蔬组织内水分的传输情况,该文回顾了多孔介质干燥过程及相关研究模型。针对果蔬组织生理学结构及其特征,提出了干燥过程中水分在其内部的传输模型,并通过显微图像技术及热风干燥试验对模型中相关参数进行了试验测定。建立的水分跨细胞膜传递模型有效计算了水分在果蔬组织内部的跨细胞壁传输过程。研究结果表明:果蔬组织中约90%的水分存在于细胞内;干燥过程中水分迁移的过程为:首先细胞内液泡中的水分跨细胞膜流出至细胞间隙,该过程可通过水分跨膜传输通量(JV)来计算;然后,进入细胞间隙的水分可视为一般多孔介质内的孔道水分扩散过程用传统的孔道网络模型进行计算。