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。     

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。     

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。     

牛大力微波干燥特性及其动力学模型分析

【目的】探究牛大力的微波干燥特性并分析其动力学模型,为完善牛大力微波干燥加工工艺提供参考依据。【方法】测定不同微波功率及不同切片厚度下的牛大力干燥曲线和干燥速率曲线,选用薄层干燥模型中常见的5种动力学模型（Newton、Lagarithmic、Henderson and Pabis、Wang and Singh和Page模型）对牛大力切片干燥模型进行线性拟合。【结果】牛大力的微波干燥曲线呈现加速和降速2个阶段,在同一微波功率下,牛大力切片厚度越小,干燥速率越快;在同一切片厚度下,牛大力微波功率越大,干燥速率就越快。在相同切片厚度、不同微波功率条件下和在相同微波功率、不同切片厚度条件下,牛大力切片干燥过程的水分比（MR）与干燥时间t呈非线性关系,说明模型Wang andSingh不适合用于描述牛大力切片的微波干燥特性;-lnMR与干燥时间t呈非线性关系,说明Newton、Lagarithmic和Henderson and Pabis模型也不适合用于描述牛大力切片的微波干燥特性;而ln（-lnMR）与干燥时间lnt呈线性关系,说明Page模型可用于描述和预测牛大力切片微波干燥特性。以SPSS 20.0对试验数据进行拟合,并求得牛大力微波干燥动力学模型的拟合方程ln（-lnMR）=-4.226-0.19H+0.001P+（1+0.027H+0P）lnt达极显著水平（P<0.01）,说明Page模型具有较高的拟合度,即Page模型适用于建立牛大力切片微波干燥动力学模型。经准确性检验,Page模型预测值与试验值拟合度较高,Pearson相关系数为0.999。【结论】Page模型能较好地反映和有效预测牛大力切片微波干燥过程的水分变化情况,适用于建立牛大力切片微波干燥动力学模型,且通过拟合方程能准确预测微波干燥过程某时刻牛大力切片的水分比。     

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.     

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。     

茶树花热风干燥工艺研究

采用GZ-1型干燥试验装置,在不同温度和风速条件下进行茶树花热风干燥动力学试验,获得茶树花干燥水分曲线、干燥速率曲线,分析风温、风速对干燥质量、干燥速度的影响;并通过不同干燥条件下茶树花的感观指标、多酚含量对比分析,确定茶树花较佳干燥工艺.结果表明:较佳干燥工艺为温度60～70℃、风速2.5m·s-1,干燥至干基含水量...     

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。     

湖北麦冬红外干燥特性与干燥模型

为探讨物料在红外干燥过程中的水分变化规律,以湖北麦冬为干燥原料,进行薄层干燥特性及模型研究,并以Fick定律、Arrhenius方程为依据,计算湖北麦冬在传热传质过程中的水分扩散系数和干燥活化能。结果表明,湖北麦冬的切片厚度及干燥温度对其红外干燥特性有明显影响,切片越薄,温度越高,湖北麦冬的干燥速率越快;Page模型预测值与实测值比较吻合,可用来描述湖北麦冬干燥动力学过程;在不同切片厚度和干燥温度下,有效水分扩散系数在(0.10~1.64)×10~(-10)m~2/s范围内基本上随干燥温度和切片厚度的增加而增大;麦冬切片厚度为1、2、3、4 mm的干燥活化能分别为32.88、32.12、32.49、37.09 kJ/mol。     

不同干燥工艺对恰玛古制干特性的影响

【目的】研究不同干燥工艺对恰玛古干燥持续时间、色泽、感官评价及能耗的影响,为恰玛古较优的干燥工艺提供依据。【方法】根据干燥温度、切片厚度和不同预处理方式3个重要的因素,设计三因素三水平的正交试验。【结果】提高干燥温度、降低切片厚度以及热烫的前期处理,能够明显缩短恰玛古干燥的持续时间;降低温度、氯化钠溶液浸泡的前期预处理能较好地保护原有的色泽;降低温度、降低切片厚度以及氯化钠溶液浸泡的前期预处理之后的感官评分较高;温度越高,单位时间内的能耗越高。【结论】恰玛古热风干燥较优的干燥工艺为:温度55℃,切片厚度3 mm,前期预处理的方式为氯化钠处理。     

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。     

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。     

干制红枣可溶性糖含量变化动态模型的构建

【目的】研究哈密大枣可溶性总糖和还原糖变化规律,建立可溶性总糖和还原糖变化动态模型。【方法】以哈密大枣为材料自然阴干、自然晒干、40和45℃热风干制等4种不同的干燥加工方式,研究在干制过程中不同干制方式对红枣可溶性总糖和还原糖的影响,建立可溶性糖含量变化动态数字模型。【结果】红枣中还原糖含量随着干制时间的增长而升高,红枣中可溶性总糖则随着干制时间的增加而降低。温度相对较高的干制方式对红枣中的还原糖和可溶性总糖的影响较大,变化幅度明显。除了40℃热风干制,其他3种处理模型拟合度均为R²＞0.9,拟合度较高。【结论】自然干制,45℃热风干制过程红枣中还原糖变化及45℃可溶性总糖变化很好的符合线性模型(零级模型),45℃可溶性总糖变化符合指数模型(一级模型),自然阴干和自然晒干红枣中可溶性总糖动态变化分别符合对数模型和立方拟合模型。45℃热风干制红枣品质最好,自然阴干红枣品质相对较差。