苦瓜微波-热风振动床干燥湿热特性与表观形态研究

为探索热风对苦瓜片微波干燥特性、湿热特性与表观形态的影响，利用微波-热风振动流化床干燥机，研究了新鲜苦瓜片在不同微波-热风组合方式下的干燥动力学特性、热像变化、水分状态分布、色泽以及微观结构的变化。试验结果表明：热风对微波振动流化床干燥有显著影响，微波0.6W/g、微波0.6W/g+热风60℃+风速3m/s、微波0.6W/g+热风70℃+风速6m/s比单独热风70℃+风速3m/s的干燥时间分别缩短56.4%、70.5%和75.6%。在表观形态上，单独热风干燥的脱水苦瓜片与新鲜苦瓜片色泽最为接近，两组微波-热风组合干燥所得样品色泽优于单独微波干燥。在湿热特性上，微波-热风组合干燥后期物料温度均匀性显著优于单独微波干燥，4种干燥方式下NMR波谱下的水分信号逐渐降低，且主峰向左移，水分的活跃程度降低，MRI信号显示，热风能改善微波干燥过程中水分分布均匀性。扫描电镜观测表明，单独热风干燥对保持脱水苦瓜片细胞完整性效果最明显，微波-热风组合干燥的细胞完整性显著优于单独微波干燥。微波-热风组合振动流化床干燥工艺在保证被干物料品质前提下还极大提高了物料干燥效率，缩短了干燥时间。     

微波流态化干燥姜片复水能力和物性分析

针对微波干燥对脱水蔬菜复水能力和应用品质的影响,研究了在单位质量微波功率为0.6、0.9、1.2 W/g的微波流态化干燥(MFD),及在75℃电热鼓风干燥(AD)条件下干燥姜片的复水特性。试验发现,微波干燥姜片的复水能力要弱于热风干燥。随着水浴温度的升高,各组产品的复水能力增加,复水比之间的差距缩小。经动力机械分析仪(DMA)测定复水姜片的蠕变特性,微波流态化干燥所得姜片在复水后的硬度大,在不同微波功率间的差异不明显。通过扫描电子显微镜(SEM)发现,微波流态化干燥姜片的微观结构变化远大于热风干燥。结合干制品的复水和蠕变过程,分析认为姜片组织结构的变化会影响水分的渗透与吸收。复水能力是脱水蔬菜品质的重要指标,改进后的微波-电热鼓风干燥能在保证工作效率的基础上,改善微波干燥产品的复水能力。     

微波流态化干燥姜片工艺与品质分析

研究了不同微波功率下,微波流态化干燥姜片的工艺和品质。在工艺参数比较适中的0.7 W/g的微波功率下,姜片流态化干燥时间为1.83 h,与75℃热风干燥相比干燥时间缩短了6.67 h,且维生素C保有率优于热风干燥。然而,微波流态化干燥,姜片的微观结构和复水能力都发生了明显的变化,当干基含水率降到200%以下,姜片的感官品质变化很快。发挥微波流态化干燥的相对优势,需要控制干燥后期的降水速度,这也是改进工艺的研究重点。     

微波-热风振动流化床干燥机设计与试验

针对微波干燥中场强分布不均、物料微波能吸收能力不同导致的微波加热不均匀现象,结合微波干燥的高效性、流态化干燥的均匀性以及热风干燥辅助去除水汽的功能,设计了一种实现干燥均匀性的微波-热风振动流化床干燥机,主要由振动流化床系统、热风系统、微波加热系统、测温系统和控制系统等组成。采用Ansoft HFSS软件对微波加热仓磁控管不同开口位置进行仿真分析,得到多馈口激励最佳方案。结果显示,物料高度距离箱底不变的情况下,4个微波馈入端口的位置相对于原始端口位置外移30 mm,物料表面场强分布更加均匀。以新鲜毛豆仁为例,对该机的性能和加热均匀性进行试验验证,结果表明:设计方案和控制系统方案可靠,微波-热风振动流化床干燥下毛豆仁的干燥时间为54 min,比单独微波流化床干燥的干燥时间缩短34. 1%,比微波-热风组合干燥的干燥时间缩短12. 9%且产品均匀性显著提高。     

胡萝卜片微波-热风滚动床干燥物料特性研究

为了改善微波干燥果蔬的物料特性,通过搭建的微波-热风滚动床干燥(Microwave-hot-airflow rolling drying,MARD)试验台,研究了胡萝卜片在MARD不同干燥阶段的热像变化,通过低场核磁共振分析与成像(Low-field nuclear magnetic resonance analysis and imaging,NMR/MRI)研究了胡萝卜片在MARD不同干燥阶段水分状态和水分分布,试验还测得在对应干燥阶段胡萝卜片介电常数ε'和介电损耗因子ε″的变化规律。通过分析物料的脱水过程和干燥品质发现,MARD过程干燥速度逐渐降低,物料温度分布均匀,随着干燥进行温度稳定在设定范围; NMR波谱下的水分信号量逐渐降低且主峰向左移,水分的活跃程度降低; MRI信号显示,MARD干燥过程中水分分布均匀;随着MARD进行,物料介电常数ε'和介电损耗因子ε″显著降低,边缘部位介电损耗比心部低,随着干燥的进行,这种差别逐渐减小,说明由介电特性差异导致的微波干燥不均的影响在MARD过程中减弱。     

微波干燥姜片模型建立与去水机理分析

研究了姜片在单位质量微波功率0.8、1.2、1.6 W/g(干基)条件下的干燥过程,拟合分析了微波流态化干燥姜片的数学模型,认为Wang-Singh模型最适合描述微波干燥姜片的降水过程。通过核磁共振(NMR)技术研究了姜片干燥过程中水分的流动特点,发现干燥过程中自由水很快转变成不易流动的束缚水,整个干燥过程以干燥束缚水为主;在最后阶段束缚水降低到一定程度,结合水含量增加;微波流态化干燥过程中去水不均的现象没有完全消除。研究为控制微波干燥姜片的降水过程和工艺优化提供了理论依据。     

不同微波环境下苹果片干燥特性分析

为了提高新鲜苹果片的干燥效率和干燥品质,通过低场核磁共振分析与成像（NMR/MRI）等研究了微波热风流化床干燥、微波真空干燥、电热鼓风干燥3种干燥工艺中苹果片的水分迁移状态和热像特征;通过色差仪等研究了不同工艺条件下脱水苹果脆片的色泽、质地和微孔结构。结果表明,随着干燥过程的持续,主信号量A2i峰值向左偏移,水分的主要状态逐步变成不易流动水和结合水,其中热风干燥工艺前半个干燥周期总信号量A2下降较快,表明越到最后,物料表面结壳阻碍水分传递,水分干燥越困难;微波热风流化床干燥的温度场均匀性要高于微波真空干燥,表明热风和流化床对改善微波干燥的均匀性有积极作用。在物料特性方面,负压环境能改善苹果片的氧化褐变,但微波干燥产品在色差参数ΔE上的稳定性有待提高;同时微波真空干燥过程具有膨化效应,产品压缩应力最小、微孔结构明显,最适合开发苹果片产品。     

微波红外振动床协同干燥机设计与试验

针对农产品加工中微波干燥不均和红外干燥穿透能力有限等技术问题,研制了微波红外振动床协同干燥（MIVBD）设备。在结构设计上,通过COMSOL仿真分析谐振腔场强分布的均匀性,并优化了微波源馈波口布置。设备通过多孔面板将红外源与微波谐振腔隔离,在保证红外热量高效辐射的同时,确保微波、红外二者互不干扰。振动系统采用聚苯硫醚等谐振腔内部材料和钢结构外部材料制成,通过振动电机和橡胶弹簧带动物料振动。以高含水率生姜片为典型物料,对MIVBD设备的干燥效率、均匀性和色泽等相关品质进行试验研究,当物料温度超过上限温度时微波和红外停止工作,结果发现,微波红外振动干燥比微波红外干燥时间缩短了14.29%,微波红外振动干燥时温度不均匀系数最小（2.28%）,并且微波红外振动干燥显著降低了干燥能耗,改善了相关品质。