牛肉干中红外-热风组合干燥工艺中水分迁移规律

为研究牛肉干中红外-热风组合(combined mid-infrared and hot air,CMIHA)干燥过程中水分迁移的规律,进而阐明这种干燥工艺的合理性,在干燥温度70℃,辐射强度0.48 W/cm2,辐射距离8 cm,风速1 m/s的条件下,通过对比牛肉干CMIHA干燥和热风(hot air,HA)干燥的干燥曲线、热收缩率及测定水分扩散率、内外温差等指标,研究了牛肉干CMIHA干燥过程中水分迁移变化;借助水分低场核磁共振波谱(low field magnetic resonance spectroscopy,MRS)及氢质子成像(magnetic resonance imaging,MRI)技术分析牛肉干CMIHA干燥和HA干燥过程中水分的状态变化及分布,比较2种干燥方法对牛肉干内部3种状态水的横向弛豫时间、含量、信号幅度及H质子密度的影响,揭示CMIHA干燥牛肉干水分迁移规律。结果表明,与HA干燥相比,CMIHA干燥能够显著提高(p0.05)干燥过程中牛肉干的内、外部温度及其温差,显著降低牛肉干收缩率(p0.05),从而提高CMIHA干燥的水分扩散率(p0.05),加快水分的迁移,提高干燥效率(p0.05);这是由于干燥初期CMIHA干燥能够显著提高牛肉干不易流动水和自由水的横向弛豫时间(p0.05),加快内部不易流动水向自由水的转变,不易流动水的含量、信号幅度显著降低(p0.05),自由水的含量、信号幅度显著提高(p0.05),促进自由水扩散至物料表面而散失;此外,2种干燥方法对牛肉干干燥过程中结合水的影响差异不显著(p0.05)。研究结果为CMIHA干燥在牛肉干生产上的应用提供了理论依据。     

直触式超声功率对梨片超声强化热风干燥水分迁移的影响

为探讨直触式超声对梨片热风干燥过程的水分迁移强化效应,在不同超声功率下进行梨片超声强化热风干燥试验,应用低场核磁共振(low-field nuclear magnetic resonance,LF-NMR)技术的自旋-自旋弛豫时间T2反演图谱及磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)技术分析超声功率对梨片干燥过程中内部水分状态与迁移变化的影响。结果表明:梨片热风干燥属于内部扩散控制,在梨片热风干燥过程中施加超声有利于增强内部传质、加快干燥进程;干燥温度为45℃时,超声功率升至12、24、36、48 W时,对应平均干燥速率比0 W时分别提高了13.1%、49.1%、83.6%、139.34%,表明提高超声功率有利于提高脱水速率。扫描电镜(scanning electron morphology,SEM)观察发现,施加超声会导致梨片组织微细孔道的增大与增多,从而有利于水分迁移。LF-NMR结果表明,超声功率越大,自由水、不易流动水和结合水的峰面积A值变化越显著,表明提高超声功率有利于提高水分流动性;结合干燥特性可以看出,干燥过程中首先除去的是自由水,超声功率由0 W升至48 W,自由水完全被脱除时间由720 min缩短至360 min,表明超声在自由水存在的情况下能实现较好的声波能量传递及内部水分湍动,进而产生显著的水分迁移强化效果;超声功率越大,不易流动水和结合水的脱除速率加快,表明提高超声功率可增强超声的高频振动和扩张作用,有利于减弱组织结构对水分的束缚力并增强水分流动性。MRI图像直观显示出梨片干燥过程中水分减少和水分空间分布变化规律,超声功率越大,H+质子密度图红度值下降越快,说明提高超声功率有利于加快水分迁移速率。研究结果可为超声强化热风干燥的理论研究及技术应用提供参考。     

挂面干燥过程水分迁移规律及其对产品质量影响研究

为揭示挂面干燥过程水分状态、含量动态迁移规律,阐明干燥条件对水分动态迁移过程的影响,探讨挂面干燥过程水分动态迁移规律及其与产品质量的关系,本试验以小麦品种永良4号为原料,设计干燥温度(30、40℃)、相对湿度(65%、75%、85%)两因素不等水平全排列组合试验;利用“食品水分分析技术平台”实时监测干燥过程水分状态动态变化,并测定干挂面收缩率及抗弯曲特性。结果表明,不同干燥组合条件下,挂面干燥过程水分可区分为强结合水、弱结合水、自由水,横向弛豫时间分别为：T₂₁,0.06～0.187 ms;T₂₂,0.811～5.722 ms;T₂₃,34.305～242.013 ms。干燥过程中,随着干燥时间的延长,T₂₁、T₂₂呈下降趋势,T₂₁较T₂₂更快达到平衡状态;T₂₃呈“下降-上升-缓慢下降”趋势;挂面中强结合水绝对含量(W₂₁)、弱结合水绝对含量(W₂₂)均呈逐渐下降趋...     

基于低场核磁共振的热风干燥猕猴桃切片含水率预测模型

为研究猕猴桃切片热风干燥过程中水分迁移规律,该试验通过对猕猴桃切片进行热风干燥,考察不同干燥温度（70、80、90 ℃）、切片厚度（3、4、5 mm）下的干燥特性。试验采用直接干燥法测定含水率,运用低场核磁共振技术（Low-Field Nuclear Magnetic Resonance,LF-NMR）分析热风干燥过程中猕猴桃切片内部水分分布状态与变化规律,建立动力学模型,验证并预测。结果表明：猕猴桃切片热风干燥开始为外部控制,随后属于内部扩散控制,水分有效扩散系数范围为1.58×10-7～4.18×10-7 m2/s,扩散效率随温度升高而增大。升高温度能显著提高猕猴桃干燥速率,可加快结合水、不易流动水以及自由水的迁移。自由水和结合水先于不易流动水发生变化,自由水含量在干燥前期逐渐下降,此过程中不易流动水和结合水含量均表现为先升高后降低的趋势。当自由水被脱除后,不易流动水和结合水含量依次达到最大值;此后,随着干燥的进行,不易流动水逐渐被脱除,此时结合水含量开始下降直至干燥结束。整个干燥过程中,猕猴桃切片部分自由水先转化为不易流动水和结合水,结合水与不易流动水相互转化,循环往复伴随整个干燥过程。以干燥过程中的自由水、结合水、不易流动水的核磁峰值总和、切片厚度和干燥温度为自变量,猕猴桃切片含水率为因变量,进行多元线性回归分析,建立含水率预测模型,模型的拟合优度为0.982。结果表明,低场核磁共振技术结合数学模型可用于描述猕猴桃切片热风干燥过程,可实现对猕猴桃切片干燥过程中含水率的快速、无损检测,研究结果可为猕猴桃热风干燥工艺和过程设计提供理论依据。     

基于低场核磁共振技术研究不同干燥方式对海鲜菇复水及品质特性的影响

为探索不同干燥方式对海鲜菇复水及品质特性的影响,分别采用真空冷冻干燥(不加热冻干、加热冻干、热泵干燥、热风干燥4种干燥方式对海鲜菇进行干制,结合海鲜菇干品的质构特性和复水率,通过低场核磁共振技术动态分析海鲜菇干品复水过程中水分的迁移和分布规律,并通过线性回归分析不同干燥方式与海鲜菇干品核磁参数、质构特性与复水率的相关性...     

超声预处理对猕猴桃水分状态及热风干燥特性的影响

为了进一步明确超声预处理技术对猕猴桃及其热风干燥的作用效果,该文研究了200～600 W超声功率和10～30 min超声时间对猕猴桃片中水分状态和分布、营养成分和后续热风干燥过程中干燥特性、水分迁移规律,以及干燥后样品的微观结构、色泽和质构特性的影响.超声预处理能够引起猕猴桃片中水分流动的变化和重新分布,从而加快热风干...     

不同干燥方式下调理猪肉干品质变化及其机制

为进一步明确干燥方式对调理猪肉干品质特性的影响及其机制,该研究分别采用热风干燥（Hot Air Drying,HAD）、真空冷冻干燥（Vacuum Freeze Drying,VFD）和对流烤箱干燥（Convection Oven Drying,COD）方式制备调理猪肉干,对干燥特性和剪切力、色泽、水分活度、感官特性、蛋白质体外消化率等品质指标进行测定,并结合水分迁移规律、微观结构、肌肉氧化特性等指标和化学计量学方法,揭示干燥方式对其品质变化的影响。结果表明：干燥方式对调理猪肉干的干燥速率、剪切力、水分活度、色泽、蛋白质体外消化率等均有显著影响（P<0.05）,其中COD处理通过不断产生热循环,由内而外加快了样品中水分的迁移和蒸发,使干燥速率提升33%,VFD处理组样品剪切力、水分活度、红度值（29.96 N、0.637和2.49）远低于其他2组,而亮度值、色彩强度值和蛋白质体外消化率较高。此外,低场核磁共振显示结合水是调理猪肉干内部水分的主要组分,而COD样品中结合水的弛豫时间最短,表现为持水力较佳,同时其蛋白质氧化、交联和聚集程度较低,使得体外消化率和感官得分最高,进一步综合偏最小二乘回归（Partial Least Squares Regression,PLSR）结果可知,采用COD处理能有效保证加工后的调理猪肉干具备更好的品质,该结果为调理猪肉干在干燥过程中的品质控制及高效加工提供了理论基础。     

不同预处理对铁皮石斛热风干燥特性及品质的影响

为了优化铁皮石斛干燥工艺,降低其品质劣变风险,对热风干燥前的铁皮石斛鲜条进行直接剪切、烫漂和冻融预处理。研究不同预处理条件的铁皮石斛干燥特性和品质变化;利用低场核磁共振技术分析预处理对铁皮石斛干燥过程中水分迁移的影响。结果表明,预处理是影响铁皮石斛热风干燥过程的重要因素。与直接剪切相比,烫漂和冻融预处理提高了水分有效扩散系数,缩短了干燥时间,降低了能耗,尤以冻融预处理最为显著,干燥时间缩短了44.4%,能耗降低了42.76%（P<0.05）。微观结构观察表明,烫漂和冻融预处理使铁皮石斛组织间隙变大,细胞壁受到破坏,减弱了铁皮石斛组织对水分的束缚并增强了水分流动性,引起水分的重新分布,有利于水分迁移。低场核磁共振技术分析显示,干燥过程中去除的主要是自由水,烫漂和冻融预处理均降低了自由水的脱除时间,冻融预处理去除自由水的时间最少,为120 min。与直接剪切相比,冻融预处理提高了铁皮石斛干品中多糖和多酚的含量,分别提高了10.66%和12.32%,而烫漂预处理降低了铁皮石斛多糖和多酚的含量,分别降低了11.73%和14.73%,3种预处理铁皮石斛生物碱含量差异不显著（P>0.05）。总之,冻融预处理方法可以降低铁皮石斛干燥品质劣变风险,研究结果为石斛加工规范化生产提供参考。     

基于LF-NMR及不同干燥方法的哈密瓜片含水率预测模型

为建立稳健、适用范围更广的哈密瓜片含水率预测模型,采用不同干燥方法(热风干燥(Hot Air drying,HA)和红外辐射干燥(Infrared drying,IR)),在相同温度水平下(50、60、70℃)对哈密瓜片进行干燥,采用低场核磁共振技术(Low-Field Nuclear Magnetic Resonan...     

相对湿度对胡萝卜热风干燥过程中水分迁移和蒸发的影响

为揭示相对湿度对胡萝卜热风干燥过程中内部水分迁移和表面水分蒸发的影响,以及物料表面结壳的成因,该研究在干燥温度60 ℃、风速3.0 m/s时,研究了恒定相对湿度（relative humidity,RH）（20%、30%、40%和50%）、第一阶RH 50%保持不同时间（10、30、60和90 min）而后降为20%,以及基于物料温度自动控制相对湿度干燥条件下的内部水分迁移量（D）、表面水分蒸发量（E）、表面水分累积量（Q）、物料微观结构和复水率。结果表明,恒定RH干燥条件下,D随干燥时间逐渐增大而后趋于稳定,E随干燥时间逐渐增大而后降低。RH越高,物料升温速率越快,D越大;RH越低,E越大。RH为20%、30%和40%时,Q=0的时间分别为1.11、1.36和1.70 h,并在此时刻之后物料表面出现明显结壳现象,且RH越大,出现结壳时机越晚;RH为50%时未出现Q<0,可能未出现明显的结壳现象。Q>0时,干燥速率与Q值变化趋势一致;Q<0时,对应干燥速率减小。RH为50%保持30 min后降为20%时,Q=0的时间为1.39 h,相对于RH 20%的干燥条件能够提高物料温度和内部水分迁移速率,延迟结壳发生的时机,干燥时间缩短了18.5%。自动控湿干燥条件下,Q在0～0.25 h内迅速增大,对应干燥速率迅速升高。在0.25～0.50 h内逐渐下降,在0.78～2.00 h内,Q值共出现3个零点,且在Q=0处上下波动。此RH调控方式使得内部迁移至表面的水分会及时蒸发,并未在表面产生积累,对应物料温度呈现出阶梯上升的变化趋势,延缓了结壳出现时间,保留了较多的水分迁移孔道,干燥时间最短,为6.1 h,复水比最高为(4.39±0.07) g/g,收缩率最低为28.55%±1.71%,为最优的阶段降湿干燥方式。研究结果对于分析水分的内部迁移和表面蒸发过程,表面结壳的成因及优化调控相对湿度控制方式提供了理论依据和技术支持。     

中国毛虾红外热风耦合干燥特性及动力学模型研究

为研究红外热风耦合干燥(IRHA)对中国毛虾干燥特性的影响,采用低场核磁共振波谱(NMR)及氢质子成像技术(MRI)分析毛虾IRHA干燥过程中干物质与水结合状态,分析不同干燥温度、不同辐射距离和不同物料载量下IRHA对中国毛虾的干燥特性。结果表明,干燥温度对毛虾的干燥速率影响最大,干燥过程直接表现为降速阶段。毛虾干燥动力学数学模型拟合表明,Two-term模型拟合度最高(R²>0.999 8),可以用来描述和预测毛虾IRHA干燥过程。通过菲克第二定律求得干燥过程的有效水分扩散系数(D_eff)范围为4.47×10^-10~1.295×10^-9 m²· s^-1。根据Arrhenius公式计算出毛虾IRHA干燥的活化能(E_a)为34.24 kJ· mol^-1。干燥过程中毛虾干物质与水结合越来越紧密,自由水和不易流动水逐渐消失,最终只存结合水,且结合水的量有所上升,有可能来自不易流动水的转化,这从微观上解释了干燥后期干燥速率下降的原因。本研究结果为IRHA在中国毛虾干燥方面的实际应用提供了一定的理论依据。     

不同耕作方式下秸秆还田对晋中玉米田水分时空分布及产量的影响

为探讨保护性耕作和秸秆还田有机结合对春玉米休闲期蓄水保墒效果、生育期土壤水分时空变化、贮水量季节变化、产量及水分利用效率的影响,设置不同耕作方式(免耕、深松、翻耕)结合秸秆还田(100%秸秆还田、秸秆不还田)6个处理组合,2016-2018年在山西晋中连续2年进行定位试验研究。结果表明:(1)春玉米冬闲期不同耕作处理下土壤贮水量差异显著,且随着时间推移贮水量都有降低趋势,免耕和深松处理分别较翻耕土壤贮水量平均增加10.4,9.3 mm。在玉米的整个生育时期,免耕和深松处理土壤贮水量分别比翻耕提高4.8%,1.2%。(2)平均2年土壤含水量大小顺序为免耕>深松>翻耕,各处理平均土壤含水量分别为23.0%,21.8%,21.5%。丰水年不同耕作方式土壤含水量垂直变化在各生育时期差异较大,干旱年其变化的差异较小。(3)免耕与100%秸秆还田组合下玉米产量和水分利用效率最高,2年平均产量和WUE(水分利用效率)分别为12 679.9 kg/hm²和25.8 kg/(hm²·mm),翻耕与100%秸秆还田处理组合最低。无论是否秸秆还田,免耕和深松处理在春玉米冬闲期土壤蓄水保墒效果、生育期土壤水分状况、产量与水分利用效率均优于翻耕处理;在秸秆还田下免耕和深松耕作方式对玉米田水分的集蓄保用有良好的效果,以免耕秸秆还田效果最佳,可在晋中地区春玉米生产中推广应用。     

咸水畦灌条件下土壤水盐运移规律

在环渤海地区采用咸水播前造墒方式,研究不同土层的水盐运移规律以及土壤含盐量周年变化,为确定合理的灌溉指标提供理论依据和技术参数。结果表明：在不同的土壤含水量条件下,土壤剖面的水分和盐分分布呈现显著差异,其中0-60cm和0-40cm土层分别是土壤水分和盐分的易变层;土壤含盐量不仅和土壤水分存在密切关系,而且随着灌溉水矿化度的增加而增加;为实现土壤可持续的生产力水平,土壤盐渍化状况应控制在轻度水平,从这个意义上讲,灌溉水矿化度最好控制在6g/L以下。咸水播前造墒方式有效扩大了咸水的可利用范围。     

热风干过程中风干肉水分的迁移

为阐明热风干过程中风干肉水分迁移机制,利用氢质子低场核磁共振弛豫研究热风干过程中(温度35℃、湿度60%、风速3 m·s^-1)风干肉内部和外部中水分迁移及水-蛋白相互作用模式。结果表明,在风干过程中风干肉中水分的主要存在形式为不易流动水,其不断从肌原纤维网络内迁移到网络外,水分含量显著下降。风干肉外部中结合水、不易流动水和自由水的弛豫时间均显著下降(P < 0.05),表明风干肉外部中水-蛋白相互作用模式发生改变。而风干肉内部中结合水和自由水的弛豫时间无显著变化(P > 0.05),表明风干过程中风干肉内部和外部中水-蛋白相互作用不同,风干肉表皮的温度较内部温度高,且表皮水分含量下降速度较内部的水分含量下降速度快,导致了硬壳的形成。综上所述,风干过程中风干肉外部的温度高且水分脱除快,导致了风干肉内外部中水-蛋白相互作用不同。本研究结果为调控风干过程中水分迁移速度,实现风干肉工业化加工提供了理论依据。     

热风干燥温度对重组鸭肉粒水分分布及品质特性的影响

为探究干燥温度对重组鸭肉粒品质特性的影响,以冷冻鸭肉为原料,采用低场核磁共振技术(LF-NMR)对不同热风干燥温度烘烤后的重组鸭肉粒水分分布进行分析,并研究了不同干燥温度对重组鸭肉粒感官品质、色泽、TBARS、质构及微观结构的影响。结果表明,随着干燥温度的升高,重组鸭肉粒到达干燥终点的时间明显缩短,其自由水含量下降,不易流动水和结合水含量逐渐上升;重组鸭肉粒内聚性、L^*值、a^*值和b^*值逐渐上升,而TBARS、硬度和咀嚼性值均呈先增大后减小的趋势,当干燥温度为60℃时,TBARS、硬度和咀嚼性值最大。扫描电子显微镜结果显示,随着干燥温度的升高,重组鸭肉粒三维网络结构越来越致密。感官评价结果表明,当干燥温度为60℃时,重组鸭肉粒整体可接受度最高。综合各项品质指标,确定重组鸭肉粒的最佳干燥温度为60℃。本研究结果为重组鸭肉粒的加工生产提供了一定的理论依据。     

不同干燥方法对板栗品质的影响

为探究不同板栗产品适合的干燥方式,采用自然通风干燥、真空冷冻干燥、热风干燥、微波干燥以及微波真空干燥等5种方式对新鲜板栗进行干燥处理,并对干燥后板栗的营养成分、风味物质及功能特性进行评价。结果表明,经不同干燥方式处理的板栗品质有较大差异,其中真空冷冻干燥的板栗在营养成分及加工品质上均明显优于其余4种干燥方式,微波真空干燥的板栗品质仅次于冷冻干燥,自然通风干燥与热风干燥的板栗在加工品质上差异较小,仅自然干燥板栗的Vc含量高于热风干燥。质地参数以热风干燥最优。共检测出49种风味物质,其中真空冷冻干燥和微波干燥风味物质均为28种,热风干燥23种,微波真空干燥21种,自然干燥仅为13种;除微波真空干燥香气成分相对含量最高的为3-乙基-2,5-二甲基吡嗪外,其他4种方式中含量最高的成分均为苯甲醇。微波真空干燥的板栗品质仅次于真空冷冻干燥,且干燥速度快、能耗低,适用于板栗干燥加工的工业化生产。本研究结果为板栗进一步的加工和利用提供了理论依据。     

成膜预处理提高扇贝柱超声波辅助热泵干燥效率及品质

热泵干燥（Heat Pump Drying,HPD）因条件温和、能效高,特别适用于水产品的干燥。但是,由于HPD温度低,导致干燥时间长、干制品品质劣变严重,限制了HPD在水产品中的应用。为了强化扇贝柱HPD效率,提高干制品品质,该研究首先采用超声波（Ultrasonic,US）预处理扇贝柱,然后再分别采用3种可食性膜（海藻酸钠（Sodium Alginate,SA）,低甲氧基果胶（Low-Methoxy Pectin,LMP）和印度树胶（Gum Ghatti,GG））预处理,US处理后未经过成膜预处理的扇贝柱作为对照组（Control Group,CK）,探究成膜预处理对扇贝柱US辅助HPD动力学及品质特性的影响。基于低场核磁共振（Low-Field Nuclear Magnetic Resonance,LF-NMR）技术,采用单变量线性（Univariate Linear,UL）模型和偏最小二乘回归（Partial Least Squares Regression,PLSR）模型量化扇贝柱LF-NMR弛豫参数与干制品含水率（Moisture Content,MC）和水分活度（Water Activity）的关系,以期监测扇贝柱HPD进程。研究结果表明：相比于CK,成膜预处理导致扇贝柱有效水分扩散系数（Effective Moisture Diffusivity）提高了1.32%～8.41%。SA和GG成膜预处理可以减缓扇贝柱干燥过程中不易流动水向结合水迁移的速率,同时增加了干燥过程中自由水的流动性,进而强化了干燥效率。相比于CK,SA和GG成膜预处理增加了扇贝柱硬度、弹性、内聚性和咀嚼性,降低了复水比、收缩率和总色差值;而LMP成膜预处理降低了硬度和总色差值。综合考虑,US-SA为扇贝柱US辅助HPD较适合的预处理方式。LF-NMR横向弛豫时间与大部分干制品品质之间具有显著（P<0.05）关联性。扇贝柱LF-NMR图谱中,当横向弛豫时间主峰<10 ms时,而且仅出现1个主峰,即可作为扇贝柱干燥终点。UL模型表明,MC和水分活度与不易流动水峰面积和总峰面积呈显著（P<0.05）正相关,与结合水峰面积呈显著（P<0.05）负相关。PLSR模型表明,以4个LF-NMR参数为变量的回归模型可高精度地预测MC和水分活度。该研究为扇贝柱热泵干燥增效、保质提供一种新型非热力预处理方式;同时,基于LF-NMR技术,为快速、无损监测扇贝柱热泵干燥进程提供理论依据和实践参考。