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...     

利用低场核磁共振技术无损检测澳洲坚果含水率

为探究澳洲坚果（Macadamia ternifolia F. Muell.）干燥过程中水分的变化规律,测定其干燥过程中的含水率,利用低场核磁共振技术研究了干燥过程中澳洲坚果的水分态及其分布,建立含水率与低场核磁总信号幅度的关系。结果表明：温度越高,澳洲坚果的干燥速率越大,达到恒质量的时间越短,但是比较干燥后澳洲坚果的品质发现变温干燥方式（30 ℃ 2 d→38 ℃ 2 d→45 ℃至结束）相对较好;在干燥过程中,自由水、半结合水的含量逐渐降低,结合水的含量先下降后有所上升;干燥过程中澳洲坚果内水分分布不均匀,水分由内向外扩散;拟合得到澳洲坚果含水率与低场核磁总信号幅度的线性关系方程的决定系数R2为0.904,经检验该曲线预测性较好（平均相对误差为5.89%）,结果表明低场核磁共振技术可以用作澳洲坚果含水率的快速无损检测。     

粮食热风干燥含水率在线模型解析

为了揭示粮食在深床动态干燥过程中的含水率变化规律,指导干燥工艺设计,实现干燥过程实时跟踪与调控,提高干燥品质,降低能耗。基于薄层干燥水分扩散模型、深层干燥质量守恒原理、态函数和不可逆热力学分析方法,建立并求解了粮食深床干燥基础方程,获得了顺流、逆流、横流和静置层干燥方式下粮食含水率和干燥速率分布解析式,解析出了粮食在顺流层内经历持续降速干燥的过程,逆流层内存在干燥速率的极值点,在通风温度、湿度、送风量相同的干燥条件下,逆流干燥速率明显高于顺流,表明了逆流干燥能量利用效果优于顺流;粮食在横流和静置层内的干燥特性相同,进风侧和出风侧的干燥速率相差很大,在层厚度0.5 m、粮食含水率20%以上时,出风侧的干燥速率几乎为0,干燥的均匀性较差。在5HP-3.5型循环式缓苏干燥机上的试验结果显示,深层干燥解析值与实测值间的最大偏差为0.69%,极差范围为-0.27%~0.69%,从粮食干燥的惯性特征推断,产生偏差的原因主要是仪器检测误差。解析方法对实现粮食深床干燥过程动态跟踪和调控,指导干燥设计,降低干燥能耗、提高干燥效率和干燥机产能等具有重要意义。     

高压电场与热风组合干燥海米

为了提高海米的干燥质量,利用高压电场和热风组合方式对海米进行了干燥试验研究,并与单纯高压电场及单纯热风干燥进行比较,研究结果表明,利用35 kV的高压电场加45℃C热风的组合干燥方式进行海米的干燥,所需干燥时间比同温度下单纯热风干燥缩短50%,干燥能耗降低51.9%,其干燥速度与80℃下的单纯热风干燥速度相近,但干燥海米的收缩率和复水率比80℃时单纯热风干燥均有不同程度的改善.利用组合干燥方法所得干燥海米的10 min和20 min复水率分别比80℃时热风干燥高2.3个百分点和1.33个百分点,收缩率小5.5个百分点,干燥海米具有良好的感官品质和适中疏密程度的组织结构.较之单纯热风干燥,组合干燥具有优势,是一种良好的替代方法.     

超声波处理对污泥热风干燥过程的影响

为了探讨超声作用对污泥热风干燥过程的强化效果,对不同功率超声作用下污泥热风干燥特性进行试验研究,分析讨论了超声声能密度、超声作用时间、超声热效应等因素对污泥干燥过程的影响。试验结果表明,超声作用可以加速污泥干燥速率,且超声强化效果随着声能密度的增加逐渐增强。当热风温度为80℃,声能密度分别为0.2、0.4、0.6、0.8及1.0 W/m L时,污泥样品干基含水率降至100%所需干燥时间与无超声作用时相比分别缩短了8.3%、22.9%、33.3%、37.5%及39.6%。此外,超声作用时间不宜过长,超声声能密度0.8 W/m L持续作用2 h后,进一步增强超声作用时间对污泥干燥过程的强化效果已不明显。超声热效应使样品内部的温度梯度略有减小,因此超声作用没有强化污泥内部由温度梯度引起的水分扩散。     

薄层热风干燥过程含水率在线测量装置研制与试验

针对薄层热风干燥过程自动称量精度受温度波动、气流扰动及机械振动等因素影响的问题，该研究研制了薄层热风干燥装置及其控制系统，以实现干燥过程物料质量及含水率的自动获取、及时查看和数据存储。系统改进了传统称量结构，采用悬吊称量的方式，将称量传感器置于干燥装置外，与干燥环境相隔离以提高称量传感器使用寿命；采用变频器输出频率表征风速的方式，有效避免了热式风速传感器在变温环境中的测量误差；通过称量传感器温度-质量的归一化偏差校正方法及“停风-稳定-称量-恢复”准静态的自动称量流程，开展了温度波动、气流扰动误差特性及装置验证试验，保证了干燥过程中物料含水率的准确获取。试验表明：恒载标定时，采用温度-质量归一化偏差校正方法校正后的质量与恒载质量最大偏差值为0.368 g，与实测质量相比，平均绝对百分比误差降低了84.4%，测量不确定度降低了72.2%；采用停风检测方案后，实测质量与恒载质量的最大偏差值由37.1 g降至0.31 g；物料加载时，在干燥温度35、45及55℃条件下，以手动称量方式下获取的质量及含水率为标准值，自动称量方式下的质量绝对误差分别为0.337、0.415和0.472 g，含水率...     

多层洋葱热风干燥的研究

本文利用自制的热风干燥试验台,进行了洋葱多层(14层)的干燥试验研究,得到了风温、风速对干燥过程中各层含水率平均梯度与热耗的影响规律:提出了较佳的干燥工艺;求得了不同层数物料的气流阻力与风速的回归方程。     

糖渍加应子的热风干燥特性及其表达模型

该文探讨了糖渍加应子样品在不同温度下热风干燥特性,通过建立数学模型,预测不同热风干燥过程加应子水分变化特性。干燥特性试验表明,加应子热风干燥是内部水分扩散控制的降速干燥过程,40～80℃范围内,温度对干燥速率有显著影响（P＜0.05）,温度越高,干燥速率越快,前2 h,40℃时,干燥速率从3.52×10-2 g/(g·h) 降至2.03×10-2 g/(g·h),降低了42.33%,80℃时,干燥速率由14.64×10-2 g/(g·h) 降至4.22×10-2 g/(g·h),降低了71.17%;80～100℃范围内,样品表面出现结壳硬化现象,温度对干燥速率影响减弱（P＞0.05）。结果表明,Page模型适合对加应子干燥过程进行描述和预测;Page模型变形求导得出加应子干燥速率模型,模型拟合度高,可为其干燥工艺的控制提供技术依据。     

远红外热风干燥香菇的研究

利用自行改装的远红外、热风干燥试验台,对香菇进行了干燥失水温度特性试验分析;热风与远红外联合干燥的四因子四水平正交试验研究;远红外配以排湿气流四因子二次回归正交试验研究。得到了各参数对四指标的显著性及影响规律,提出了两种试验的较佳或最优参数组合,并进行了比较。     

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。     

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。     

莲子薄层热风干燥特性与水分变化规律

为了解莲子干燥过程中水分传递过程,监控、预测水分变化,该文通过开展莲子薄层热风干燥试验,考察了莲子在不同干燥温度(50、60、70、80、90℃)下干燥特性,建立了莲子热风干燥试验模型;利用低场核磁共振技术(nuclear magnetic resonance,NMR),弛豫时间(transverse relaxation time,T2)和成像(nuclear magnetic resonance imaging,MRI),考察了干燥过程中莲子内部水分分布状态与变化规律。结果表明,莲子干燥一直处于降速干燥段;干燥温度显著影响干燥过程(P0.05),干燥温度升高,干燥时间缩短;通过比较4种数学模型,发现莲子干燥过程采用Midilli模型(决定系数R20.998)进行准确模拟(相对误差E10%);有效扩散系数在6.056 7×10-10~1.660 3×10-9 m2/s之间,并随着干燥温度的升高而增大;活化能为24.268 5 k J/mol。核磁共振试验表明,半结合水是莲子的特征水分,占新鲜莲子总水分的85.59%,其脱除过程呈现指数特征(R20.91);干燥过程中,不同状态的水分流动性变差。莲子内部存在水分梯度,表层最先失去水分,莲芯水分最后脱除;干燥终止时,剩余水分主要存在于莲芯部位。MRI为确定莲子干燥终点提供了直观的参考依据。研究结果可为控制莲子热风干燥过程、优化干燥工艺参数提供理论依据。     

利用核磁共振成像技术分析胡萝卜干燥过程中内部水分传递

为可视化果蔬干燥过程中内部水分传递现象,利用低场核磁共振成像技术（magnetic resonance imaging, MRI）研究了圆柱状胡萝卜40、70℃热风干燥过程中内部水分传递过程,获得了物料收缩状态下水分廓线特征和变化规律。研究表明,干燥过程中,胡萝卜样品的水分廓线沿径向、轴向同时向中心不规则收缩,其内部的水分传递是一个多维、非稳态传递过程,并具有non-Fickian传递特征;干燥初始,水分梯度在物料表面迅速形成。随着干燥的进行,物料干基含水率低于7.33 kg/kg时,其湿区直径收缩比率大于实测直径收缩比率,表面成为“干区”,干湿界面退缩到物料内部。圆柱状胡萝卜的热风干燥过程可以用Henderson-Pabis模型进行描述,所建水分传递模型可以很好地模拟70℃干燥试验结果,最大相对误差为7.69%,出现在干燥最后阶段,其他时刻相对误差低于4%;物料中心层水分传递模型可以很好地预测40℃干燥试验过程。研究结果可以为干燥工艺的选择以及物料收缩状态下水分传递过程的理论模拟提供支持。     

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。     

水果在热风干燥中的水分扩散分形模型

为了探讨水果在热风干燥过程中微观结构变化对水分扩散规律和干燥速率快慢的影响,该文用迂曲分形维数描述了香蕉内部孔道分布的联通性,用面积分形维数描述了内部孔道的不均匀性。研究表明,在有效扩散系数-香蕉厚度平方线形变化关系图中,轴向扩散系数大小为直线在Y轴上截距,径向扩散系数大小为直线斜率,并且轴向扩散系数远大于径向扩散系数,水分扩散系数在干燥样本中径向与轴向的巨大差异表明了香蕉在结构上具有异质性。随着面积分形维数的增大,导致干燥时间减小和有效扩散系数增大。由孔隙率与孔径比的变化而导致干燥时间和有效扩散系数的变化与面积分形变化引起的规律相近。随着迂曲分形维数的增大,使得干燥时间增加和有效扩散系数减小。扩散系数随体积变化率成对数增加。该研究可为脱水果蔬干燥技术研究提供参考。