杏鲍菇转轮除湿热泵干燥系统结构设计及工艺参数优化

为了实现农产品低湿节能干燥,分析了典型转轮除湿干燥模式,基于能耗高、结构不合理等问题,开展转轮热泵联合除湿干燥系统优化设计与试验研究,研制出转轮除湿热泵干燥机。为了检验并提高转轮除湿热泵干燥机的作业性能,该文以杏鲍菇为研究对象,以降低杏鲍菇色差、除湿能耗比,提高复水性为目标,运用Box-Benhnken中心组合试验设计理论,对再生温度、干燥温度、转换点相对湿度影响其干燥品质与能耗的因素开展响应面试验。通过数据分析,建立了响应面模型,结合四维渲染图分析了上述3个考察指标受3个试验因素取值变化的影响机制,同时对各影响因素进行了综合优化与试验验证。结果表明,3个模型的R2均大于0.98,试验因素对干燥品质及能耗有较大影响,当再生温度87℃,干燥温度50℃,转换点相对湿度45%时,杏鲍菇复水比4.028,色差22.89,除湿能耗比(specific power consumption,SPC)2 633 k J/kg,与预测绝对值误差均低于6个百分点。该研究为转轮除湿热泵干燥设备的设计及干燥工艺优化提供参考。     

热泵干燥槟榔中试工艺参数优化

为了探索新型节能、低碳排放的槟榔干燥技术,应用热泵干燥设备对槟榔进行干燥研究,获得槟榔热泵干燥中试工艺参数。单因素试验分析了煮沸时间对槟榔硬度的影响,干燥温度和装载量对槟榔水分的影响;采用正交试验,通过加权评分值计算方法评价干果品质,优化热泵干燥工艺参数;测定储藏30 d后的干果进行理化和微生物指标;比较热泵干燥、蒸汽干燥和传统干燥槟榔的成本及品质。结果表明,新鲜槟榔经过沸水煮沸15 min,前12 h内干燥温度为50℃、12 h后干燥温度为65℃、装料量为3.5 t、烘房空气相对湿度为25%时,槟榔含水率为16.8%,好果率为96.0%,均匀度为91%,单位质量干果耗电量为0.92(k W·h)/kg,所干燥的槟榔干果综合评分为90.1分,呈橄榄黄或褐色。25℃储藏30 d无霉腐现象,检测结果显示含水率为17.8%,未检测出汞和苯并芘,铅和砷质量分数分别为0.02和0.1 mg/kg,致病菌未检出,大肠菌群数30 cfu/g,霉菌计数为30 cfu/g。经比较,热泵干燥槟榔比蒸汽干燥成本低11%,比传统土炉干燥成本低50%,零排放、无污染、操作智能化。研究结果为槟榔热泵干燥的标准化生产提供技术参考。     

青花椒真空脉动干燥特性及干燥品质工艺优化

为提升青花椒的干燥品质,减少其色泽褐变和风味物质流失等问题,该研究采用真空脉动干燥技术加工青花椒,并以热风干燥试验为对照组,研究了不同干燥温度、真空保持时间和常压保持时间对青花椒干燥特性及其品质的影响.在单因素试验基础上进行Box-Behnken中心组合试验设计,以青花椒的平均干燥速率、挥发油、酰胺含量、色差、开口率5...     

干燥温室与热泵联合系统对胡萝卜的干燥效果

为了解决传统蔬菜干燥技术成本高、能耗大的问题,该研究提出了一种干燥温室与热泵联合系统,基于试验地环境设计了干燥温室,采用三级串联的方式构建了组合式热泵机;测定了干燥温室内外太阳辐射和温度变化情况,以胡萝卜为试验材料,测定了联合系统性能指标,对比了独立热泵机组与联合系统的制热系数(Coefficient Of Perfo...     

曲拉热风干燥工艺参数筛选及色泽品质评价

为了降低曲拉因干燥过程引起的褐变,保证产品干燥后色泽良好,同时为曲拉干燥设备及工艺提供理论依据,该研究选择热风干燥的方式,以干燥后产品的亮度值L*、红度值a*和黄度值b*为目标,利用数据标准化的综合评分方法对3个目标评分。根据响应面中心组合设计理论,探讨了热风温度、物料厚度和风速对曲拉热风干燥工艺的影响,建立二次多项回归模型,并对干燥工艺进行了优化。结果表明,3个因素对综合评分的影响大小依次为：热风温度、风速、物料厚度;曲拉热风干燥最佳工艺参数为：热风温度41℃,物料厚度10 mm,风速60 m/min,此时得到最大综合分为0.9012;工艺优化后曲拉的亮度值L*比牧区自然暴晒干燥方式提高了7.18（P<0.05）,红度值a*和黄度值b*分别极显著的降低了1.41和10.29（P<0.01）,过氧化氢值（peroxide value, POV）、硫代苯巴比妥酸反应底物值（thiobarbituric acid reactive substances, TBARS）及5-羟甲基糠醛（5-hydroxymethylfurfural, 5-HMF）值分别极显著降低了1.15 g/100 g、0.84 mg/kg和1.973 mg/L（P<0.01）。表明该干燥工艺可有效降低曲拉干燥过程中脂肪的氧化程度与美拉德反应的发生,改善产品色泽品质。研究结果为曲拉热风干燥设备及工艺提供了理论依据。     

猕猴桃切片微波真空干燥工艺参数的优化

为了提高水果干燥效率、干制品质量和降低干燥能耗,以猕猴桃切片为对象,进行了微波真空干燥试验。通过单因素试验,研究了微波功率、物料厚度、干燥室压力对猕猴桃切片干燥特性的影响。通过3因素5水平的二次回归正交试验,分析了微波功率、物料厚度、干燥室压力与猕猴桃切片干制品复水率、叶绿素含量、维生素C含量及单位耗电量的关系,建立了各指标与试验因素间的回归数学模型,并利用多目标非线性优化方法,确定了猕猴桃切片微波真空干燥最优工艺参数。结果表明：在微波功率为6.54 W/g、切片厚度为6.16 mm、干燥室压力为76.8 Pa的条件下,微波真空干燥猕猴桃切片的能耗最低,同时干制品质量也得到保证。     

基于品质和能耗的杏鲍菇微波真空干燥工艺参数优化

为了提高杏鲍菇干制产品品质,降低干燥能耗,该文应用微波真空技术干燥杏鲍菇。采用三元二次回归旋转组合设计方法进行工艺参数优化试验,考察分析微波强度(X1)、物料厚度(X2)、腔体绝对压力(X3)因素对品质指标色差(Y1)、复水比(Y2)、氨基酸含量(Y3)和单位能耗(Y4)的影响及因子间交互作用对指标的影响;采用线性加权法,将多目标综合优化,确定干燥工艺的最优参数组合。结果表明:微波强度、物料厚度、腔体绝对压力对试验指标色差、复水比、氨基酸含量、单位能耗影响显著,物料厚度是影响色差的主要因素,物料厚度小于2 cm时,产品色泽较差;腔体绝对压力是影响复水比和氨基酸含量的主要因素,较小的腔体绝对压力有利于产品复水和减少氨基酸损失;微波强度是影响单位能耗的主要因素,高的微波强度,能耗较高,高的微波强度与较小的腔体绝对压力组合时,干燥能耗更高;杏鲍菇微波真空干燥高品质低能耗的最优工艺参数组合为微波强度12.5 kW/kg、物料厚度2.4 cm、腔体绝对压力18 kPa,此条件下干燥的产品品质优良,色泽洁白,色差L为78,复水性好,复水比为1.58,氨基酸破坏少,其值为473.1 mg/100 g,单位能耗较低,为9.3 kJ/kg。     

香菇分段变温红外喷动床干燥工艺参数优化

为获得节能低耗和品质较优的干香菇,利用红外喷动床干燥设备,对香菇分段变温干燥工艺进行试验研究。在单因素试验基础上运用Box-Behnken Design优化试验,研究前期风温、转换点含水率和后期风温对单位能耗、粗多糖含量、亮度L*值和收缩率的影响,通过加权综合评分法推导多项式回归模型,优化红外喷动床干燥工艺参数。经响应面优化的干燥参数为：前期风温56.00 ℃、转换点含水率53.00%、后期风温72.00 ℃,该工艺下单位能耗为143.52 kJ/g、粗多糖含量9.98 mg/g、亮度L*值68.11、收缩率83.15%,综合评分值为35.37,与预测值拟合度高达99.27%,表明应用红外喷动床干燥取得的香菇制品能满足当前香菇干燥的发展趋势及需求,为香菇干制品的综合应用及生产加工提供参考。     

污泥低温干燥动力学特性及干燥参数优化

为了研究污泥的低温干燥动力学特性,以薄层污泥为研究对象进行了低温干燥试验,探讨了温度、薄层厚度以及风速对污泥水分比和干燥速率的影响,并对低温干燥参数进行了优化.结果表明:污泥低温干燥过程主要由升速和降速段组成,其中降速阶段存在第一、第二降速阶段;不同低温干燥条件下的第二临界含水率变化不大,大致在0.5g/g(干基)附近.使用决定系数R2、卡方χ2及均方根误差RMSE对6种常用干燥模型进行评价,结果表明Midilli模型的平均R2最大、平均χ2及RMSE最小,分别为0.9998、2.46×10-5、0.0042,是描述污泥低温热风干燥的最优模型.根据Fick第二定律和Arrhenius方程,得到5、10和15mm厚度污泥在50~90℃热风干燥的水分有效扩散系数和活化能.正交试验得到相对单位能耗最优干燥工艺为:温度90℃、风速0.8m/s、厚度10mm,平均干燥强度最优工艺为干燥温度90℃、风速0.8m/s、厚度5mm.试验结果可为后续研究污泥热泵干燥及太阳能-热泵联合干燥提供参考.     

热泵干燥北极虾和鱼块的干燥特性研究

利用热泵干燥机,分别在-2～0℃和20℃两种温度下对北极虾整虾、去头北极虾、去壳北极虾和尺寸分别为50 mm(直径)×(7～9)mm(厚度)和50 mm×(14～18) mm的鱼块进行了干燥研究。结果显示,虾的状态(有壳或无壳、有头或无头)和鱼块的厚度对其干燥特性有着显著影响。无论干燥温度为-2～0℃还是20℃,去壳虾所需干燥时间均最少,去头虾的干燥速度均大于整虾;薄鱼块的干燥速度在20℃显著大于厚鱼块的干燥速度。扩散模型MR=Aexp(-kt)可以很好地描述热泵干燥北极虾和鱼块的干燥特性,根据试验结果建立的一系列统计回归模型显示,当热泵干燥温度由-2～0℃增加到20℃时,干燥速度和K值显著增加,干燥时间明显减小。     

水产品热泵干燥装置性能参数的理论分析

为了降低水产品干燥加工能耗,该文以能源效率和除湿能耗比为指标,对热泵干燥装置性能参数的影响因素进行了分析。根据水产品干燥特性和亚热带地区气候特点,首先对开式热泵干燥系统和闭式热泵干燥系统的能源效率进行了比较;然后以闭式热泵干燥装置为例,对其除湿能耗比的影响因素进行了分析。结果表明,闭式热泵干燥装置的能源效率为2.52,而开式热泵干燥装置的能源效率为2.39,两者相差不大;蒸发温度和冷凝温度对热泵干燥系统的除湿能耗比均有明显的影响,其中蒸发温度的影响尤为显著;为了提高除湿能耗比,可提高蒸发温度和降低冷凝温度。     

气调干制技术与实验设备研究

介绍了干制过程气体成分调节方法和实验设备,通过双冷凝器、双蒸发器热泵系统的不同组合状态选择与压缩机变频控制配合,实现对密闭干燥系统内定量循环气体的温、湿度调节,采用专家控制系统与PID控制软件相结合方法,达到对包括气体成分在内的干燥过程状态参数的智能化控制,实验表明,所研制QTM干燥机能满足各种产品气调干制实验要求。干制过程氧气含量对干制品质量有显著影响。     

海带自然晾晒与热泵烘干级联干燥自动控制系统研制

干燥是海带加工过程中的工序之一,为进一步解决海带干燥过程中劳动强度大、能耗高等问题,该研究设计了自然晾晒与热泵烘干级联的干燥模式并研制了海带全程自动搬运、协调工作的码垛自动控制系统,其由晾晒棚、热泵房、码垛装置、桥接装置与控制室组成。采用USS协议与G120变频器通讯,采集信号通过485通讯口送到可编程逻辑控制器PLC的寄存器,PLC对行走电机进行加减速判断;同时利用Profibus协议实现PLC与Sick条码定位传感器通讯,实现晾晒杆准确定位;然后编程控制气动抓手,实现海带晾晒杆的自动抓放等动作;利用限位开关作为数据传递的触发信号,晾晒棚与热泵房导轨自动对接,实现海带自然晾晒与热泵烘干结合。试验结果表明,该控制系统总运行时间为5.7 h,晾晒杆定位误差±1 cm,高速运行速度20 m/min,晴天自然晾晒可减少海带含水率至60%,烘干后海带含水率为15.2%左右,泥沙、杂质率为0%,为一级品。系统运行稳定,节约人工,保证海带干燥的品质。该研究有助于为藻类加工产业提供高品质、低能耗、绿色环保新模式与样板。     

乙醇耦合其他预处理提高扇贝柱热泵干燥速率及品质

干燥后期速率低、能耗高是限制热泵干燥（heat pump drying, HPD）在水产品干燥中应用的瓶颈。非热力预处理技术在包括水产品的易腐食品干燥中具有提高干燥速率和改善干制品品质的巨大潜力。基于此,该研究以乙醇（E）单独和联合真空（VC+E）、超声波（US+E）、超声波辅助真空（USVC+E）预处理作为处理组,以未经预处理的扇贝柱为对照（CK）,探究其对扇贝柱干燥动力学及干制品品质特性的影响。利用低场核磁共振（LF-NMR）技术,对扇贝柱热泵干燥过程中水分状态及分布进行了研究。结果表明：扇贝柱热泵干燥处于降速干燥阶段,干燥过程受水分内部扩散的控制。Weibull模型能较好地描述扇贝柱热泵干燥过程。与CK相比,乙醇单独处理和US和/或真空联合预处理都能提高水分有效扩散系数（D_eff）,进而提高干燥速率。US+E的D_eff最高,分别比CK提高了25.99%（基于Weibull模型）和28.97%（基于Fick扩散模型）。LF-NMR结果表明,扇贝柱中主要水分为不易流动水;随着干燥进行,各组分的横向弛豫时间向左偏移;不易流动水所占比例降低,而紧密结合水、疏松结合水和自由水所占比例增加。与CK相比,预处理有利于扇贝柱不易流动水向自由水转化,进而提高干燥速率。与CK相比,乙醇单独处理和US和/或真空联合预处理可降低扇贝柱黄度、总色差、收缩率、硬度、弹性和咀嚼性,但是增加了扇贝柱的亮度、红度和复水比。预处理组中,US+E和USVC+E色泽参数（总色差：US+E,7.40 ± 0.22;USVC+E, 6.99 ± 0.16）最佳,收缩率（US+E,35.97% ± 1.29%;USVC+E,34.43% ±1.24%）和硬度（US+E,25.20 ± 1.08;USVC+E,26.68 ± 0.61）最低;而US+E弹性（0.55 ± 0.01）和咀嚼性（7.27 ± 0.30 N）最低,但复水比（1.753 ± 0.022）最高。相比于CK,US+E可显著降低总色差58.24%,收缩率32.75%、硬度23.17%、弹性15.38%、咀嚼性38.91%,但是复水180 min后,能显著提高复水比9.975%。综合考虑,US+E作为一种非热力、绿色预处理技术,可用于强化扇贝柱热泵干燥效率,改善干制品品质。     

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。     

热泵冷风干燥鲢鱼的挥发性盐基氮和脂质氧化品质模型

为深入了解带热泵的冷风干燥机干燥鱼类产品的特点,以鲢鱼为研究对象,确定冷风干燥工艺参数对风干鱼品质劣变的影响,并建立相关模型,通过U10*（103）均匀设计试验,在不同热泵干燥工艺参数（温度、空气旁通率、风速）下,对决定风干鲢鱼品质劣变的挥发性盐基氮（total volatile basic nitrogen,TVB-N）和脂质氧化硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid,TBA）值变化情况进行研究,并以TVB-N和TBA值作为风干鲢鱼制品品质判断指标。经统计分析,分别得到冷风干燥鲢鱼样品中TVB-N和TBA的回归方程。结果表明：在试验水平范围内,温度是影响风干鲢鱼制品中TVB-N和TBA的主要因素。由模型方程确定腌制鲢鱼冷风干燥工艺的最优参数分别为温度15.5℃、空气旁通率0.6（考虑能耗）、风速1.65 m/s,此条件下干燥的鲢鱼TVB-N和TBA值最小,品质最好,能耗较低。研究结果为控制热泵冷风干燥过程中鲢鱼的质量品质提供参考。     

全封闭热泵干燥装置监控系统的设计与试验

为了改善干燥试验过程中的监控方式,提高了试验的精确性和效率,减轻了试验人员的工作负荷,并支持后期数据分析,该课题将热泵干燥技术、自动检测控制技术、SCADA技术融合,开发出一套由热泵干燥装置、数据采集与监控系统组成的热泵干燥监控系统。系统由一套全封闭的热泵干燥装置执行干燥过程;数据采集系统采集干燥现场数据,OPC服务器通过通信协议获取数据;监控系统主要具备PLC自动控制和PC机监控功能。试验结果表明,该系统能够实现温湿度精确控制,并具备数据的实时显示、归档、信息报警等功能,将作为后续研究的试验平台。     

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。