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。

Effect of contact ultrasound power on internal moisture migration of pear slices during ultrasound enhanced hot air drying