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特定干燥过程中物料形变与工艺参数关系研究

钱革兰  
【摘要】:干燥产品的形状的保留是衡量产品质量的重要指标之一,并严重影响产品的商业价值。传统干燥方法主要使用常压热风干燥,设备简单,生产成本低,但脱水时间较长、耗能大、卫生条件差,对产品的形状破坏十分严重,经济价值影响大。为了降低果蔬干燥过程中的能耗,同时最大限度的保持果蔬的本来形状,本课题采用微波真空干燥与冻干组合干燥代替单纯的冷冻干燥、微波热风耦合干燥代替热风干燥这两种新方法,对胡萝卜的形变与工艺参数关系进行研究。 为了找到微波真空与真空冷冻组合干燥的最佳工艺参数组合,首先研究了微波真空干燥果蔬体积收缩的数学模型,得到微波真空干燥物料变形相关结论:体积保留率与微波功率密度成负相关关系,与含水率、厚度近似成正相关关系。 采用真空微波和冷冻干燥组合的工艺,即先微波真空后冻干(组合1)和先冻干后微波真空干燥(组合2)。组合1的优化参数为:首先进行真空微波干燥,真空度固定为-0.096MPa,微波功率密度2.85W/g,脱去40个百分点的湿基水,然后进行冻干,升华干燥4 h,加热板温度选择25℃,真空度-0.096 MPa,解析干燥3 h,加热板温度设置为55℃,真空度保持不变;组合2的优化参数为:首先冻干阶段升华干燥7 h,加热板温度25℃,真空度-0.096 MPa;然后再进行真空微波干燥,采用温度控制模式,为了防止电晕现象产生,干燥后期可降低真空度至-0.090Mpa,选择40~50℃的温度区间干燥胡萝卜,此时微波功率密度降至1.0W/g以下即可满足温度要求,最终含水率在8~10%之间。所干燥胡萝卜片的复水率与纯冻干产品接近,体积保留率比纯冻干稍小,但仍能保持平直的外形;两种组合干燥工艺比纯冻干分别节能47.0%和54.2%,且干燥时间可缩短一半。 提出微波热风耦合干燥方法。由于微波辐射下物体周边流动空气的影响外表面散热,较为容易使得物体内部温升高于外表面。而热风干燥中物体加热是从外向内进行的传导,故外表面温度往往高于内部。把这两种方法结合起来,同时作用于物料,物料内外同时加热,既可以节省时间,又可以提高物料干燥质量。运用响应面分析法对影响因素进行优化,提出干燥收缩数学模型,得到优化参数结果为:微波功率密度1.9W/g,热风温度65℃,胡萝卜片厚度5mm,在此参数下体积保留率提高10%,同时干燥能耗是传统热风干燥的21.27%,干燥时间缩短4/5。 本课题研究表明:微波真空与真空冷冻干燥组合以及微波热风耦合干燥,均可以生产出优质的脱水果蔬,能保持产品较好的外形和质构,同时能耗与传统方法相比有大幅度地降低。


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