罗非鱼片的超临界CO_2干燥特性研究

【摘要】：食品干燥的目的一方面是为了降低水分活度,防止其腐败变质,延长货架期;另一方面是为了降低产品的重量和体积,便于贮藏和运输。无论是传统干燥方法还是现代干燥方法,每一种方法都有各自的优缺点,没有任何一种干燥方法能够在各方面都是理想的。尽管联合干燥方法可以提高能源利用率,改善产品品质,缩短干燥时间,降低生产成本,但同时也期待新的、高效的、经济的干燥方法的出现。 超临界CO_2干燥是基于超临界CO_2流体的特殊性质开发的一种新型干燥方法,它是超临界萃取技术和超临界干燥技术的结合。该技术在食品加工中的应用刚刚起步。本论文以湛江的优势水产品罗非鱼为材料,系统的研究了罗非鱼片的超临界CO_2干燥动力学;基于JMP7.0的神经网络平台优化了罗非鱼片的超临界CO_2干燥过程参数;基于matlab对罗非鱼片的超临界CO_2干燥传质过程进行了数值模拟;评价了超临界CO_2干燥的罗非鱼片干品的品质。研究结果表明: 利用超临界CO_2干燥罗非鱼片是可行的,其干燥速率在一定程度上优于真空冷冻干燥和热风干燥;鱼片干燥之前对其进行短暂的加热处理有利于超临界CO_2干燥;超临界CO_2干燥体系中添加适量乙醇可以显著提高干燥速率,加快干燥进程;温度对超临界CO_2干燥过程有显著影响,而压力和CO_2流量对干燥过程的影响较小;建立了罗非鱼片的超临界CO_2干燥动力学数学模型: MR=exp[-exp(0.0233T-1.7165)*t~(0.7688)] 验证试验结果表明该模型可以较好的描述罗非鱼片的超临界CO_2干燥过程。基于JMP7.0建立了罗非鱼片的超临界CO_2干燥神经网络模型,确定了选择干燥过程参数的原则:要使罗非鱼片的除水率达到90%以上,超临界CO_2干燥的最低温度应在46℃以上,干燥的最低压力应在13MPa以上,CO_2流量介于10L/h~25L/h之间,具体的干燥参数应根据这个原则和具体情况来进行选择;阐明了温度、压力和CO_2流量对超临界CO_2干燥过程的影响规律:温度和压力越高,干燥效果越好,但是温度对超临界CO_2干燥过程的影响程度大于压力的;CO_2流量在不同的干燥温度区域的影响情况不同,在高温区CO_2流量对干燥过程影响较小,而在低温区CO_2流量对干燥过程的影响较大。提出了一种超临界CO_2干燥效应模式:低温区域,萃取干燥效应热干燥效应;在某一温度时,萃取干燥效应与热干燥效应相当;在高于某一温度时,热干燥效应萃取干燥效应。 基于微分床的质量守恒定律建立了罗非鱼片的超临界CO_2干燥传质数学模型,通过数值模拟获得了干燥室内超临界CO_2中的水分含量与干燥时间、干燥室高度的关系曲面图和罗非鱼片中的水分含量与干燥时间、干燥室高度的关系曲面图。结果表明,在罗非鱼片的超临界CO_2干燥过程中,水分传质主要以对流扩散为主,而以轴向扩散为辅。 与热风干燥和真空冷冻干燥相比,超临界CO_2干燥在杀灭微生物方面有着显著的优势。超临界CO_2干燥的鱼片的外观、色泽、微观结构和质构等品质特征均与真空冷冻干燥的相当,而明显优于热风干燥。