胡蘿卜和紫甘藍(lán)微波干燥均勻性控制及脫水技術(shù)研究.pdf

1、與傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥相比，微波干燥具有脫水速度快、熱效率高、清潔生產(chǎn)、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制、并能很好地保持食品營(yíng)養(yǎng)成分和兼有殺菌作用等特點(diǎn)。微波干燥技術(shù)及其設(shè)備已在輕化和農(nóng)產(chǎn)品加工等行業(yè)得到應(yīng)用，并顯示出其優(yōu)越性。但是，由于微波加熱存在均勻性不夠和能耗過(guò)高等問(wèn)題，故微波干燥技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用受到一定程度的限制。
　　本研究通過(guò)多功能組合微波干燥裝置的設(shè)計(jì)，采用多饋能口和微波磁控管功率分段疊加技術(shù)使微波場(chǎng)均勻，達(dá)到物料受熱均勻的目的;對(duì)

2、胡蘿卜微波干燥及其聯(lián)合干燥均勻性進(jìn)行了試驗(yàn)，對(duì)胡蘿卜和甘藍(lán)熱風(fēng)干燥、微波干燥、微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥、微波真空干燥等技術(shù)進(jìn)行了研究，并對(duì)不同干燥方式下胡蘿卜和紫甘藍(lán)干燥動(dòng)力學(xué)、干燥方法對(duì)物料的色澤、復(fù)水性、微觀結(jié)構(gòu)、營(yíng)養(yǎng)成分及能耗進(jìn)行了研究。主要研究結(jié)果如下:
　　1.以胡蘿卜為試材，通過(guò)分別采用單個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)磁控管組合加熱，研究磁控管數(shù)量、饋能口位置和微波功率的匹配對(duì)物料加熱均勻性的影響。改變磁控管位置和數(shù)量，微波加熱均勻性隨之改

3、變。兩個(gè)磁控管加熱時(shí)，蘿卜脫水均勻度超過(guò)80％且保持穩(wěn)定。三個(gè)磁控管及其功率匹配后(3個(gè)磁控管功率分別為400、500和600W)，胡蘿卜脫水均勻度平均達(dá)到93.49％;改變磁控管饋能口位置、增加磁控管數(shù)量、優(yōu)化磁控管匹配功率均能改善微波加熱的均勻性。改變磁控管位置和數(shù)量，微波腔溫度場(chǎng)均勻性也隨之改變。單個(gè)磁控管加熱，溫度場(chǎng)中不同位置點(diǎn)的溫度均勻性差。兩個(gè)磁控管加熱時(shí)的溫度場(chǎng)均勻性高于單個(gè)磁控管的。在最優(yōu)組合方案下，不同“熱點(diǎn)”位置的溫

4、差僅為3～10℃（最熱點(diǎn)除外）;采用功率優(yōu)化和紅外控溫間歇式微波加熱可明顯抑制溫度場(chǎng)中過(guò)“熱點(diǎn)”的溫度，同時(shí)縮小各熱點(diǎn)之間的溫差。
　　2.以胡蘿卜為試材，研究了熱風(fēng)噴動(dòng)干燥、微波噴動(dòng)干燥和熱風(fēng)-微波聯(lián)合噴動(dòng)法干燥動(dòng)力學(xué)，水分?jǐn)U散系數(shù)、各種經(jīng)典干燥模型與干燥曲線的擬合情況，及其上述三種方法對(duì)干燥后胡蘿卜色澤、復(fù)水性和維生素C含量的影響，同時(shí)分析和比較三種方法干燥胡蘿卜的能耗。微波熱風(fēng)聯(lián)合噴動(dòng)(5.5W/g-80℃，風(fēng)速35m/s)

5、干燥胡蘿卜比微波噴動(dòng)干燥（750W，風(fēng)速35m/s）者和熱風(fēng)噴動(dòng)干燥(80℃，風(fēng)速35m/s)者分別縮短干燥時(shí)間50％～65.63％和51.11％～60％，能耗分別比后二者節(jié)約0％～22.52％和15.67％～55.31％，復(fù)水比分別是后二者的1.02～1.03和1.07～1.23倍，其維生素C保存率為15.39％～17.13％，經(jīng)微波熱風(fēng)聯(lián)合噴動(dòng)干燥的胡蘿卜品質(zhì)最優(yōu)。在進(jìn)風(fēng)風(fēng)速為35m/s的條件下熱風(fēng)噴動(dòng)干燥法(50～90℃)的擴(kuò)散系

6、數(shù)為2.62×10-10～6.53×10-10m2/s。微波噴動(dòng)干燥法(450～900W)的擴(kuò)散系數(shù)為8.40×10-10～22.96×10-10m2/s。微波熱風(fēng)聯(lián)合噴動(dòng)干燥法(450～900W，50-90℃)的擴(kuò)散系數(shù)為30.83×10-10～47.72×10-10m2/s。高斯-牛頓算法擬合不同干燥方法的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，Diffisionapproxinatiion模型、Page模型和Vermaetal模型能分別很好的擬合熱風(fēng)噴

7、動(dòng)干燥法、微波噴動(dòng)干燥和微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥法的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
　　3.微波和熱風(fēng)噴動(dòng)干燥對(duì)經(jīng)滲透處理后紫甘藍(lán)的干燥速率均顯著高于未滲透處理者，干燥時(shí)間分別比未滲透預(yù)脫水處理縮短15.52％～41.38％和0％～13.79％，干燥后的復(fù)水比、色澤和花色苷含量也均顯著低于未滲透處理者。微波熱風(fēng)聯(lián)合噴動(dòng)干燥紫甘藍(lán)（滲透預(yù)脫水處理的）的最優(yōu)條件為:微波功率5.5W/g、水分轉(zhuǎn)換點(diǎn)48％和熱風(fēng)溫度80℃。該條件下干制的紫甘藍(lán)復(fù)水比、花色苷含量和能

8、耗分別為5.23、278.72mg/100gDW和18.74kW·h/kg，其復(fù)水比較微波干燥者提高11.88％，干燥時(shí)間分別比熱風(fēng)干燥和微波干燥縮短78.75％和50.50％。
　　4.增加真空度能顯著提高胡蘿卜干燥速率、縮短干燥時(shí)間。當(dāng)真空度由0.02Mpa增加至0.08Mpa時(shí)，真空干燥和微波真空干燥均可節(jié)約時(shí)間達(dá)25％，胡蘿卜真空干燥的最優(yōu)條件為:溫度為80℃、真空度-0.08Mpa。該條件下胡蘿卜中維生素C的含量為15.

9、05±0.64mg/100gDW，其保留率為18.41％。胡蘿卜微波真空干燥的最優(yōu)條件為:微波功率為5.5W/g，真空度為-0.08Mpa。在該條件下胡蘿卜干中維生素C含量為30.57±2.70mg/100gDW，其保留率為37.60％。在最優(yōu)條件下，微波真空干燥比真空干燥者節(jié)約時(shí)間和能耗分別為89％和82.40％，前者復(fù)水比高于后者，前者色澤、亮度均好于后者。微波真空干燥的胡蘿卜干中維生素C保留率比真空干燥增加1.13倍
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10、.以胡蘿卜為材料，研究饋能口位置和數(shù)量、不同磁控管功率匹配方式對(duì)微波加熱均勻性的影響。單個(gè)和兩個(gè)磁控管加熱時(shí)，胡蘿卜顆粒色澤值和水分含量差異大，兩個(gè)磁控管加熱時(shí)的色澤和含水量均勻性高于單個(gè)磁控管加熱者。三個(gè)磁控管微波功率最佳匹配組合為400W、500W和600W，功率分配比例為4∶5∶6。在此最優(yōu)功率匹配下，當(dāng)功率5.0W/g時(shí)，胡蘿卜顆粒色澤值和含水量差異小無(wú)顯著差異，干燥均勻性高。隨著功率增大，干燥后胡蘿卜色澤差異逐漸增大，含水量均

11、勻性變差。經(jīng)磁控管功率優(yōu)化匹配后，微波干燥、微波噴動(dòng)干燥和微波-熱風(fēng)聯(lián)合噴動(dòng)干燥的胡蘿卜色值和含水量差異較小，干燥均勻性均高。
　　6.比較了熱風(fēng)噴動(dòng)干燥、微波噴動(dòng)干燥、微波-熱風(fēng)聯(lián)合噴動(dòng)干燥、真空干燥、微波真空干燥和冷凍干燥胡蘿卜色澤、復(fù)水比、成分和能耗的影響。冷凍干燥的胡蘿卜復(fù)水比和維生素C含量均最高，而熱風(fēng)噴動(dòng)干燥者最低。冷凍干燥的胡蘿卜維生素C含量為50.05mg/kgDW，保留率為61.55％。與熱風(fēng)噴動(dòng)干燥、微波噴動(dòng)干

12、燥和微波熱風(fēng)聯(lián)合噴動(dòng)干燥相比，微波真空干燥顯著提高了維生素C保留率。熱風(fēng)噴動(dòng)干燥、微波噴動(dòng)干燥、微波-熱風(fēng)聯(lián)合噴動(dòng)干燥的胡蘿卜的色澤發(fā)黃。胡蘿卜真空干燥能耗最低，而冷凍干燥能耗最高。干燥方法顯著影響干燥后胡蘿卜的組織結(jié)構(gòu)。熱風(fēng)噴動(dòng)干燥的胡蘿卜細(xì)胞壁呈完全塌陷狀，且呈橫條排列，而微波噴動(dòng)干燥、微波真空干燥及微波-熱風(fēng)聯(lián)合噴動(dòng)干燥的胡蘿卜呈均勻的隕石坑狀，且隨著微波功率的增加，其隕石坑狀更明顯。冷凍干燥的細(xì)胞壁完整，細(xì)胞結(jié)構(gòu)呈均勻排列的蜂窩

13、狀結(jié)構(gòu)，真空干燥的胡蘿卜微觀結(jié)構(gòu)與冷凍干燥者相似。
　　7.比較了熱風(fēng)噴動(dòng)干燥、微波噴動(dòng)干燥、微波-熱風(fēng)聯(lián)合噴動(dòng)干燥、真空干燥和冷凍干燥紫甘藍(lán)的色澤、復(fù)水比、成分和能耗的影響。熱風(fēng)噴動(dòng)干燥的紫甘藍(lán)L*值和a*值最小，b*值最大。微波噴動(dòng)干燥、微波-熱風(fēng)聯(lián)合噴動(dòng)干燥、真空干燥和冷凍干燥的紫甘藍(lán)的L*值和a*值差異不顯著。熱風(fēng)噴動(dòng)干燥、真空干燥和微波冷凍干燥的紫甘藍(lán)復(fù)水比無(wú)顯著差異，微波噴動(dòng)干燥的紫甘藍(lán)復(fù)水比最低。冷凍干燥的紫甘藍(lán)花色

14、苷含量最高，達(dá)737.72mg/100gDW，保留率為45.27％。紫甘藍(lán)冷凍干燥能耗最高，真空干燥次之，微波噴動(dòng)干燥最低。微波-熱風(fēng)聯(lián)合噴動(dòng)干燥和熱風(fēng)噴動(dòng)干燥能耗均高于微波噴動(dòng)干燥但低于冷凍干燥和真空干燥。干燥方法顯著影響滲透預(yù)脫水后紫甘藍(lán)組織結(jié)構(gòu)。熱風(fēng)噴動(dòng)干燥的紫甘藍(lán)細(xì)胞壁呈完全塌陷狀，微波噴動(dòng)干燥的紫甘藍(lán)呈“溝狀”結(jié)構(gòu)，微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥和真空干燥的紫甘藍(lán)細(xì)胞結(jié)構(gòu)均與熱風(fēng)干燥者相似。但是在較高真空度下干燥的紫甘藍(lán)細(xì)胞也呈較淺的坑狀