胡蘿卜催化式紅外干法殺青—紅外熱風(fēng)順序聯(lián)合干燥技術(shù)研究.pdf

1、我國是農(nóng)業(yè)大國，果蔬產(chǎn)量巨大，居世界首位。新鮮果蔬貨架期短，極易腐爛，多數(shù)在本地以低價銷售。胡蘿卜富含維生素和纖維素，是人類消費最多的蔬菜之一。然而，胡蘿卜營養(yǎng)成分及外觀品質(zhì)的保存是目前面臨的一個挑戰(zhàn)。脫水技術(shù)是能夠延長果蔬貨架期，很好保留其營養(yǎng)成分的有效處理方法。我國利用熱水燙漂、熱風(fēng)干燥技術(shù)生產(chǎn)了大量的脫水胡蘿卜片用于出口和本國消費。但是此技術(shù)方法存在許多的缺點，包括能源利用效率低、處理時間長、產(chǎn)品品質(zhì)惡化和引起一系列環(huán)境問題等。因

2、此，該行業(yè)迫切需要一種低能耗，并保證產(chǎn)品質(zhì)量的殺青和干燥技術(shù)的出現(xiàn)。
　　本研究以新鮮胡蘿卜為原料，對催化式紅外干法殺青、催化式紅外干燥、熱風(fēng)干燥、以及催化式紅外干法殺青-紅外熱風(fēng)順序聯(lián)合干燥進(jìn)行了研究。建立了一種生產(chǎn)高品質(zhì)脫水胡蘿卜片的新技術(shù)。對催化式紅外干法殺青同步脫水過程中，過氧化物酶鈍化動力學(xué)模型、水分干燥動力學(xué)模型和顏色變化動力學(xué)模型進(jìn)行了研究。
　　首先對新鮮胡蘿卜直接催化紅外和熱風(fēng)干燥處理進(jìn)行研究。主要考察催化

3、式紅外和熱風(fēng)干燥處理參數(shù)和物料特性對干燥過程及產(chǎn)品質(zhì)量的影響。考察催化式紅外處理高度(26、32和38cm)和胡蘿卜片厚度（3、5和7mm）對干燥速率、干燥時間、產(chǎn)品表面顏色和復(fù)水性的影響。對胡蘿卜催化式紅外干燥和熱風(fēng)干燥進(jìn)行了比較研究。分別對兩種干燥方法的不同胡蘿卜片厚度(3、5和7mm)和處理溫度（60、70和80℃）進(jìn)行了比較研究。對催化式紅外干燥研究結(jié)果顯示:紅外處理高度越低、胡蘿卜片越薄，干燥速率越大、所需干燥時間越短。在紅外

4、處理高度為32cm，胡蘿卜片厚度為3和5mm，有較高的干燥速率，且得到較高質(zhì)量的產(chǎn)品。對催化式紅外和熱風(fēng)干燥比較研究結(jié)果顯示:在水分含量達(dá)到16％～30％之前，催化式紅外干燥具有較高的干燥速率，較短的干燥時間和較高的水分有效擴散系數(shù)。催化式紅外干燥和熱風(fēng)干燥的有效擴散系數(shù)分別為2.38～10.30×10-9m2s-1和1.43～5.50×10-9m2s-1。催化式紅外干燥所需總干燥時間比熱風(fēng)干燥縮短60％左右。胡蘿卜片在60和70℃催化

5、式紅外干燥得到的產(chǎn)品比熱風(fēng)干燥具有更高的復(fù)水性。通過對兩種干燥方法比較得出，催化式紅外干燥在處理溫度為70℃，胡蘿卜片厚度為3～5mm時，有較高的干燥速率和較好的產(chǎn)品質(zhì)量。由此得出，催化式紅外干燥應(yīng)用于生產(chǎn)干燥胡蘿卜片的前期階段，熱風(fēng)干燥用于干燥后期。
　　對八種干燥模型進(jìn)行擬合，得到適合催化式紅外和熱風(fēng)干燥胡蘿卜片的動力學(xué)模型。通過決定系數(shù)（R2）和均方根誤差（RMSE）得出:Midilli模型(MR=aexp(-ktn)+ b

6、t）能夠很好的擬合催化式紅外和熱風(fēng)干燥兩種模式的干燥曲線。將兩種干燥方法的處理參數(shù)對模型系數(shù)進(jìn)行擬合，分別建立催化式紅外和熱風(fēng)干燥胡蘿卜片的干燥模型方程，兩模型能夠很好的預(yù)測兩種干燥過程中水分變化情況。計算水分有效擴散系數(shù)和活化能，通過水分?jǐn)U散過程從機理上證明催化式紅外干燥比熱風(fēng)干燥具有更高的干燥效率。對催化式紅外干法殺青胡蘿卜片進(jìn)行研究?？疾觳煌に噮?shù)對胡蘿卜片品質(zhì)的影響。工藝參數(shù)包括:胡蘿卜片表面溫度（85、90和95℃）、胡蘿卜

7、片厚度（3、5和7mm）和處理時間(0～30min)。通過對產(chǎn)品過氧化物酶(POD)殘留量、水分減少量、干燥速率、產(chǎn)品表面顏色變化和維生素C保留率等指標(biāo)，確定最優(yōu)處理條件。結(jié)果表明，胡蘿卜片表面溫度越高、厚度越薄，POD酶的失活速率和水分減少越快。當(dāng)POD殘留量達(dá)到10％時，不同處理條件下胡蘿卜片的水分減少量為40.2％～88.8％之間，顏色變化值為3.17～5.13，維生素C保留率為56.92％～77.34％。因此，紅外干法殺青技術(shù)在

8、達(dá)到殺青目的的同時，能夠去除部分水分，起到干燥的作用，并且可以得到高品質(zhì)的胡蘿卜片。通過產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)得出最優(yōu)工藝條件為:胡蘿卜片表面溫度為90℃，胡蘿卜片厚度為3～5mm。基于催化式紅外干法殺青試驗數(shù)據(jù)，對干法殺青過程中，POD酶鈍化動力學(xué)、水分干燥動力學(xué)和顏色變化動力學(xué)模型進(jìn)行研究。結(jié)果表明，兩階段模型能夠很好的描述POD酶的滅活過程，并且與模型假設(shè)POD酶有兩種同工酶，熱穩(wěn)定型同工酶(ER)和熱不穩(wěn)定型同工酶(EL)，每一種同工酶符

9、合一級動力學(xué)方程相吻合。通過對模型參數(shù)的分析與試驗測量值的比較，對POD酶滅活機理進(jìn)行了探討。Midilli模型(MR=aexp(-ktn)+bt）能夠很好的描述殺青過程中水分變化過程。將Middili模型的系數(shù)（a、k、n和b）對處理溫度（T）和胡蘿卜片厚度(H)進(jìn)行線性回歸，得到Midilli模型方程表達(dá)式如下:MR=(1.01+5.95×10-5T-7.70×104-H)exp(-(-1.07×10-3+4.16×10-4T-3.

10、16×10-3H)t(1.47-1.22×10-3T+1.17×10-3H)+(-2.42×10-3-9.16×10-5T+1.77×10-3H)t。此模型方程能夠很好的預(yù)測胡蘿卜紅外干法殺青同步脫水過程中水分變化值(R2大于0.9996，RMSE值在0.0017～0.0065之間）。通過對水分有效擴散系數(shù)和活化能的計算與分析，從機理上對水分干燥過程進(jìn)行了闡述。五階多項式模型(△E=at5+bt4+ct3+dt2+et+f)能夠很好的描

11、述胡蘿卜干法殺青過程中顏色變化情況。將五階動力學(xué)模型系數(shù)（a、6、c、d、e和f)對處理溫度（T）和胡蘿卜厚度（H）進(jìn)行線性回歸，得到產(chǎn)品顏色變化數(shù)學(xué)模型方程表達(dá)式如下:△E=(-3.66×10-4+4.37×10-6T-1.55×10-6H)t5+(1.46×10-2-1.81×10-4 T+1.45×10-4H)t4+(-0.16+2.30×10-3 T-4.54×10-3H)t3+(0.14-7.27×10-3 T+5.30×10

12、-2H)t2+(3.77-1.51×10-2T-0.18H)t+(-4.05+4.23×10-2T+4.64×10-2H)。通過此動力學(xué)模型的建立，可以為處理終點值的判定做出依據(jù)，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，對實際生產(chǎn)操作和控制有非常重要的意義。
　　基于前文對胡蘿卜片催化式紅外殺青、干燥以及熱風(fēng)干燥結(jié)論，考察了兩種殺青方法、四種干燥方法對胡蘿卜片品質(zhì)的影響，建立了一種催化式紅外干法殺青-紅外熱風(fēng)順序聯(lián)合干燥的新技術(shù)。殺青方法為:90℃紅外干

13、法殺青，90℃熱水燙漂。干燥方法為:紅外殺青后，70℃紅外單一干燥、70℃熱風(fēng)單一干燥、紅外熱風(fēng)順序聯(lián)合干燥;熱水燙漂后，70℃熱風(fēng)干燥。殺青效果考察指標(biāo)包括POD酶活殘留量、產(chǎn)品表面顏色變化、維生素C保留率和水分減少量。脫水胡蘿卜片質(zhì)量指標(biāo)包括維生素C保留率、復(fù)水性、顏色變化、收縮性和硬度等。殺青結(jié)果顯示，90℃紅外干法殺青15min，能夠得到較合理的POD酶活殘留量和水分去除量，并且產(chǎn)品質(zhì)量較高。干燥結(jié)果顯示，紅外殺青-紅外干燥和紅