胡蘿卜和紫甘藍微波干燥均勻性控制及脫水技術研究.pdf

1、與傳統(tǒng)的熱風干燥相比，微波干燥具有脫水速度快、熱效率高、清潔生產(chǎn)、易實現(xiàn)自動化控制、并能很好地保持食品營養(yǎng)成分和兼有殺菌作用等特點。微波干燥技術及其設備已在輕化和農(nóng)產(chǎn)品加工等行業(yè)得到應用，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高等問題，故微波干燥技術在工業(yè)生產(chǎn)中的應用受到一定程度的限制。
　　本研究通過多功能組合微波干燥裝置的設計，采用多饋能口和微波磁控管功率分段疊加技術使微波場均勻，達到物料受熱均勻的目的;對

2、胡蘿卜微波干燥及其聯(lián)合干燥均勻性進行了試驗，對胡蘿卜和甘藍熱風干燥、微波干燥、微波-熱風聯(lián)合干燥、微波真空干燥等技術進行了研究，并對不同干燥方式下胡蘿卜和紫甘藍干燥動力學、干燥方法對物料的色澤、復水性、微觀結構、營養(yǎng)成分及能耗進行了研究。主要研究結果如下:
　　1.以胡蘿卜為試材，通過分別采用單個、兩個、三個磁控管組合加熱，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。兩個磁控管加熱時，蘿卜脫水均勻度超過80％且保持穩(wěn)定。三個磁控管及其功率匹配后(3個磁控管功率分別為400、500和600W)，胡蘿卜脫水均勻度平均達到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，微波腔溫度場均勻性也隨之改變。單個磁控管加熱，溫度場中不同位置點的溫度均勻性差。兩個磁控管加熱時的溫度場均勻性高于單個磁控管的。在最優(yōu)組合方案下，不同“熱點”位置的溫

4、差僅為3～10℃（最熱點除外）;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中過“熱點”的溫度，同時縮小各熱點之間的溫差。
　　2.以胡蘿卜為試材，研究了熱風噴動干燥、微波噴動干燥和熱風-微波聯(lián)合噴動法干燥動力學，水分擴散系數(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干燥后胡蘿卜色澤、復水性和維生素C含量的影響，同時分析和比較三種方法干燥胡蘿卜的能耗。微波熱風聯(lián)合噴動(5.5W/g-80℃，風速35m/s)

5、干燥胡蘿卜比微波噴動干燥（750W，風速35m/s）者和熱風噴動干燥(80℃，風速35m/s)者分別縮短干燥時間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)微波熱風聯(lián)合噴動干燥的胡蘿卜品質最優(yōu)。在進風風速為35m/s的條件下熱風噴動干燥法(50～90℃)的擴散系

6、數(shù)為2.62×10-10～6.53×10-10m2/s。微波噴動干燥法(450～900W)的擴散系數(shù)為8.40×10-10～22.96×10-10m2/s。微波熱風聯(lián)合噴動干燥法(450～900W，50-90℃)的擴散系數(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驗數(shù)據(jù)結果顯示，Diffisionapproxinatiion模型、Page模型和Vermaetal模型能分別很好的擬合熱風噴

7、動干燥法、微波噴動干燥和微波熱風聯(lián)合干燥法的實驗數(shù)據(jù)。
　　3.微波和熱風噴動干燥對經(jīng)滲透處理后紫甘藍的干燥速率均顯著高于未滲透處理者，干燥時間分別比未滲透預脫水處理縮短15.52％～41.38％和0％～13.79％，干燥后的復水比、色澤和花色苷含量也均顯著低于未滲透處理者。微波熱風聯(lián)合噴動干燥紫甘藍（滲透預脫水處理的）的最優(yōu)條件為:微波功率5.5W/g、水分轉換點48％和熱風溫度80℃。該條件下干制的紫甘藍復水比、花色苷含量和能

8、耗分別為5.23、278.72mg/100gDW和18.74kW·h/kg，其復水比較微波干燥者提高11.88％，干燥時間分別比熱風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、縮短干燥時間。當真空度由0.02Mpa增加至0.08Mpa時，真空干燥和微波真空干燥均可節(jié)約時間達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)約時間和能耗分別為89％和82.40％，前者復水比高于后者，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微波加熱均勻性的影響。單個和兩個磁控管加熱時，胡蘿卜顆粒色澤值和水分含量差異大，兩個磁控管加熱時的色澤和含水量均勻性高于單個磁控管加熱者。三個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，當功率5.0W/g時，胡蘿卜顆粒色澤值和含水量差異小無顯著差異，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、微波噴動干燥和微波-熱風聯(lián)合噴動干燥的胡蘿卜色值和含水量差異較小，干燥均勻性均高。
　　6.比較了熱風噴動干燥、微波噴動干燥、微波-熱風聯(lián)合噴動干燥、真空干燥、微波真空干燥和冷凍干燥胡蘿卜色澤、復水比、成分和能耗的影響。冷凍干燥的胡蘿卜復水比和維生素C含量均最高，而熱風噴動干燥者最低。冷凍干燥的胡蘿卜維生素C含量為50.05mg/kgDW，保留率為61.55％。與熱風噴動干燥、微波噴動干

12、燥和微波熱風聯(lián)合噴動干燥相比，微波真空干燥顯著提高了維生素C保留率。熱風噴動干燥、微波噴動干燥、微波-熱風聯(lián)合噴動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構。熱風噴動干燥的胡蘿卜細胞壁呈完全塌陷狀，且呈橫條排列，而微波噴動干燥、微波真空干燥及微波-熱風聯(lián)合噴動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。冷凍干燥的細胞壁完整，細胞結構呈均勻排列的蜂窩

13、狀結構，真空干燥的胡蘿卜微觀結構與冷凍干燥者相似。
　　7.比較了熱風噴動干燥、微波噴動干燥、微波-熱風聯(lián)合噴動干燥、真空干燥和冷凍干燥紫甘藍的色澤、復水比、成分和能耗的影響。熱風噴動干燥的紫甘藍L*值和a*值最小，b*值最大。微波噴動干燥、微波-熱風聯(lián)合噴動干燥、真空干燥和冷凍干燥的紫甘藍的L*值和a*值差異不顯著。熱風噴動干燥、真空干燥和微波冷凍干燥的紫甘藍復水比無顯著差異，微波噴動干燥的紫甘藍復水比最低。冷凍干燥的紫甘藍花色

14、苷含量最高，達737.72mg/100gDW，保留率為45.27％。紫甘藍冷凍干燥能耗最高，真空干燥次之，微波噴動干燥最低。微波-熱風聯(lián)合噴動干燥和熱風噴動干燥能耗均高于微波噴動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脫水后紫甘藍組織結構。熱風噴動干燥的紫甘藍細胞壁呈完全塌陷狀，微波噴動干燥的紫甘藍呈“溝狀”結構，微波-熱風聯(lián)合干燥和真空干燥的紫甘藍細胞結構均與熱風干燥者相似。但是在較高真空度下干燥的紫甘藍細胞也呈較淺的坑狀