天然色素低溫真空干燥及其數(shù)學(xué)模型.pdf

1、天然色素主要提取自植物、動物和微生物，相對于人工合成色素，天然色素更加安全，且具有生理活性，具備一定的營養(yǎng)作用和藥理功能，因此廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥以及化妝品行業(yè)。然而由于對光、熱、pH及金屬離子等的敏感性較高，使得天然色素在加工以及流通過程中易發(fā)生氧化、分解，從而嚴(yán)重影響了天然色素的單位產(chǎn)品色價和保質(zhì)期。為提高產(chǎn)品品質(zhì)，本文從天然色素的后期加工制粉入手，深入研究了不同干燥方式對天然色素產(chǎn)品品質(zhì)的影響，并重點考察了低溫真空干燥制粉的優(yōu)化工

2、藝及干燥過程的動力學(xué)模型。
　　首先，考察了不同干燥方式對天然色素品質(zhì)、形態(tài)以及整個干燥過程能耗的影響。本文選擇噴霧干燥、冷凍干燥和低溫真空干燥3種方式對天然梔子黃色素原液進(jìn)行制粉研究。噴霧干燥工藝參數(shù)為：進(jìn)風(fēng)溫度為180~190℃，出風(fēng)溫度為90~100℃，物料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％，風(fēng)量為40 m3/h。冷凍干燥過程中：料液在-40℃下預(yù)凍2 h，完全凝結(jié)后在絕對壓強(qiáng)300 mtorr的干燥箱內(nèi)脫水，整個干燥過程持續(xù)49 h。低溫真

3、空干燥工藝參數(shù)：恒溫加熱板溫度為35℃，真空度為0.07 MPa，料液厚度為7 mm，物料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，干燥時間為26 h。對3種不同干燥方式下的天然梔子黃色素粉末性能指標(biāo)的分析發(fā)現(xiàn)：噴霧、冷凍及低溫真空干燥處理下的梔子黃色素產(chǎn)品含水量、色價及色差分別為2.89%、5.94%與5.13%（w.b.），82.3、87.9和88.5，81.79、73.88和73.63；SEM表明：噴霧干燥產(chǎn)品粉末微觀形態(tài)均一，多呈凹球形；低溫真空干燥和

4、冷凍干燥粉末均呈現(xiàn)形狀多樣且不規(guī)則的微觀形態(tài)。通過對3種干燥方式的能耗比較得知，噴霧干燥能耗最低（21900 kJ），低溫真空干燥次之（238680 kJ），冷凍干燥能耗最大（449820 kJ）。試驗結(jié)果表明：噴霧干燥對產(chǎn)品品質(zhì)影響較大；而低溫真空干燥在產(chǎn)品的品質(zhì)非常接近于冷凍干燥的前提下，能耗卻大幅降低。因此綜合產(chǎn)品品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)效益考慮，低溫真空干燥是一種適合于天然色素制粉加工的新方法，值得做進(jìn)一步研究。
　　以加熱板溫度、干燥

5、箱內(nèi)真空度、料液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和料層厚度為影響因素，進(jìn)一步研究了天然梔子黃色素低溫真空干燥制粉的優(yōu)化工藝，設(shè)計了L9(34)的正交試驗。當(dāng)干燥產(chǎn)品達(dá)到一致的含水量時，對其色價（CV）、色差（CD）等指標(biāo)以及干燥時間（t）進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：加熱板溫度對產(chǎn)品的色價、色差以及干燥時間影響最大；料層厚度對梔子黃色素的色價有較大影響。在真空度0.09 MPa，料液質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%以及料層厚度7 mm的單因素對比實驗中，加熱板溫度為55℃時的干燥時間

6、較35℃時縮短了21.05%，可見加熱板溫度對干燥時間影響很大；而料液質(zhì)量分?jǐn)?shù)和真空度對產(chǎn)品品質(zhì)以及干燥時間影響相對較小。得到的梔子黃色素低溫真空干燥制粉的最佳工藝條件為：加熱板溫度45℃，料液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，料層厚度為5 mm，真空度為0.09 MPa，驗證試驗得到的梔子黃色素粉末品質(zhì)為：含水量4.35%，色價87.8，色差74.12，干燥過程耗時1360 min。
　　選擇加熱板溫度為35、45和55℃、真空度為0.08MP

7、a、料層厚度為7mm和料液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的梔子黃色素干燥試驗數(shù)據(jù)作為實測樣本，基于MATLAB軟件，建立梔子黃色素薄層干燥數(shù)學(xué)模型。經(jīng)驗證得出：在常用的8種經(jīng)驗、半經(jīng)驗薄層干燥數(shù)學(xué)模型中，Page模型對梔子黃色素低溫真空干燥過程的擬合效果最佳，該模型可以較好地描述和預(yù)測干燥過程中梔子黃色素原液含水率與干燥時間的關(guān)系。
　　本文還對天然桑椹紅色素的低溫真空干燥制粉進(jìn)行了研究，試驗設(shè)計了 L16(44)正交試驗，當(dāng)干燥產(chǎn)品達(dá)到一致的