论文摘要
渗透脱水是将果蔬等多孔性物料浸入高渗溶液中,在高渗压引起的驱动力作用下水分自发向外转移的过程。采用渗透脱水预处理能减少后续干燥时间和对产品品质的热损害,但目前国内外的渗透脱水对象集中在水果类,所得结果对蔬菜的研究指导作用有限,且与渗透脱水相关的数学模型还可进一步探讨。因此本课题提出对莴笋渗透脱水的传质动力学及渗后热风干燥特性进行研究,希望为渗透脱水的理论研究和实际生产提供一定参考。本课题以莴笋为研究对象,以失水率、固形物增加率、有效扩散系数、湿基含水率、干燥速率为指标,试验采用回归正交旋转设计和均匀设计方法,同时使用SPSS、Matlab及SYSTAT软件作为统计分析、绘图和优化软件。首先,设计了一个五元(葡萄糖浓度、氯化钠浓度、温度、厚度和时间)二次回归正交旋转试验,研究了莴笋渗透脱水失水率和固形物增加率的传质回归方程,优化了工艺参数;其次,以葡萄糖浓度和温度为影响因素,根据均匀试验结果,建立了莴笋渗透脱水的动力学模型,拟合了有效扩散系数与因素间的回归方程;最后,研究了风温、风速、铺料密度对渗后莴笋热风干燥特性的影响,比较了渗后和未渗样品的干燥特性、产品外观品质及复水特性。结果表明:第一,葡萄糖浓度、渗透时间增加能显著提高失水率和固形物增加率;在葡萄糖+氯化钠组合溶液中,氯化钠浓度对失水率无明显影响但对固形物增加率有极显著促进作用;温度升高不利于失水但利于固形物增加;而厚度增加既不利于失水也不利于固形物渗入;莴笋渗透脱水的最优工艺为:葡萄糖浓度32.5%、氯化钠浓度2%、温度35℃、厚度5mm、时间139min;在此条件下,失水率的预测值及试验值分别为52.08%和53.54%、固形物增加率的预测值及试验值分别为9.83%和9.14%;失水率和固形物增加率的回归方程可用于莴笋渗透脱水的预测。第二,Azuara模型可计算平衡时刻的失水率和固形物增加率;两指数模型比Page模型更适于描述莴笋渗透脱水的动力学过程;根据曲面拟合方法得到的莴笋渗透脱水有效扩散系数与葡萄糖浓度和温度的回归方程拟合性高;水分、固形物有效扩散系数大小与平衡时刻的失水率和固形物增加率无直接关系,有效扩散系数表示的是失水率和固形物增加率达到平衡时刻的快慢程度。第三,风温、风速增加能减少莴笋渗后热风干燥时间,而铺料密度增加会延长干燥时间;莴笋经渗透脱水后,干燥速率虽有所降,但干燥时间大为减少;莴笋渗后样品在热风干燥或复水后,其外观品质均优于未渗样品;渗后样品在高温下复水较快而未渗样品适宜在室温状态下复水,渗后样品的复水能力好于未渗样品;莴笋渗后样品复水时间可控制在1h内。
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