冻干—真空微波串联联合干燥苹果的保质和节能工艺及模型研究

论文摘要

到目前为止,在所有的干燥方法中,冷冻干燥能最大程度地保持物料的品质。对于果蔬来说,冷冻干燥（FD）果蔬最大程度地保持了其原有的色、香、味、形,但是冷冻干燥过程的最大缺点是能耗大,成本高。本文采用冷冻干燥与真空微波（VMD）串联联合干燥来替代单一的冷冻干燥,以实现降低能耗的目的。同时通过工艺优化,使得节能的同时产品品质得以很好的保存。本文以苹果片为原料,采用了冻干与真空微波串联联合干燥技术替代传统的冷冻干燥。发现在冻干-真空微波干燥过程中,水分转换点是影响最终产品品质的关键因素。通过试验研究,得出最佳水分转换点是升华干燥阶段的结束和解析干燥阶段的开始,此时无效能耗节约率为39.20%;发现在真空微波-冻干干燥过程中,微波功率是影响产品品质的主要因素,通过试验研究,得出无效能耗节约率为46.49%。虽然后者的能耗节约率更高,但前者的产品品质更接近于单纯冻干产品。为了了解联合干燥过程中的干燥规律,本文在工艺研究的基础上,研究了苹果片干燥过程的传质模型,得出了Page模型比较适合于模拟FD和后续VMD阶段中的传质过程;为了了解后续真空微波干燥过程中苹果片温度的变化,本文对物料的介电性质进行了研究,根据介电损耗值将后续真空微波干燥分成了三个阶段,并分别用传热学中均匀内热源平板理论公式和能量守恒公式很好的模拟了第一和第二、三阶段的温度变化。本文通过重组解决了切割苹果片自身介电性质的不均一性,通过与马铃薯泥混合可以使物料铺料面积更大,从而减少了物料的边角数量,这都使得物料的干燥更加均匀。试验研究了微波冷冻干燥（MFD）、FD、VMD和真空干燥（VD）四种干燥方式对重组土豆/苹果脆片的质构、颜色、复水、感官、超微结构及其它质量参数的影响。得出MFD脆片的品质高于FD,而达到相同含水率所需的干燥时间仅为FD的一半; VMD脆片的品质远远高于VD脆片,且干燥时间比VD过程缩短了95%。微波干燥不仅能减少干燥时间还能提高干燥产品的品质。综合品质和能耗结果,MFD和VMD可以分别用来生产不同等级的重组混合脆片。为了减慢联合干燥苹果丁在液态载体中的复水比,本文以乳清分离蛋白溶液为膜材料,采用喷动床干燥（SBD）对苹果丁进行同时涂膜干燥,结果表明,干燥后的苹果丁外形几乎不变且复原比降低40%,营养物质保存率为90%。本文还对乳清分离蛋白膜溶液的变性方式进行了研究,发现适当的提高变性温度和变性时间可以进一步降低涂膜苹果丁的复水比,最佳条件为80℃水浴中静置15min。另外,调节溶液pH值不会降低涂膜苹果丁的复水比。通过对涂膜苹果丁复水过程的观察及复水比的测定,推测苹果丁表面的膜并不是一个整体,而是由若干小片组成的,这个推论在进一步的试验中得到了证实。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 冷冻干燥技术的发展概况
• 1.1.1 冷冻干燥技术的原理及工艺特点
• 1.1.2 冷冻干燥果蔬的研究进展
• 1.1.3 冻干水果高效节能研究进展
• 1.2 真空微波干燥的研究进展
• 1.2.1 真空微波在果蔬干燥加工中的研究进展
• 1.2.2 果蔬真空微波干燥传热传质模型的研究进展
• 1.3 果蔬冻干-微波并联联合干燥的研究进展
• 1.4 果蔬冻干-真空微波串联联合干燥的研究进展
• 1.4.1 冻干-真空微波串联联合干燥的节能研究
• 1.4.2 冻干-真空微波联合干燥水果的保质研究
• 1.5 喷动床涂膜干燥的研究进展
• 1.5.1 可食用膜的研究进展
• 1.5.2 果蔬干制产品的涂膜研究
• 1.5.3 喷动床干燥概述
• 1.5.4 喷动床涂膜干燥在食品中的应用
• 1.6 课题的提出及意义
• 1.7 本论文的主要内容
• 参考文献
• 第二章 苹果片冻干与真空微波串联联合干燥的节能保质研究
• 2.1 前言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 材料与设备
• 2.2.2 试验工艺流程
• 2.2.3 苹果片的预处理
• 2.2.4 苹果的冻干和联合干燥试验
• 2.2.5 包装方法
• 2.2.6 测试方法
• 2.2.7 能耗分析与计算
• 2.2.8 统计分析
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 苹果片预处理条件的选择
• 2.3.2 冻干-真空微波联合干燥工艺研究
• 2.3.3 真空微波-冻干联合干燥工艺研究
• 2.3.4 不同干燥方式对苹果片品质的影响
• 2.3.5 冻干和联合干燥的能耗比较
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 苹果片冻干与真空微波联合干燥的传质及传热研究
• 3.1 前言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 试验材料
• 3.2.2 试验设备
• 3.2.3 试验方法
• 3.2.4 冷冻干燥
• 3.2.5 真空微波干燥
• 3.3 传质和传热数学模型
• 3.3.1 常见的薄层干燥数学模型
• 3.3.2 含水量较多时温度模型
• 3.3.3 含水量较少时的温度模型
• 3.4 分析测试方法
• 3.4.1 水分含量的测定
• 3.4.2 水分比的测定
• 3.4.3 干燥速率的测定
• 3.4.4 介电性质的测定
• 3.4.5 统计分析
• 3.5 结果与讨论
• 3.5.1 苹果片冷冻干燥阶段的特性分析
• 3.5.2 苹果片真空微波干燥阶段的特性分析
• 3.5.3 干燥薄层数学模型的建立
• 3.5.4 干燥常数的确定
• 3.5.5 联合干燥薄层模型的确定
• 3.5.6 不同含水量的苹果片的介电性质测定
• 3.5.7 苹果片的后续真空微波干燥曲线
• 3.5.8 苹果片温度的计算
• 3.6 本章小结
• 参考文献
• 第四章 重组混合苹果片的冻干与其它干燥方式的比较研究
• 4.1 前言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 材料与设备
• 4.2.2 试验工艺流程
• 4.2.3 苹果与土豆泥的比例
• 4.2.4 干燥试验
• 4.2.5 包装方法
• 4.2.6 测试方法
• 4.2.7 统计分析
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 苹果与土豆泥的最佳比例
• 4.3.2 干燥方法对混合脆片干燥速率的影响
• 4.3.3 不同干燥方法对混合脆片品质的影响
• 4.3.4 不同的干燥方法对混合脆片超微结构的影响
• 4.3.5 不同的干燥方法对混合脆片复水比的影响
• 4.3.6 重组和非重组物料在微波场中干燥均匀性的比较
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 联合干燥苹果丁在液态载体中的慢复水性能研究
• 5.1 前言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 材料与设备
• 5.2.2 试验工艺流程
• 5.2.3 联合干燥苹果丁的制备
• 5.2.4 膜溶液的配置
• 5.2.5 涂膜干燥试验
• 5.2.6 包装方法
• 5.2.7 分析测试方法
• 5.2.8 统计分析
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 乳清蛋白膜溶液的配方优化
• 5.3.2 热风干燥曲线
• 5.3.3 热风干燥涂膜苹果丁在牛奶中的复原比
• 5.3.4 喷动床干燥用于联合干燥苹果丁涂膜的初步验证
• 5.3.5 喷动床涂膜干燥温度的确定
• 5.3.6 喷动床干燥中苹果丁与膜溶液的最佳比例
• 5.3.7 喷动床涂膜干燥时间的确定
• 5.3.8 稍微皱缩对涂膜苹果丁在牛奶中复原比的影响
• 5.3.9 膜溶液的变性温度和时间对涂膜苹果丁复水比的影响
• 5.3.10 膜溶液的pH 值对涂膜苹果丁复水比的影响
• 5.3.11 苹果丁表面涂膜层的分布
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 主要结论
• 论文创新点
• 附录1：符号说明
• 附录2：试验所用设备
• 附录3：样品图片
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 致谢