果蔬远红外真空干燥技术研究

论文摘要

本课题主要研究了远红外真空干燥技术在果蔬干燥方面的应用,对干燥工艺参数进行了优化,并对其过程进行数学模拟。设计制造了实验室用远红外真空干燥实验箱,该设备物料盘可以带动物料在干燥箱内随转盘一起转动,使得干燥过程中辐射较均匀,且视窗的视镜能承受箱内的高温,另外辐照距离和远红外辐射板的功率可根据需要进行调节,为远红外真空干燥技术的研究和优化提供了可靠的保证。本文以胡萝卜片为材料,研究了切片果蔬远红外真空干燥的动力学数学模型。通过对实验数据的多元线性回归,得到了经验数学模型的特征参数。数学模型和实验数据都表明远红外真空干燥过程中,干燥速率主要受远红外干燥功率密度和真空度的影响,干燥速率受远红外辐照距离的影响很小。远红外干燥功率密度越大,干燥速率越快。有无真空对干燥速率的影响也较大,而真空度小于0.07 MPa时,真空度的大小对干燥速率的影响不大。以胡萝卜片为材料,研究了切片果蔬远红外真空干燥过程中温度分布和变化的规律,并建立了相应的数学模型。实验表明:远红外真空干燥切片胡萝卜时,其干燥过程中温度的分布和变化规律与切片的厚度密切相关。当胡萝卜的厚度小于临界厚度时,传质阻力小,中心温度和表面温度能较好的保持一致;当胡萝卜的厚度大于临界厚度时,传质阻力变大,中心温度比表面温度高。干燥过程中温度变化主要可以分为3个阶段,即物料的预热阶段、等速干燥阶段和降速干燥阶段。在第一阶段物料吸收的热量使物料温度快速升高,其变化规律取决于干燥的功率密度和干燥时间;在第二阶段中,温度基本保持不变且主要决定于相应的真空压力下的水的饱和蒸汽温度,其变化规律为真空度越大,温度越低;第三阶段中物料温度快速升高,其变化规律取决于外部的干燥条件,即远红外真空干燥功率密度和真空度等。课题研究了远红外真空干燥技术在果蔬干燥方面的应用。通过正交实验设计,在不同的实验条件下干燥切片胡萝卜,并对干燥产品进行了复水性、β-胡萝卜素保留率等的测试,结果表明:采用单独的远红外真空干燥果蔬时,在干燥过程中干燥功率密度越大,干燥时间越短,干燥越快;但是功率密度越大,产品质量却有所下降。各因素对干燥效果的影响程度,对干燥时间而言,功率密度>真空度>辐照距离;对复水性而言,功率密度>真空度>辐照距离;对β-胡萝卜素的保留率而言,则各因素对指标的影响程度为真空度>功率密度>辐照距离;以干燥产品质量为主要目的获得最优参数组合为:远红外干燥功率密度2 W/g,辐照距离155 mm,真空度0.07 MPa。课题还研究了采用组合干燥的方法干燥新鲜小葱叶,试验表明:采用远红外真空干燥与其他干燥方法相结合的方法可以提高产品的外观质量、复水性等,而且对色素等营养成分的保留率的提高也有非常明显的效果。采用远红外真空干燥与其他干燥方法组合干燥可以大大改善干燥产品的质量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 常用的果蔬干燥技术
• 1.1.1 常压热风干燥技术
• 1.1.2 微波干燥技术
• 1.1.3 真空脱水干燥技术
• 1.1.4 真空冷冻干燥技术
• 1.2 远红外真空干燥技术
• 1.2.1 红外辐射的基本概念
• 1.2.2 远红外真空干燥的原理
• 1.2.3 远红外真空干燥技术的特点
• 1.2.4 远红外真空干燥的国内外研究现状
• 1.3 课题研究的背景和意义
• 1.3.1 果蔬脱水加工的研究意义
• 1.3.2 果蔬脱水加工的现状
• 1.4 本论文的主要研究意义
• 1.5 本论文的主要研究内容
• 第二章 实验设备的设计制造
• 2.1 远红外真空干燥实验设备的国内外现状
• 2.2 实验设备的设计
• 2.2.1 设备的组成
• 2.2.2 远红外真空干燥的辐射特性
• 2.2.3 实验设备的优化设计
• 2.3 实验设备结构和实体图
• 2.4 本章小结
• 第三章 远红外真空干燥果蔬的动力学研究
• 3.1 前言
• 3.1.1 远红外真空干燥动力学研究的意义
• 3.1.2 远红外真空干燥动力学模型研究的现状
• 3.2 材料和设备
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验仪器
• 3.3 实验方法（样品制备和水分含量测定）
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 远红外干燥功率密度对干燥曲线的影响
• 3.4.2 真空度对干燥曲线的影响
• 3.4.3 辐照距离对干燥曲线的影响
• 3.4.4 数学模型
• 3.4.5 实验干燥曲线与理论干燥曲线的比较
• 3.5 本章小结
• 第四章 远红外真空干燥果蔬的内部温度分布和变化的薄层数学模拟
• 4.1 前言
• 4.1.1 远红外真空干燥果蔬温度分布和变化研究的意义
• 4.1.2 远红外真空干燥温度数学模型研究的现状
• 4.2 物料的厚度对温度分布和变化的影响
• 4.3 数学模型
• 4.4 材料和设备
• 4.4.1 实验材料
• 4.4.2 实验仪器
• 4.5 实验方法
• 4.6 结果与讨论
• 4.7 本章小结
• 第五章 远红外真空干燥果蔬的工艺参数研究
• 5.1 前言
• 5.1.1 脱水蔬菜色素保留的意义
• 5.1.2 类胡萝卜素和叶绿素的损失机制
• 5.1.3 胡萝卜和叶绿素蔬菜干燥研究的国内外研究现状
• 5.2 远红外真空干燥试验参数的研究
• 5.2.1 材料和仪器
• 5.2.1.1 试验材料和试剂
• 5.2.1.2 试验仪器
• 5.2.2 干燥试验工艺
• 5.2.3 测定方法
• 5.2.3.1 干燥产品外观质量的评定
• 5.2.3.2 干燥产品复水性测定
• 5.2.3.3 干燥产品β-胡萝卜素保留率的测试
• 5.2.4 结果与讨论
• 5.2.4.1 各参数对干燥曲线的影响
• 5.2.4.2 各参数对干燥产品复水性的影响
• 5.2.4.3 各参数对干燥产品β-胡萝卜素保留率的影响
• 5.2.4.4 各参数对干燥产品感官品质的影响
• 5.2.4.5 各参数对干燥产品质量影响程度的大小
• 5.3 远红外真空干燥试验参数的优化研究
• 5.3.1 前言
• 5.3.1.1 组合干燥的原理和特点
• 5.3.1.2 组合干燥的国内外研究现状
• 5.3.2 材料和仪器
• 5.3.2.1 试验材料和试剂
• 5.3.2.2 试验仪器
• 5.3.3 干燥试验工艺
• 5.3.4 测定方法
• 5.3.4.1 干燥产品感观质量的评定
• 5.3.4.2 干燥产品复水性测定
• 5.3.4.3 叶绿素保留率的测试
• 5.3.5 结果和讨论
• 5.3.5.1 干燥产品样品展示
• 5.3.5.2 干燥方法对叶绿素保留率的影响
• 5.3.5.3 干燥方法对小葱叶复水性的影响
• 5.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文