南瓜片微波真空干燥特性
探討了不同微波強(qiáng)度、腔體絕對(duì)壓力和南瓜片厚度對(duì)南瓜片微波真空干燥特性的影響，通過建立數(shù)學(xué)模型來預(yù)測南瓜片微波真空干燥過程中水分變化。結(jié)果表明，微波強(qiáng)度對(duì)南瓜片干燥速率的影響明顯大于腔體絕對(duì)壓力和南瓜片厚度;通過決定系數(shù)(R2 ) 、殘差平方和(SSE) 和均方根誤差(RMSE) 等評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)12 種數(shù)學(xué)模型的擬合度進(jìn)行評(píng)價(jià)，認(rèn)為Page 模型適合描述和預(yù)測南瓜片微波真空干燥水分變化規(guī)律，并提出了試驗(yàn)條件范圍內(nèi)參數(shù)k 和n 的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑸槟瞎掀I(yè)化生產(chǎn)提供技術(shù)依據(jù)。
南瓜( Cucurbita moschata Duch. ) 是葫蘆科南瓜屬作物，營養(yǎng)豐富且具有多種保健和藥用功效，中國南瓜總產(chǎn)量位居世界第一，但鮮南瓜含水率高，易腐爛，干制可保持其生物化學(xué)活性，延長保質(zhì)期。干燥濕物料是質(zhì)量和熱量傳遞同時(shí)進(jìn)行的復(fù)雜過程，干燥動(dòng)力學(xué)研究對(duì)干燥設(shè)備設(shè)計(jì)、工藝優(yōu)化和提高終產(chǎn)品質(zhì)量有重要意義，目前國內(nèi)外研究人員已經(jīng)提出了包括基于Fick 第二定律的半理論模型和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮趦?nèi)的十幾種適用于農(nóng)產(chǎn)品干燥的薄層干燥模型，如Lewis，Page，Henderson and Pabis，Twoterm和Wang and Singh 等模型。有關(guān)南瓜干燥模型，Doymaz研究認(rèn)為，Logarithmic 模型和Verma et al. 模型適合描述南瓜片對(duì)流干燥過程; Guine等研究發(fā)現(xiàn)，Henderson-Pabis 模型適合描述南瓜熱風(fēng)干燥過程; 王瑾等研究表明，Midilli-Kucuk 模型適合描述并預(yù)測南瓜漿滾筒干燥過程。
微波真空干燥是物料在真空環(huán)境中通過微波快速加熱、低溫傳質(zhì)、高效脫水的新型干燥技術(shù)，它可有效提高能源利用率和產(chǎn)品質(zhì)量。微波真空干燥廣泛應(yīng)用于蕨菜、雙孢菇、胡蘿卜、土豆、綠茶、荔枝和榴蓮等農(nóng)產(chǎn)品干燥并研究建立其微波真空干燥數(shù)學(xué)模型，但目前尚未見南瓜片微波真空干燥方面的研究報(bào)道。因此，本文以新鮮南瓜為原料，研究微波強(qiáng)度、腔體絕對(duì)壓力和南瓜片厚度對(duì)南瓜片微波真空干燥特性的影響，并建立其數(shù)學(xué)模型，旨在闡明南瓜片微波真空干燥規(guī)律，同時(shí)為開發(fā)新型即食南瓜片產(chǎn)品提供科學(xué)依據(jù)和生產(chǎn)實(shí)踐指導(dǎo)。
1、材料與方法
1.1、材料及處理
供試南瓜購于福建省福州市海峽農(nóng)副產(chǎn)品批發(fā)物流中心的蔬菜市場，品種為月牙瓜。選擇大小均勻、無病蟲害、無損傷的成熟南瓜為試驗(yàn)材料。南瓜經(jīng)清水清洗、晾干表面水分后，沿南瓜中心軸切成兩半，南瓜經(jīng)去皮、去瓤、去籽后，用切片機(jī)將南瓜切成圓形( 半徑2 mm) 的南瓜片。經(jīng)測定新鮮南瓜片的含水率( 干基) 為8. 90 ～ 11. 03 kg /kg。
1.2、儀器與設(shè)備
KL-4 型微波真空干燥機(jī)( 福建農(nóng)林大學(xué)與廣州凱棱工業(yè)用微波設(shè)備有限公司聯(lián)合研制) ; DHG-9070A 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱( 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司) ; BS224S 型電子天平( 賽多利斯科學(xué)儀器有限公司)
1.3、試驗(yàn)方法
選取微波強(qiáng)度、腔體絕對(duì)壓力和南瓜片厚度為因素，分別進(jìn)行單因素試驗(yàn)。固定腔體絕對(duì)壓力15kPa，南瓜片厚度6 mm，選取微波強(qiáng)度為4，6，8， 10 和12 kW/kg，研究不同微波強(qiáng)度對(duì)南瓜片干燥特性的影響; 固定微波強(qiáng)度8 kW/kg，南瓜片厚度6 mm，選取腔體絕對(duì)壓力為10， 15， 20， 25 和30 kPa，研究不同腔體絕對(duì)壓力對(duì)南瓜片干燥特性的影響; 固定微波強(qiáng)度8 kW/kg，腔體絕對(duì)壓力20 kPa，選取南瓜片厚度為2，4，6，8和10 mm，研究不同南瓜片厚度對(duì)南瓜片干燥特性的影響。將南瓜片單層平鋪于微波盤，按照試驗(yàn)要求設(shè)置好設(shè)備參數(shù)，微波盤幾何對(duì)稱置于干燥室中，并以10 r /min 的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，每2 min 取出并記錄物料質(zhì)量，至含水率( 干基) ≤0. 06 kg /kg。在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選取微波強(qiáng)度、腔體絕對(duì)壓力和南瓜片厚度為試驗(yàn)因素，采用三元二次正交旋轉(zhuǎn)回歸組合設(shè)計(jì)進(jìn)行南瓜片微波真空干燥多因素試驗(yàn)。因素水平編碼表如表1 所示，各組試驗(yàn)條件見表4，其它要求同單因素試驗(yàn)。
1.4、水分測定
樣品含水率測定參照GB/T 5009. 3 -2003。水分比的計(jì)算方法，如下式
表1 因素水平編碼表
式中: MR為水分比; Mt為樣品在t 時(shí)刻的含水量，kg /kg( 干基) ; M0為樣品的初始水分含水量，kg /kg( 干基) ; Me為樣品的平衡水分量，kg /kg( 干基) 。由于Me相對(duì)于Mt，M0來說非常小，可忽略不計(jì)。故上式可以簡化為
1.5、干燥模型
選取12 種國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)中常用的干燥數(shù)學(xué)模型( 見表2) 擬合南瓜片微波真空干燥試驗(yàn)數(shù)據(jù)，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.healwit.com.cn/)采用決定系數(shù)( R2 ) 、殘差平方和( SSE) 和均方根誤差( RMSE) 對(duì)模型的擬合度進(jìn)行評(píng)價(jià)。R2、SSE 和RMSE 的計(jì)算表達(dá)式如下
式中：N 為試驗(yàn)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù); MRpred，i為模型預(yù)測水分比; MRexp，i為試驗(yàn)實(shí)測水分比。R2 是評(píng)價(jià)模型擬合度最重要的指標(biāo)，R2 越高，SSE 和RMSE 越低，表明模型擬合度越高，從而確定合適的干燥模型。
1.6、數(shù)據(jù)處理
利用Excel 2003 軟件對(duì)南瓜片微波真空干燥試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖，基于Matlab 7. 0 軟件，利用Levenberg-Marquart 算法對(duì)模型進(jìn)行非線性擬合求解，利用Design Expert 7. 0 軟件對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行分析。
表2 選擇的薄層干燥數(shù)學(xué)模型
2、結(jié)果與分析
2.1、南瓜片的微波真空干燥特性
http://www.healwit.com.cn/application/vacuumdrying/085430.html
2.2、南瓜片微波真空干燥的數(shù)學(xué)模型
http://www.healwit.com.cn/application/vacuumdrying/085431.html
3、結(jié)論
(1) 南瓜片微波真空干燥特性與微波強(qiáng)度、腔體絕對(duì)壓力和南瓜片厚度有關(guān)，且微波強(qiáng)度對(duì)南瓜片微波真空干燥速率影響明顯大于腔體絕對(duì)壓力和南瓜片厚度。微波強(qiáng)度越大，干燥速率越快; 減小腔體絕對(duì)壓力可一定程度上提高干燥速率。南瓜片微波真空干燥過程主要分為升速、恒速、降速三個(gè)階段，其中微波強(qiáng)度可明顯影響南瓜片微波真空干燥的恒速干燥的時(shí)間。因此，適當(dāng)提高微波強(qiáng)度是提高南瓜片微波真空干燥速率和縮短干燥時(shí)間的最有效方法。
(2) Page 模型具有擬合參數(shù)少、擬合度高等優(yōu)點(diǎn)，該模型能較準(zhǔn)確地表達(dá)和預(yù)測南瓜片微波真空干燥過程中的水分變化規(guī)律。微波強(qiáng)度對(duì)干燥速率常數(shù)k的影響強(qiáng)于腔體絕對(duì)壓力和南瓜片厚度，而干燥條件改變對(duì)產(chǎn)品常數(shù)n 影響不大。
與“南瓜片微波真空干燥”相關(guān)的文章：
