番茄含有多種維生素和其它營養(yǎng)成份, 味道酸甜鮮美, 一直是人們喜愛的果蔬。但番茄皮薄汁多,容易損傷腐爛, 給運輸和保存帶來了一定的困難。真空冷凍干燥由于整個過程是在低溫低壓下進行, 與其它干燥方法相比, 能最大限度地保存物料原有的物理化學(xué)和生物性狀, 很適合番茄的加工。

　　物料的真空冷凍干燥是一個傳熱傳質(zhì)同時進行的復(fù)雜過程, 影響因素眾多, 而且時間長能耗高。要生產(chǎn)合格的凍干產(chǎn)品, 減少能量消耗, 必須對其規(guī)律進行深入研究, 選擇合理的工藝參數(shù)控制生產(chǎn)。不同的物料凍干機理不同, 凍干工藝也有差異, 為此, 本文采用了理論與實驗相結(jié)合的方法, 建立番茄的凍干模型,從理論上計算升華干燥所用的時間, 通過在小型凍干機上的反復(fù)實驗, 確定番茄真空冷凍干燥的工藝流程和凍干曲線。

1、實驗研究

　　番茄的凍干設(shè)備采用我們自行設(shè)計制造的小型實驗用蔬菜凍干機。該機主要由凍干箱、水汽凝結(jié)器、制冷系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)和測控裝置六部分組成, 如圖1 所示。物料、電加熱器、冷阱溫度均采用標定過的銅—康銅熱電偶測量, 測溫精度可達±0. 3℃; 凍干箱內(nèi)壓力測量選用RZJ-53B 型真空熱偶規(guī), 其最佳量程在10～100Pa; 物料重量測量采用經(jīng)過改裝的YP600型電子天平, 測量精度±0. 2g。

圖1　凍干實驗裝置

　　實驗用番茄選擇成熟質(zhì)硬的新摘番茄, 經(jīng)過一定的預(yù)處理后, 橫切成4mm、6mm 和8mm 的薄片,進行凍干實驗。實驗測量得到不同物料厚度下的冷凍干燥曲線, 結(jié)果如圖2 所示。

圖2　番茄凍干曲線

2、凍干理論模型

　　番茄中可以凍結(jié)成冰的結(jié)構(gòu)水和大量游離水,約占95% , 解析干燥的時間很短, 凍干周期主要取決于升華干燥的時間, 因此, 本模型僅研究番茄的升華干燥階段。

　　番茄干燥傳熱模型如圖3所示。干燥的番茄為片狀, 熱量以輻射的形式傳遞到番茄上, 在番茄的內(nèi)部, 熱量以熱傳導(dǎo)方式經(jīng)干燥層表面?zhèn)鬟f到升華面,水汽由升華面向外擴散。

圖3　番茄凍干傳熱模型曲線

　　為了簡化分析, 作如下假設(shè):

　�、� 升華干燥階段是傳熱控制過程, 即干燥層導(dǎo)熱能力小于質(zhì)量的擴散能力, 干燥速度由傳導(dǎo)熱量的速度決定。

　�、� 番茄片的直徑遠遠大于其厚度, 可視為無限大平板的傳熱, 故在界面和表面上呈一維熱流和質(zhì)量流。在干燥過程中, 升華僅發(fā)生在平行于物料表面的X 界面上, 不斷后移的升華面程度下不變。

　　③ 相界面移動非常慢, 番茄中溫度和水汽濃度分布很快達到平衡。

　�、� 番茄的物性是均勻的, 在升華過程中保持不變, 可視為常數(shù)。

　　對于上述局化后的準穩(wěn)態(tài)常物性模型有下列方程式成立。