一种基于Flory-Huggins理论的等温吸附模型——用于分析小麦粉的水分吸附

本文基于Flory-Huggins方程提出一种水分等温吸附模型,该模型采用Langmuir模型表示结合水的吸附,其余水分在干物质-结合水体系中的吸附遵循Flory-Huggins方程,并采用橡胶弹性理论的幻影模型计算弹性作用对水分化学势的贡献。采用动态水分吸附分析仪测定了小麦粉在20、30、40℃时的吸湿及解吸平衡水分,对所提出的模型进行分析验证。结果表明,采用本文提出的等温吸附模型能够很好描述小麦粉的水分等温吸附特性,预测的Flory-Huggins相互作用参数χ在0.86~1.52之间,大分子交联浓度在3000~6400 mol/m3之间,说明所提出的模型是合理的。基于该模型的分析显示,温度对平衡水分含量的影响主要归结为对Langmuir水含量的影响,在中低水分活度时混合效应是决定化学势的主要因素,而在高水分活度时弹性效应的贡献不容忽略。

基于结构表征和热力学分析的2种菊花粉水分吸附特性研究

为探讨干制菊花吸湿特性与其结构、水分活度(A_(w))、贮藏温度的关系,本文以2种菊花粉末(小黄菊和贡菊王)为对象,采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线电子能谱(XPS)对其结构特征进行分析,结果显示菊花粉末表面粗糙,含有大量凹陷和孔洞;与小黄菊相比,贡菊王粉末粒径较小且表面含有更多的亲水基团,如-OH,O-C-O等。采用静态称量法在20、30和40℃和A_(w)=0.112~0.976下研究了2种菊花粉末的水分吸附行为,并通过模型拟合和热力学分析阐明了物料的水分吸附机制。菊花粉末的平衡干基含水率(X_(e))随水分活度(A_(w))增加而升高,但在同一A_(w)下,温度越高X_(e)值越低。Peleg模型是描述水分吸附等温线的最佳模型。热力学分析表明,净等量吸附热(qst)随平衡干基含水率升高而降低,其中小黄菊和贡菊王粉末的qst值分别于X_(e)>0.14 g/g和X_(e)>0.24 g/g时趋于恒定。小黄菊在20、30和40℃下的单分子层干基含水率(X_(m))分别为0.0690、0.0525、0.0505 g/g(干基),而贡菊王为0.0645、0.0591和0.0584 g/g(干基)。有效孔径(rp)随温度和水分含量增加而增大,其中当X_(e)>0.09 g/g(干基)时小黄菊粉末呈现介孔特性,而贡菊王粉末则当X_(e)>0.11 g/g(干基)时内部孔隙才由微孔转变成介孔。研究结果可为菊花的干燥工艺优化与贮藏条件选择提供参考。

济麦系列品种(系)全麦粉水分吸附/解吸曲线的研究

本试验采用动态水分吸附测定仪,在温度为15~35℃、平衡相对湿度(ERH)为10%~90%范围内测定8个济麦系列品种(系)全麦粉的水分吸附/解吸等温线,结果它们均显示为S型曲线,解吸与吸附曲线之间存在滞后现象,以品种济麦20的滞后环最大。对供试样品全麦粉等温线拟合的8个方程进行优劣排序后,确定了较佳方程MGAB、MOE、MCPE、CAE、Poly,并求出了各方程的系数;采用解吸等温线分析样品全麦粉可知,8个品种(系)的全麦粉在25℃下的相对安全水分范围为13.24%~14.42%,平均值是13.72%。济麦4227全麦粉的单分子层含水率和固体颗粒表面积均高于其他样品。该研究结果可为济麦系列品种(系)全麦粉的安全贮存、后期加工提供科学指导和技术依据。

吸湿解吸循环过程中木材水分吸附特性

【目的】探究吸湿解吸循环过程中木材水分吸附特性,阐释湿度循环对木材细胞壁及其吸着水分子的影响机制,为木材的实际使用和合理开发提供理论依据和数据参考。【方法】以杉木和马尾松木材为试验材料,采用动态水分吸附分析仪在3或5次吸湿解吸循环(0%→95%→0%)过程中实时测定木材水分吸附数据,绘制水分吸着-解吸等温线,借助H-H模型对其吸湿平衡含水率进行非线性拟合分析。【结果】1)吸湿解吸循环前后,木材平衡含水率最大值呈降低趋势,其差值范围为0.21%~1.76%;初次循环过程木材吸湿平衡含水率低于后续循环过程,相对湿度40%~95%时尤为明显;2)随着吸湿解吸循环次数增加,木材单次循环所需时间减少,且降低幅度也明显变小;与块状试样相比,粉末状试样单次循环所需时间较少;3)初次循环过程木材吸湿滞后现象相比后续循环过程更明显,随着循环次数增加,吸湿滞后最大值减小,吸湿滞后率均值增大;4)H-H模型可用于分析吸湿解吸循环过程中木材水分等温吸附,其拟合度(R2)均高于0.996;随着循环次数增加,代表含有单位摩尔吸附位点的绝干木材质量(W)参数呈降低趋势,木材单分子层吸附水最大质量分数呈增大趋势,多分子层吸附水最大质量分数和吸附水总质量分数最大值均呈降低趋势。【结论】随着吸湿解吸循环次数增加,湿度循环对木材细胞壁的影响减弱:木材吸湿性能降低,其平衡含水率最大值呈降低趋势;单次循环所需时间减少;吸湿滞后现象减弱。

应用动态水分吸附法研究不同烟丝吸湿和解湿特性

通过应用动态水分吸附法对不同类别烟丝进行吸湿和解湿特性研究,针对不同类别烟丝的平衡含水率,吸湿、解湿速率差异性和不同贮存温度对烟丝吸湿、解湿的影响进行比较,结果表明:①不同烟丝在相同环境温湿度条件下,在温度26℃,相对湿度50%时,不同烟丝均处于解湿状态,薄片丝和膨胀丝解湿速率在初始阶段相对其他烟丝明显较快;而在温度26℃,相对湿度65%时,不同烟丝均处于吸湿状态,薄片丝和膨胀丝吸湿速率缓慢。其中,薄片丝平衡含水率最小,膨胀丝次之,配方叶丝和单等级叶丝居中,梗丝最大。②相同烟丝在不同环境温湿度条件下,在相对湿度40%,50%的条件下,配方叶丝均处于解湿状态;相对湿度60%的条件下,配方叶丝基本趋向平衡状态;在相对湿度70%的条件下,配方叶丝均处于吸湿状态。综上所述,湿度对吸湿、解湿速率和平衡含水率影响明显,温度对吸湿、解湿速率和平衡含水率也有一定程度的影响。不同烟丝平衡含水率均随相对湿度的增大而增加。在相对湿度相同时,随着温度的增大,配方叶丝的平衡含水率呈现先增加后减小的规律。

动态水分吸附法研究发酵饼干水分吸附特性

以发酵饼干为研究对象,采用动态水分吸附法研究发酵饼干在25℃的水分吸附等温线与水分吸附动力学特性,同时与饱和盐溶液法得到的水分吸附等温线进行对比,并基于常用的等温吸湿模型对实验数据进行拟合。结果表明:动态水分吸附仪能在更短的时间里采集更多的数据,高频率的实时数据采集能够更准确地获得食品的水分吸附动力学特性;其从水分活度适用范围和拟合精度方面来看,GAB模型拟合饼干的等温吸湿的效果最佳。与饱和盐溶液法结果相比,动态水分吸附法得到的饼干平衡含水率略低。

动态水分吸附分析法及其在药物研究中的应用

水分吸附是药物、辅料或包装材料研究中普遍关注的现象,通过一种动态加速的水分吸附过程,可以高效地对这一现象进行研究。本文通过一种典型的仪器介绍了动态水分吸附分析法的原理,并概述了该法在药物研究领域的具体应用。

动态水分吸附分析系统在烟草中的应用

利用动态水分吸附分析系统对不同烟草原料(上中下部叶丝、膨胀烟丝和膨胀梗丝)进行了等温吸湿-解湿行为的研究。结果表明:①烟丝的等温吸湿-解湿曲线呈III型吸附曲线,解湿时伴有较明显的滞后现象;②不同部位叶丝的等温吸湿-解湿性质基本一致;③叶丝、膨胀烟丝和膨胀梗丝之间的等温吸湿-解湿差别很大:当相对湿度不小于60%时,膨胀梗丝吸水最多,叶丝其次,膨胀烟丝最少;当相对湿度不大于40%时,膨胀梗丝失水最多,膨胀烟丝其次,叶丝失水最少。

小麦水分吸附速率研究

在5种温度（10～35℃）、3个湿度（RH65％、RH86％、RH100％）环境中测定了初始低水分（4．97％-6．08％）、正常水分（10．11％～11．04％）、高水分（20．7％-22．72％）小麦样品含水率随时间的变化，然后采用提出的扩散方程描述变化规律。随着温度和RH增加，小麦的水分吸附速率均增大。在RH65％-86％范围内，小麦初始水分越低，20～35℃条件的水分吸附速率越大。在RH65％，10℃小麦吸附速率随着初始水分减少而增大；在RH86％，与低水分样品比较，正常水分小麦样品10℃起始吸附速率较大，但是快速降低。在RH100％条件下，与低水分样品比较，正常水分小麦样品10～35℃吸附速率较大。对初始水分低于6．1％的小麦样品，分别在RH65％、RH86％、RH100％条件下，20—35℃的水分吸附速率在48～72h内急剧减少，而10℃水分吸附速率在108～120h内缓慢减少，之后降低更慢。初始正常水分的小麦样品在RH65％、RH86％或RH100％条件下，10～35℃水分吸附速率在24～36h内快速减少，之后变化平缓。初始水分高于20％的小麦样品在RH65％、RH86％解吸速率、RH100％吸附速率对20～35℃在48h内快速减少，之后变化缓慢；对10℃在96h内快速减少，之后变化缓慢。

核磁共振研究木材吸着过程中水分吸附机理

核磁共振方法以质子(H)为探针,为研究木材与水分的关系提供了一个新的视角.该文通过研究杨木在32℃恒温、相对湿度为98%恒湿环境下杨木吸着过程中质子的自旋-自旋弛豫时间T2的变化,进而来分析木材吸着过程中水分的分布与迁移特性.探测木材吸着过程中水分的迁移行为,为解释木材与水分的关系提供了一个有力的理论依据,同时从微观层面揭示木材吸着过程中水分的吸附机理,其水分吸附机理同样适用于食品等领域.实验结果证实核磁共振是揭示木材与水分的复杂关系的一个有效的手段.

方便米粉的水分吸附和热力学特性

为了给方便米粉的加工和贮藏过程提供理论指导,根据吸附原理,在环境温度分别为15、25℃和35℃时,采用静态称量法研究方便米粉的吸附等温线。采用7个常见的非线性回归方程对吸附实验进行拟合,以决定系数、平均相对偏差和标准估计误差为评价指标,确定最佳拟合模型及其参数,探讨方便米粉水分吸附过程中净等量吸附热、微分吸附熵和焓熵互补等热力学性质的变化。结果表明,方便米粉的水分吸附特性属于II型等温线,Peleg和GAB模型都适合描述方便米粉的水分吸附特性。用GAB模型拟合得到的单分子层水分含量X0在15、25℃和35℃下分别为9.23%、8.34%和7.65%(干基)。在水分吸附过程中,方便米粉的净等量吸附热和微分吸附熵都会随着平衡水分含量的升高而明显下降;同时,存在焓熵补偿现象;根据实验结果绘制净等量吸附热与微分吸附熵的关系图,计算获得方便米粉的吸附过程属于焓驱动和自发过程。本研究对方便米粉贮藏条件选择和进一步评估不同贮藏条件下方便米粉的贮藏期具有指导作用。

以静态称重法研究粳稻谷水分吸附速率

在5种温度（10-35℃）、3个湿度（65%、86%、100%）环境中以静态称重法测定了初始低水分（4.62%-5.84%）、正常水分（13.57%-14.05%）、高水分（21.23%-22.82%）两个粳稻品种“龙洋”和“香稻”含水率随时间的变化,并采用提出的扩散方程描述水分吸附/解吸速率变化规律。在RH 65%-100%范围内,粳稻谷初始含水率越低,10-35℃条件的水分吸附速率越大。温度较高,吸附速率则较大。同样初始含水率条件,相对湿度越高,粳稻谷的水分吸附/解吸速率越大。正常水分的龙洋在RH 65%条件下,20-35℃水分解吸速率均在36-48h内快速减少,之后变化平缓,10℃水分吸附速率则在48h内缓慢减少;在RH 86%或RH 100%条件下,龙洋在10-35℃水分吸附速率均在48h内快速减少。正常水分的香稻在RH 65%条件下,10℃水分吸附速率、20-35℃水分解吸速率均在72h内快速减少,之后变化平缓;在RH 86%或RH 100%条件下,香稻在20-35℃水分吸附速率均在96h内快速减少,在10℃水分吸附速率则在144h内缓慢减少。

重量法研究大豆水分吸附速率和有效扩散系数

在5种温度（10~35℃）、3个湿度（RH 65%、86%及100%）组合环境中,以称重法测定了初始低水分（4.33%~5.85%）、正常水分（11.74%~12.65%）、高水分（17.58%~17.89%）两个大豆品种“中黄37”和“澄豆”含水率随时间的变化,并采用修正的扩散方程描述水分吸附/解吸速率变化规律,对径向对称的球形大豆籽粒采用斜率方法分析计算水分扩散系数和活化能。在RH 65%~100%范围内,大豆初始水分越低,10~35℃条件的水分吸附速率越大,且温度较高,吸附速率较大。同样的初始水分条件,暴露的相对湿度越高,大豆的水分吸附/解吸速率越大。正常水分的大豆样品20~35℃水分吸附速率均在72 h内快速降低,而10℃水分吸附速率在96 h内缓慢降低。测定的两个大豆品种正常含水率样品10~35℃吸附过程中,水分有效扩散系数为1.920×10-8~5.253×10-8m2·h-1,活化能为10.711~23.358 k J·mol-1。对相同初始水分样品,随着温度增加,大豆籽粒水分扩散系数增加;随着相对湿度增加,籽粒活化能呈现增加趋势。随着进样初始水分增加,同一大豆品种籽粒水分扩散系数和活化能呈现增加趋势。

酪蛋白酸钠膜的水分吸附特性

作者以大豆蛋白酪蛋白酸钠(NaCas)膜为对象,从吸附动力学和水分吸附等温线研究了蛋白膜的水分吸附特性。NaCas膜水分达到平衡所需要的时间受到所处相对湿度(RH)条件和增塑剂含量的影响。RH和增塑剂含量越低,达到平衡的时间越短;反之,则越长。TGase改性明显降低了蛋白膜的水分吸附速率及达到平衡的水分含量。NaCas膜水分吸附等温线数据能很好地与GAB模型吻合。

大豆分离蛋白膜的水分吸附特性

本实验以大豆蛋白(SPI)膜为对象,从吸附动力学和水分吸附等温线研究了蛋白膜的水分吸附特性。SPI膜水分达到平衡所需要的时间受到所处相对湿度(RH)条件和增塑剂含量的影响。相对湿度和增塑剂含量越低,达到平衡的时间越短;反之,则越长。TGase改性明显降低了蛋白膜的水分吸附速率及达到平衡的水分含量。SPI膜水分吸附等温线数据能很好地与GAB模型吻合。

食品水分吸附等温线实验方法研究进展

对食品水分吸附等温线实验方法研究现状进行了系统研究和分析。阐述了静态称重法、动态水分吸附法和动态露点等温线法的原理及在国内外研究中的应用,并分析了各种研究方法的优点和不足,为进一步研究食品水分吸附等温线提供理论和实验参考。

黄玉米水分吸附速率研究

在5种温度(10~35℃)、3个相对湿度(RH 65%、RH 86%、RH 100%)环境中,测定初始低水分(3.85%~4.21%)、正常水分(9.50%~10.32%)、高水分(18.29%~18.65%)黄玉米样品含水率随时间的变化,并采用扩散方程描述其变化规律。在RH 65%~100%范围内,黄玉米初始含水率越低,在10~35℃下的水分吸附速率越大。温度较高,吸附速率或解吸速率则较大。对初始含水率低于4.21%的黄玉米样品,分别在RH 65%、RH 86%、RH 100%条件下,20~35℃的水分吸附速率在120~144 h内急剧减少,而10℃水分吸附速率在192~216 h内缓慢减少。正常水分的黄玉米在RH 65%条件下,20~35℃水分吸附速率均在72 h内快速减少,10℃水分吸附速率则在84 h内较快减少;在RH 86%或RH 100%条件下,20~35℃水分吸附速率均在96~120 h内快速减少,10℃水分吸附速率则在120~144 h内较快减少。初始水分高于18%的黄玉米在RH 65%、RH 86%解吸速率、RH 100%吸附速率在48~72 h内快速减少,之后变化缓慢。

羊毛毡类多孔介质水分吸附与保持机理研究的数学建模

根据羊毛毡类多孔材料的结构特点，建立了2种计算毛细管水分吸附高度的数理模型。其中3维正交模型的计算值与实验值吻合较好，模型的计算精度可以满足工程应用的需要。这种建模思想对于分析其他类型多孔介质材料水分吸附与保持问题时也有参考价值。

菊花粉水分吸附等温线及热力学特性

为提高菊花粉的贮藏稳定性,分别在20、30℃和40℃下,采用静态称量法对黄山贡菊粉和金丝皇菊粉的水分吸附等温线进行研究,同时探讨水分吸附过程净等量吸附热、微分熵、熵-焓互补理论、固体单位吸附表面积及有效孔径等热力学特性。结果表明,黄山贡菊粉和金丝皇菊粉的水分吸附遵循II型等温线。Peleg模型最适合描述菊花粉水分吸附特性,其次为GAB模型。在20、30℃和40℃下,黄山贡菊粉的单分子层水含量分别为0.0652、0.0624、0.0543 g/g(干基);金丝皇菊粉分别为0.0594、0.0581、0.0557 g/g(干基)。水分吸附过程中,2种菊花粉的净等量吸附热和微分熵均随平衡水分含量升高呈指数递减。菊花粉水分吸附是一个焓驱动的、非自发的过程。在20、30℃和40℃下,黄山贡菊粉的固体单位吸附表面积分别为231.22、221.29 m^(2)/g和192.56 m^(2)/g;金丝皇菊粉分别为210.61、206.04 m^(2)/g和197.35 m^(2)/g。随着温度和水分含量升高,菊花内有效孔径也随之增加,其中黄山贡菊粉和金丝皇菊粉的变化范围分别为1.022~10.115 nm和1.029~10.185 nm。本研究可为菊花的干制工艺及贮藏条件的选择提供理论依据。

刨花板水分吸附等温线的研究

刨花板的水分吸附等温线是描述刨花板使用性能的一个重要指标。本文叙述了此等温线的测定方法及对四种试验室制作的刨花板的测试结果。并且找出了刨花板在吸湿和解吸过程中与周围空气的相对湿度之间的一些关系。