基于毕渥数的果蔬阶段降湿热风干燥特性

为了揭示阶段降湿热风干燥技术的适用性,该研究在干燥温度60℃、风速1.0 m/s时,研究了不同厚度胡萝卜片(6、12、18 mm)和龙眼物料在阶段降湿(第1阶段相对湿度(Relative Humidity,RH)50%保持30 min;第2阶段RH 20%至结束)和连续排湿(RH<15%)干燥条件下的干燥特性,传热毕渥数(heat transfer Biot,Bi_(h))和传质毕渥数(mass transfer Biot,Bi_(m))、水分有效扩散系数(effective moisture diffusion coefficient,D_(eff))、色泽、复水比及能耗值。研究表明:对于厚度为6 mm的胡萝卜片和龙眼物料,相对于阶段降湿,连续排湿有助于提高干燥效率;对于12或18 mm的胡萝卜片,阶段降湿能够提高D_(eff)。6、12和18 mm的胡萝卜片在干燥过程中的Bi_(h)分别为0.5827、1.1655和1.7482。6 mm时Bi_(h)<1,内部扩散的水分能够及时迁移至表面,维持较低RH有助于加快干燥速率。12或18 mm时Bi_(h)>1,物料表面和内部存在着较大的水分和温度梯度,此时需要采用阶段降湿干燥方式。不同厚度胡萝卜片干燥过程中的Bi_(m)在0.1568~0.2230之间;连续排湿和阶段降湿干燥条件下,龙眼Bi_(m)分别为0.1103和0.0843。这表明,水分由果肉内部迁移至果肉表面的传质阻力较小,干燥过程中果肉收缩、坚硬的外壳及外界较高RH使得水分迁移产生较大阻力。不同厚度胡萝卜片Bi_(m)>0.1,表明物料内部至表面存在较大的水分梯度,应采用高RH以减小表面水分蒸发速率,同时升高物料温度。对于6 mm胡萝卜和龙眼物料,连续排湿干燥条件下色泽较好,复水比高且能耗低;而对于12或18 mm的胡萝卜片,阶段降湿干燥条件下具有较好的色泽,较高的复水比及较低的能耗。综上,阶段降湿干燥过程中,Bi_(h)>1且Bi_(m)>0.1时,说明阶段降湿干燥适用于此物料的干燥,否则宜采用连续排湿干燥方式。该研究可为果蔬热风干燥过程中合适的RH调控方式筛选提供理论依据和技术支持。

山药片阶段降湿促干特性及多物理场耦合模型

目的:探明热风干燥过程中阶段降湿调控策略对农产品物料干燥特性的影响。方法:研究了60℃干燥条件下,恒湿干燥(相对湿度15%,25%,35%,45%)和阶段降湿干燥(第一阶段相对湿度45%保持10,20,30,60 min,第二阶段相对湿度15%)对山药片的干燥特性的影响,构建热质传递多物理场耦合模型进行验证,并测定干燥后产品的复水比和微观结构变化。结果:①恒湿干燥时,干燥速率随相对湿度的增加而降低;但阶段降湿干燥(50%相对湿度保持15 min而后降为20%)的干燥时间比恒湿干燥(相对湿度20%)的缩短了14.3%。②山药片干燥速率总体呈先升速后降速的趋势,水分有效扩散系数D_(eff)变化范围为7.16×10^(-10)~2.34×10^(-9) m^(2)/s;多物理场耦合模型拟合结果表明,相对湿度越高,物料升温速率越快,内部水分向外扩散迁移速度也越快。③复水比随着相对湿度的升高呈先升高后降低趋势;阶段降湿(相对湿度50%保持15 min而后降为20%)干燥时,山药片内部呈蜂窝状的多孔结构,有利于内部水分向外迁移,此条件下复水比最高为6.85±0.05;而恒湿干燥(相对湿度为20%)时,山药片内部水分扩散通道发生收缩坍塌、结壳堵塞,复水率较低。结论:热风干燥时,阶段降湿调控策略可显著缩短干燥时间,并有效改善物料微观结构,提高产品复水率;构建的多物理场耦合模型能够准确模拟阶段降湿干燥过程中山药片内部的热质传递过程。

阶段降湿对山药热风干燥特性和品质的影响

目的探索阶段降湿中高湿保持时间及不同降湿工艺对山药热风干燥特性和品质的影响,为提高山药干燥效率和品质及揭示相对湿度的调控依据提供理论基础。方法研究干燥温度60℃,风速3.0 m/s,相对湿度恒定10%、50%保持不同时间(5、10、20 min)后降为10%、以及相对湿度50%保持10 min后不同降湿干燥工艺(直接降为10%、20%保持20 min后降为10%、30%,20 min,20%,20 min后降为10%、40%,20 min,30%,20 min,20%,20 min后降为10%),山药片的干燥特性、水分有效扩散系数(D_(eff))、色泽、复水比、能耗、多糖含量和微观组织结构。结果高相对湿度不同保持时间下,相对湿度50%保持10 min相对于恒定10%干燥条件下,干燥时间缩短了20.0%;干燥过程分为升速和降速2个阶段;在10 min时,山药片被充分预热,温度升至45.8℃。不同降湿干燥工艺下,相对湿度50%保持10 min后,阶梯降至10%相对于直接降为10%的干燥条件,干燥时间缩短了25.0%;干燥过程同样分为升速和降速2个阶段;物料温度整体上呈现出缓慢上升的趋势,且均大于其余3者同时期的物料温度;D_(eff)先慢后快,整个干燥过程平均D_(eff)最大,为6.77×10^(−10) m^(2)/s;此干燥条件下明亮度(L*)、复水比和多糖含量分别达到其最大值,为(90.76±0.12)、(2.36±0.08)、(57.32±0.21)mg/g,能耗达最低值,为(2.98±0.06)kW·h/kg,且内部形成较明显的水分扩散迁移孔道。结论高相对湿度有助于强化对物料的传热作用,保持时间应当以物料充分预热为判定依据;阶段降湿干燥过程中,降低相对湿度应当以不降低物料温度为基本约束条件;山药片的恒温阶段降湿干燥过程中,干制后的色泽、复水性、能耗和多糖含量均与干燥时间直接相关;高相对湿度有助于保持和形成物料内部的多孔结构,有助于水分的扩散迁移;依次阶段降湿的干燥方式有助于提高山药片的干燥效率和品质,为山药热风干燥过程中如何调控相对湿度提供理论依据和技术支持。