胡萝卜薄层干燥动力学模型研究_种翠娟
胡萝卜薄层干燥动力学模型研究_种翠娟
表 1 胡萝卜薄层干燥方案
Table 1 Scheme of thin layer drying for carrots
实验序号
风速/（m/s）
温度/℃
切片厚度/mm
1
0.6
60
2
2
0.6
60
4
3
0.6
60
6
4
0.6
60
8
5
0.6
60
10
6
0.6
40
4
7
0.6
50
4
8
0.6
70
4
9
0.4
60
4
10
0.8
Meanwhile, based on Fick’s diffusion law, the effective diffusion coefficients of water (Deff) in carrots were calculated and modeled as well. Results showed that the thin layer drying kinetics of carrots could be described by the Page equation, the
系数[14-16]，它反映物料在一定干燥条件下的脱水能力， 也是干燥工艺优化的重要指标之一。
本研究通过对数转化与线性回归，求得Page模型[17-20] 的参数及相关系数，并以Fick定律[20-21]为依据，得到胡萝 卜沿轴向的水分扩散系数值。实验目标：1）分析风速、 温度、切片厚度等参数对干燥特性的影响；2）利用回归 分析得到动力学模型；3）利用DPS软件通过多元线性回 归分析，获得胡萝卜有效水分扩散系数模型。
不同干燥方法对胡萝卜干燥品质的影响
农产品加工 （学刊） Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌ ｏｆ Ｆａｒｍ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
文 章 编 号 ： １６７１—９６４６ （２０１３） ０６ｂ一０００１—０３
Ｎｏ．６ Ｊｕｎ．
不 同干燥方法对胡萝 ｂ干燥 品质 的影响
ｔｈｒｅｅ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｄｒｙ ｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ａ ｒ ｅ ｅｖａ ｌｕａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｒｄｅｒ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｄｒ ｙ ｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｓ： ｖａｃｕｕｍ ｄｒ ｙ ｉｎｇ＞ｈｅａｔ
ｐｕｍｐ ｄｒ ｙ ｉｎｇ＞ｈｏｔ ａｉｒ ｄｒｙｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｖａｃｕｕｍ ｄｒｙｉｎｇ； ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｄｒｙｉｎｇ； ｈｏｔ ａｉｒ ｄｒ ｙｉｎｇ；ｃａｒｒｏｔ
宋 宇 ， 朱 文学 ，刘云宏 ，种翠娟
（河南科技大学 食 品与生物工程学院 ，河南 洛阳 ４７１０２３）
摘要 ：为了研究不 同干燥方式的干燥特性 ，以胡萝 卜为材料 ，去皮后切成 ２ ｍｍ厚 的片，在特定的条件下分别用真空
干燥 （真空度为 ０．０９６ ＭＰａ）、热风 干燥 （风速为 ０．５ ｍ／ｓ） 和热 泵干燥对 胡萝 卜进行干燥 ，通过对 比干燥胡 萝 卜所需
的时间 、产品干燥效果 （产 品色泽 、变形程 度等），对 ３种 干燥方 式进 行综 合评价。结果表明 ，３种胡 萝 卜干燥方式
的优劣顺 序为 ：真 空干燥 ＞热泵 干燥 ＞热风干燥 。
关键词 ：真空干燥 ；热泵干燥 ；热风干燥 ；胡萝 卜
中 图 分 类 号 ：￥３７５
文 献标 志码 ：Ａ
实验五类胡萝卜素的提取和薄层色谱
实验五类胡萝卜素的提取和薄层色谱实验五：类胡萝卜素的提取和薄层色谱一、实验目的1.学习和掌握类胡萝卜素的基本性质和提取方法。
2.了解和掌握薄层色谱的基本原理和操作方法。
3.通过实验，亲手操作提取类胡萝卜素，并利用薄层色谱对其进行分析。
二、实验原理类胡萝卜素是一类重要的天然色素，呈红色或黄色，主要存在于植物中，如胡萝卜、番茄、菠菜等。
其结构包含多个共轭双键，具有较高的稳定性，因此适用于提取和分析。
类胡萝卜素的提取主要采用有机溶剂萃取法。
通过使用具有极性的有机溶剂，如乙醇、丙酮等，将类胡萝卜素从植物材料中溶解出来，再利用类胡萝卜素在极性溶剂中的溶解度随着温度的升高而增大的性质，加热以提高其溶解度，从而得到类胡萝卜素。
薄层色谱是一种常用的分离和分析方法，其基本原理是利用不同物质在固定相和移动相之间的分配比的不同，从而实现物质的分离。
通过将待测样品点在薄层板上，固定相为硅胶或纤维素等，移动相为有机溶剂或混合溶剂等，当移动相在固定相上移动时，不同物质会以不同的速度移动，从而实现分离。
三、实验步骤1.准备试剂和器材：乙醇、丙酮、石油醚、硅胶G、玻璃板、点样器、展开剂、显色剂等。
2.样品处理：选取新鲜的胡萝卜或菠菜，洗净后烘干，磨成粉末。
称取适量粉末，加入适量的乙醇和丙酮混合液（体积比1:1），搅拌均匀后，静置10分钟。
3.装柱：将硅胶G研碎成粉末，加入适量石油醚溶解，制成硅胶G薄层。
将硅胶G薄层倒入玻璃板中，用玻璃棒轻轻搅拌，使硅胶G均匀分布在玻璃板上。
4.点样：用点样器取少量待测样品，轻轻点在薄层板上，避免样品重叠。
5.展开：将薄层板置于展开剂中（通常为石油醚和乙酸乙酯的混合液），展开剂会向上移动，带动样品向上移动。
当展开剂移动至薄层板末端时，取出薄层板。
6.显色：将展开后的薄层板置于浓氨水蒸气中熏蒸数分钟，取出后用乙醇-乙酸乙酯溶液进行喷雾显色。
7.观察和记录：观察显色后的薄层板上各色带的颜色和位置，根据各色带的Rf值（比移值）进行定性和定量分析。
胡萝卜丁热风干燥特征及工艺参数优化的的分析研究
摘要胡萝卜的脱水干制是提高其经济价值的一个重要手段，因此要全面了解胡萝卜的热风干燥特性，进而揭示胡萝卜的热风干燥规律。
为干燥的过程控制、预测提供依据，找出其中的关键性因素。
本课题对其热风干燥性能进行了研究和分析，选取温度、风速、胡萝卜丁大小和载物厚度作为胡萝卜热风干燥的影响因素进行胡萝卜干燥动力学试验，对温度、风速、胡萝卜丁及载物厚度进行单因素试验，得出最优范围。
试验研究得出,在干燥动力学试验中，以胡萝卜丁的感官品质为依据找到最佳的干燥温度范围，即在60℃—70℃之间。
研究表明干燥的温度和风速越大干燥速率就越快，载物厚度和胡萝卜丁越小干燥速率越快，并且干燥过程的干燥速率都呈现快速下降的趋势，恒速阶段相对就短。
在胡萝卜丁工艺研究试验中，采用正交试验对胡萝卜丁干燥的工艺参数进行分析。
以复水比为指标影响因素和最佳工艺：温度是65℃、风速2.5m/s、丁的大小为5×5×5mm、载物厚度为45mm：即在这个工艺下复水性能最好。
以水分活度为指标影响因素和最佳工艺：温度65℃、风速2.5m/s、丁大小3×3×3mm、载物厚度65mm：即在这个工艺下储藏性能最佳。
以Vc为指标影响因素和最佳工艺：温度是60℃、风速2.5m/s、载物厚度55mm、丁大小4×4×4mm：即在这个工艺下Vc的保存率最高。
以胡萝卜丁的品质为指标影响因素和最佳工艺：温度65℃、风速2.5m/s、丁5×5×5mm、载物厚度55mm：即在这个工艺下干制品的品质最佳。
综合以上复水比、水分活度、Vc保存率和胡萝卜丁品质得出最佳工艺条件为：干燥温度65℃、风速2.5m/s、胡萝卜丁5×5×5mm、载物厚度55mm。
关键词：胡萝卜；热风干燥；干燥特性；工艺参数Research on characteristic of carrot butly by hot air dryingand optimum of its technologyAbstractCarrot dehydration is one of important means to enhances its economical value,its necessarry to understand of carrot hot air drying characteristics,then reveal the rule of carrot drying.At the same time, provides the basis for drying process control and predictive.The topic have been studied and analyzed carrots butyl drying performance,selection temperature, wind speed, size of carrots butyl, and material thickness as factor experiment, In the drying dynamics test, as carrots butyl sensory quality as basis to find the best drying temperature range,namely in between 60℃to70℃.Research shows that the more drying temperature and wind speed, the more drying rate,material thickness and carrot butyl gets smaller,the drying rate be faster.In drying process the drying rate present the trend of rapid decline and constant speed stage is relatively short.In the technology research of carrots butyl,the carrot butyl dry process parameters analysis by orthogonal experiment.Taking recovery ratio of water as index of influence factors and the optimal process,in this process is the best:temperature is 65℃,wind speed is 2.5m/s, carrot butyl is 5×5×5mm,material thickness is 45mm.Taking water activity as index of influence factors and the optimal process,in this process is the best:temperature is 65℃,wind speed is 2.5m/s, carrot butyl is3×3×3mm,material thickness is 65mm.Taking survival rate of Vc as index of influence factors and the optimal process,in this process is the best:temperature is 60℃,wind speed is 2.5m/s, carrot butyl is 4×4×4mm,material thickness is 55mm.Taking dry products qualityas index of influence factors and the optimal process,in this process is the best:temperature is 65℃,wind speed is 2.5m/s, carrot butyl is 5×5×5mm,material thickness is 55mm.Based on the above of recovery ratio of water,water activity survival rate of Vc anddry products quality.Obtain the best technological condition for: temperature is 65℃, wind speed is 2.5m/s, carrot butyl is 5×5×5mm,material thickness is 55mm.Key words：Carrot; Hot air drying; Drying characteristics; Process parametersDirected by： Prof. FAN GuishengApplicant for Master degree:WANG Hui（Processing and Preservation Engineering of Agricultural Products）(College of Food Science and Engineering, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China)目录1 引言 (1)1.1 胡萝卜的营养价值 (1)1.2 蔬菜干制产品的理论和特征 (2)1.2.1 干制产品的学科理论基础 (2)1.2.2 干制成品的物理特征 (2)1.2.3 干制成品的化学特征 (2)1.3 国内外脱水果蔬技术的发展 (3)1.4 胡萝卜干燥技术发展及研究现状 (4)1.5 胡萝卜干燥的影响因素 (6)1.5.1 干燥物料的温度 (6)1.5.2 干燥物料的风速 (6)1.5.3 干燥物料的大小 (6)1.5.4 干燥物料的载物厚度 (7)1.6 课题的意义及主要内容 (7)2 试验材料及方法 (7)2.1 试验材料 (7)2.2 实验装置 (7)2.3 试验方法 (8)2.3.1 胡萝卜初始含水量的测定 (8)2.3.2 样品预处理 (8)2.3.3 复水的测定 (8)2.3.4 水分活度的测定 (8)2.3.5 Vc测定的方法 (9)2.3.6 干制品感官评定标准 (9)2.3.7 工艺参数的变化对干制品品质的影响 (9)3 试验结果及其分析 (10)3.1 工艺参数对干燥时间、临界含水量和品质影响的实验结果 (10)3.1.1 温度对胡萝卜丁热风干燥特征的影响 (10)3.1.2 风速对胡萝卜丁热风干燥特征的影响 (13)3.1.3 胡萝卜丁的大小对热风干燥特征的影响 (14)3.1.4 胡萝卜丁的不同载物厚度对热风干燥特征的影响 (16)4 胡萝卜丁热风干燥工艺参数的优化 (18)4.1 工艺参数的优化 (19)4.1.1 参数选择 (19)4.1.2 正交试验 (19)5 结论与建议 (26)5.1 结论 (26)5.2 存在的问题及改进的建议 (26)致谢 (27)参考文献 (28)附录 (30)作者简介 (35)内蒙古农业大学工程硕士学位论文 1 1 引言1.1 胡萝卜的营养价值在日本，将胡萝卜看作是长寿菜，在荷兰，将胡萝卜列为国菜之一，在我国，将胡萝卜誉为“小人参”。
胡萝卜微波干燥特性及动力学模型
胡萝卜微波干燥特性及动力学模型刘旺星;陈雄飞;余佳佳;刘木华;胡淑芬;卢帆【摘要】为研究胡萝卜微波干燥特性,开展不同微波功率(406、567、700 W)、切片厚度(2、4、6 mm)和载料量(30、40、90 g)的干燥试验研究,探讨了其失水速率、干基含水率的干燥特性曲线和有效水分扩散系数Deff的影响规律,构建了胡萝卜薄层干燥动力学模型.结果表明:胡萝卜微波干燥分为预加热干燥阶段和降速干燥阶段;微波功率700 W、切片厚度6 mm和载料量30 g时,干燥效果最佳;通过回归拟合分析,Page动力学模型最适于描述胡萝卜微波干燥过程,模型决定系数R2均大于0.98,验证试验最大误差为6.91％.【期刊名称】《食品工业科技》【年(卷),期】2019(040)009【总页数】6页(P68-72,77)【关键词】胡萝卜;微波;干燥特性;动力学模型;Page模型【作者】刘旺星;陈雄飞;余佳佳;刘木华;胡淑芬;卢帆【作者单位】江西农业大学工学院,江西南昌330045;江西省现代农业装备重点实验室,江西南昌330045;江西农业大学工学院,江西南昌330045;江西省现代农业装备重点实验室,江西南昌330045;江西农业大学工学院,江西南昌330045;江西省现代农业装备重点实验室,江西南昌330045;江西农业大学工学院,江西南昌330045;江西省现代农业装备重点实验室,江西南昌330045;江西农业大学工学院,江西南昌330045;江西省现代农业装备重点实验室,江西南昌330045;江西农业大学工学院,江西南昌330045;江西省现代农业装备重点实验室,江西南昌330045【正文语种】中文【中图分类】TS255.44胡萝卜是一种质脆味美、营养丰富的家常蔬菜,素有“小人参”之称。
由于其具有很高的营养价值和保健功效,深受消费者喜爱。
常用的胡萝卜干燥方式有红外干燥、热风干燥和自然风干等,红外干燥和自然风干因干燥时间较长、效率低下而较少使用;热风干燥是胡萝卜干燥中应用最为广泛的一种方式[1-4],然而,热风干燥存在较多的问题,如耗能高、干燥不均匀和设备体积大等。
胡萝卜热泵干燥特性及动力学模型分析
包装工程第45卷第1期·10·PACKAGING ENGINEERING2024年1月胡萝卜热泵干燥特性及动力学模型分析李改莲，韩琭丛，王广红，彭钰航，金听祥*（郑州轻工业大学能源与动力工程学院，郑州450002）摘要：目的优化胡萝卜的热泵干燥工艺，并提升胡萝卜干燥后的品质。
方法研究干燥初始温度、干燥温升值和切片厚度对胡萝卜热泵干燥特性的影响，并探讨上述条件与有效水分扩散系数和干燥活化能的关系。
确定可以精确预测胡萝卜热泵干燥时含水率变化的干燥动力学模型，进而预测胡萝卜在不同热泵干燥条件下的体积变化规律。
结果干燥速率的变化与初始干燥温度、温升值的变化呈正相关，与切片厚度呈负相关；胡萝卜在热泵干燥过程中表现为降速过程，其中，切片厚度对干燥速率的影响最大，温升值对干燥速率的影响最小；对比分析了4种薄层干燥模型，Page模型能更好地描述胡萝卜的热泵干燥过程和水分迁移规律，模型所得拟合值相对于试验值的平均误差为5.76%；在此次试验范围内，胡萝卜的有效水分扩散系数介于3.040 1×10−10~7.155 5×10−10m2/s之间。
该系数随着干燥温度的提高、温升值的增大及切片厚度的减小而呈增加的趋势。
通过Arrhenius方程计算得到该试验条件下胡萝卜的干燥活化能为13.374 kJ/mol。
结论Page模型能够更好地预测胡萝卜在热泵干燥过程中水分的迁移规律，从而优化热泵干燥工艺参数，为胡萝卜热泵干燥的工业化运用提供理论基础。
关键词：干燥特性；干燥动力学；热泵干燥；干燥活化能；有效水分扩散系数中图分类号：TS255.3 文献标志码：A 文章编号：1001-3563(2024)01-0010-09DOI：10.19554/ki.1001-3563.2024.01.002Drying Characteristics and Dynamic Model Analysis of Carrot Heat Pump Drying LI Gailian, HAN Lucong, WANG Guanghong, PENG Yuhang, JIN Tingxiang* (School of Energy and Power Engineering, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450002, China)ABSTRACT: The work aims to optimize the heat pump drying process and improve the quality of dried carrots. The effects of the initial drying temperature, drying temperature rise value and slice thickness on the heat pump drying characteristics of carrots were investigated, and the relations of these conditions on the effective moisture diffusion coefficient and drying activation energy were explored. A drying kinetic model that could accurately predict the changes in moisture content of carrots during heat pump drying was identified, thus the moisture migration pattern of carrots under different heat pump drying conditions could be predicted. The variation of drying rate was positively correlated with the variation of initial drying temperature and temperature rise value, and negatively correlated with slice thickness. The carrot heat pump drying process showed a decreasing rate, where the slice thickness had the greatest influence on the drying rate and the temperature rise value ∆θhad the least influence. Comparing analysis of four thin-layer drying models showed that the Page model could better describe the drying process and moisture migration of carrot heat pump, with an average error of 5.76% in the fitted values relative to the test values. Within the scope of this test, the effective water diffusion coefficient of carrots ranged from 3.040 1×10−10~7.155 5×10−10m2/s. This coefficient showed an increasing trend as the drying temperature, the temperature rise value increased, and the slice thickness decreased. The Arrhenius收稿日期：2023-03-15基金项目：河南省科技攻关项目（222102320075）；河南省研究生教育创新培养基地项目（YJS2021JD05）*通信作者第45卷第1期李改莲，等：胡萝卜热泵干燥特性及动力学模型分析·11·equation showed that the activation energy of carrot drying under this test condition was 13.374 kJ/mol. In conclusion, the Page model can better predict the moisture migration pattern during carrot heat pump drying and thus optimize the heat pump drying process parameters. The research conducted in this paper provides a theoretical basis for the industrial production of carrot heat pump drying.KEY WORDS: drying characteristics; drying kinetics; heat pump drying; activation energy; effective moisture diffusion coefficient胡萝卜（Daucus carota var. sativa Hoffm）是一种营养丰富的蔬菜，富含糖类、维生素等人体所需的营养成分，在增强免疫力、预防心脏疾病、刺激皮肤代谢等[1-3]方面有着不可忽视的作用。
质热平衡原理预测萝卜丝薄层干燥与试验研究
在 干 燥 中干 燥 速 率 先 变 大 ， 后 变 小 ， 后 物 料 接 近 平 衡 水 分 ， 然 最 符 合 干 燥 规 律 ， 用 该 预 测 模 型 预 测 萝 卜 薄 层 干 燥 过 程 是 因而 丝
可行的。
关 键词 ： ； ； 分 ； 干燥 薄层 水 预测
中图 分 类号 ：３ Ｓ７ 文 献标 识码 ． ＾
果 表 明： 测 结 果 与 实 验 结 果 十 分 接 近 。 预 预测 结 果 还 表 明 物 料
ｍａ ｅ ａ ｎ ｅ ｔ Ａ ｆｒ ｃ ｓ ｔ ｄ ｌ ｓｅ ｔｂ ｉｈ ｄ ａ ｄ ｔ ｒ ｌａ ｄ ｈ ａ ． ｏ ｅ ａ ｔ ｉ ｍａ ｈ ｍｏ ｅ ｓ ｌ ｅ ， ｎ ｗａ ａ ｓ ｖ ｌ ａ ｅ ｙ ｅ ｐ ｒ ｎ ． Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｉ ｄ ｃ ｔｄ ｔ ａ ｈ ｏ ｅ ａ ｔ ａｉ ｔ ｄ ｂ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ｄ ｉ ｈ ｅ ｕ ｔ ｎ ｉ ａｅ ｈ ｔｔ ｅ ｆ ｒ ｃ ｓ
块并 不 加 载实 际 的后 续 结 点 。这样 就 实 现对 递 归 加
【】 瑟 夫 ・ 塔 纳 著， 国 宁 译 ． 造 企 业 产 品 数 据 管 理— — ｌ约 萧 祈 制 原 理 、 念 、 略【 】 京： 工 业 出版 社 ． ０ ． 概 策 Ｍ． 北 机械 ２ ０ ０
载 的 约 束， 而 大 大 缩 短 了 加 载 时 间， 免 了 在 上 述 从 避 几种 情况 下 的时延 现象 。 使得 系统 运行 平稳 、 速， 快 降
藏 水 分是 萝 卜 藏 、 工 的一 种 主 要 形 式 ， 产潜 力 贮 加 生
（． ｉｈ ａＣ ｌ ｇ ｆ ｒｆ ｓ ｎａ ｄＴ ｃｎ ｌ ｙ Ｊ ｈ ａ ３ １ １， １Ｊ ｕ ｏ ｅｅｏ ｏ ｓｉ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ，ｉ ｕ ， ２ ０ ７ ｎ ｌ Ｐ ｅ ｏ ｏ ｎ
胡萝卜N2气调干燥特性研究
１ ． ２胡 萝 ｌ 、 气 调热 泵干燥 方 法
本试 验 所 用 干燥 机 为Ｇ ＨＲ Ｈ一 ２ ０ 型 热 泵干 燥 机 （ 如 图１ 所 示 ），整 机外 观 为一美 观 整洁 的全
胡萝 ｂ ，购 于 当地超 市 ，要 求新鲜 无 损伤 ； ＭＰ ４ ０ ０ ０ Ｂ型 电子 秤 ，精 度０ ． ０ １ ｇ ，上海 第 二 天平 厂 ；ＧＨ Ｒ Ｈ． ２ ０ 型 热泵 干 燥 机 ，广 东省 业 机械 研
究所 干 燥设 备制 造 厂 ；２ ０ ２ 型恒 温干 燥箱 ，北京
２ ０ １ ３年 第 １ １ 卷
响 。干燥 过程 中，每 隔３ ０ ｍｉ ｎ 将物 料 迅速取 出并
称重 ， 记 录不 同 时刻 胡萝 卜 的重量 后将 物料 放 回
继续干 燥 ，直至 物料 含水 率 小于０ ． ０ ５ ｋ ｇ ・ ｋ ｇ ～ ，即 认为 已达 到平衡 含 水率 ，停 止干燥 。
封 闭箱 体 ，内部 由制 冷压 缩机 、 冷凝 器 、 蒸发 器 、
主风机 、 辅 助风 机 、 干 燥室 、物料 台车 、 通风 道 、
导风架 等 组成 ，箱体 外面 有一 调节 冷凝 器 。在干
气 调 热 泵 干 燥 是采 用 惰 性 气 体代 替 部 分 空 气 并 利 用 热 泵 系 统进 行 除湿 加 热 的 闭路 式 热 风 干燥
永 光 明医疗 仪器 厂 ；Ｑ ＤＦ ． ３ ０ Ｍ／ Ｓ 热 球式 风速 仪 ， 北 京市 检测 仪器 厂 ；Ｘ・ ｉ ｒ ｔ ｅ Ｃ ｏ ｌ ｏ ｒ １ ５ 色 差 仪 ，美 国
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（1）
式中：M为物料干基含水率；m为物料质量/kg；md 为绝干物料的质量/kg。 1.2.4 动力学模型
目前干燥研究大多认为扩散是水分迁移的主要途 径。物料内部水分扩散是一个复杂的传质过程，涉及分 子扩散、毛细流动、水力学流动和表面扩散等现象[21]。 在大多数情形下，Fick第二定律被广泛用于描述水分扩 散过程[18,22]，同时适用于本实验的计算。本实验的假设 条件如下：1）物料内部的水分运动是在水分梯度作用下 的液态扩散；2）忽略干燥过程中物料内部温度梯度对水 分扩散的影响；3）忽略干燥过程中胡萝卜的收缩变形； 4）干燥开始时，物料内部水分和温度均匀分布[9-10]。
24 2014, Vol.35, No.09
食品科学
※基础研究
胡萝卜薄层干燥动力学模型研究
种翠娟，朱文学*，刘云宏，吴建业，樊金玲，罗 磊
（河南科技大学食品与生物工程学院，河南 洛阳 471023）
摘 要：为探索胡萝卜热风干燥过程中水分的变化规律，本研究以胡萝卜为干燥对象，进行薄层干燥特性及模型研 究，探讨不同温度、风速及物料厚度条件下胡萝卜水分比与干燥时间的关系，建立动力学模型；以Fick扩散定律为 依据，确定胡萝卜一维传热传质的有效水分扩散系数并建立其数学模型。结果表明：胡萝卜薄层干燥动力学模型可 用Page方程来描述，并通过回归分析确定方程系数m、k，通过多元线性回归方法得到有效水分扩散系数（Deff）与 温度、风速和厚度的表达式，实验得到的Deff值在0.84×10-9～6.69×10-9 m2/s范围内随着干燥温度、风速和物料厚度 的升高而增大。 关键词：胡萝卜；干燥；动力学模型；水分扩散系数
（8）
n（－lnMR）=lnk＋mlnt
（9）
将实验数据进行分析和处理，分别作出lnMR-t和 ln（－lnMR）-lnt的关系曲线图如图4～6所示。
图 2 不同干燥温度下的MR-t关系曲线 Fig.2 Relationship between MR and t at different drying temperatures
Meanwhile, based on Fick’s diffusion law, the effective diffusion coefficients of water (Deff) in carrots were calculated and modeled as well. Results showed that the thin layer drying kinetics of carrots could be described by the Page equation, the
胡萝卜含有丰富的营养成分、无机盐类及氨基酸等[1-2]， 具有很高的营养价值和多种保健功效，被誉为“土人 参” ， [3-4] 深受消费者喜爱。胡萝卜的干燥方式多种多 样，但热风干燥仍是目前普遍使用的干燥技术[4-6]。热风 干燥作为传统的干燥方法，是用加热后的空气作媒介， 将物料进行加热以促进水分的蒸发，具有热效率高，干 燥速率快，设备结构简单、投资少、适应性强、操作和 控制简单，卫生条件较好等优势。但由于物料长时间与 高温空气接触，容易导致干制品色泽褐变及营养成分损 失[7-8]。为有效提高干燥产品的品质，优化干燥工艺，有 必要使用数学模型来模拟不同干燥条件下的干燥过程。 目前，常用半经验、经验模型描述干燥过程物料中平 均含水率的变化情况 。 [9-13] 要进一步分析和体现物料内 部水分的扩散过程，需确定物料内部水分的有效扩散
（7）
26 2014, Vol.35, No.09
2 结果与分析 2.1 工艺参数对干燥特性的影响
食品科学
※基础研究
的对流传质越快，气流带走的水分越多，有效水分扩散 系数也越大。但当表面水分的汽化量与内部渗出的水分 量达到平衡后，干燥速率不再随着风速的增大而加快， 所以增加干燥介质的风速，对物料的前期干燥速率影响 极显著，但后期影响不显著。
图 1 不同切片厚度下的MR-t关系曲线 Fig.1 Relationship betweebn MR and t at different sample thickness
由图1可知，在温度60 ℃、风速0.6 m/s条件下，随着 胡萝卜切片厚度的减少，胡萝卜水分下降速率加快，说 明胡萝卜片越薄，单位体积的表面积增大，与热空气的 对流换热面积增大，传热速率增加。此外，物料厚度降 低，会导致内部的传递阻力减小，水分扩散速率增大， 最终提高干燥速率。胡萝卜片厚度为10 mm时，干燥时 间显著增加，而在切片厚度为2 mm时，会发生严重变 形，品质严重下降。因此，物料切片厚度过厚或过薄均 不利于干燥的最终结果，在研究中宜选用4～8 mm的胡 萝卜片进行干燥。
Dynamic Modeling of Thin Layer Drying of Carrots
CHONG Cui-juan, ZHU Wen-xue*, LIU Yun-hong, WU Jian-ye, FAN Jin-ling, LUO Lei (College of Food and Bioengineering, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471023, China)
※基础研究
食品科学
2014, Vol.35, 申工量具有限公司； GIS-Ⅱ型热风干燥机 黑龙江省农业仪器设备制造厂； 202型恒温干燥箱 北京永光明医疗仪器厂；QDF-30M/S 热球式风速仪 北京市检测仪器厂。 1.2 方法 1.2.1 实验方案
1 材料与方法
1.1 材料与仪器 胡萝卜，购于当地超市，要求新鲜无损伤。 MP4000B型电子秤（精度0.01 g） 上海第二天
收稿日期：2013-04-23 基金项目：国家自然科学基金面上项目（31171723） 作者简介：种翠娟（1986—），女，硕士研究生，研究方向为农产品加工。E-mail：905497479@ *通信作者：朱文学（1967—），男，教授，博士，研究方向为农产品加工。E-mail：zwx@
表 1 胡萝卜薄层干燥方案
Table 1 Scheme of thin layer drying for carrots
实验序号
风速/（m/s）
温度/℃
切片厚度/mm
1
0.6
60
2
2
0.6
60
4
3
0.6
60
6
4
0.6
60
8
5
0.6
60
10
6
0.6
40
4
7
0.6
50
4
8
0.6
70
4
9
0.4
60
4
10
0.8
由图2可知，对于4 mm的胡萝卜切片，在0.6 m/s的风 速条件下，40 ℃需要干燥11.5 h，而70 ℃仅需4.5 h，说明 干燥温度越高，传热速率越快，水分下降越快，水分扩散 速率越大。但温度过高，胡萝卜干燥品质明显变差，而温 度过低，干燥时间过长，降低干燥效率，所以干燥过程中 采用50～70 ℃的干燥温度较好。从曲线的斜率可以看出， 中前期干燥速率快，后期逐渐减少，这是由于随着干燥的 进行，物料的水分不断减少，水分梯度的作用越来越小， 干燥界面内移，干燥过程由表面传质控制转化为内部扩散 控制，干燥曲线的斜率越来越平坦。
Abstract: The thin layer drying characteristics of carrot slices were investigated and moisture content (relative to dry matter)
was modeled as a function of drying time under different conditions of temperature, air flow rate and sample thickness.
Key words: carrot; drying; dynamic modeling; moisture diffusion coefficient
中图分类号：TS205.1
文献标志码：A
文章编号：1002-6630（2014）09-0024-06
doi:10.7506/spkx1002-6630-201409006
实验中将胡萝卜洗净去皮后切片，切片厚度为 2～10 mm，侧面用聚四氟乙烯密封带完全密封，在物料 盘上均匀平铺一层，确保物料仅在上下表面进行传质。 在干燥过程中，由于物料厚度远小于其直径，所以物料 可被假定为大平板。忽略温度梯度导致的水分扩散，物 料中的水分扩散可被假设为沿物料内部厚度方向的一维 扩散过程。具体实验方案如表1所示。干燥过程中，每 隔20 min将物料迅速取出并称质量，记录不同时刻胡萝 卜的质量后将物料放回继续干燥，直至物料含水率小于 0.05，即认为已达到平衡含水率，停止干燥。计算不同时 刻的水分比（MR），作图并将MR线性转换后用Origin软 件进行线性回归，以确定方程中有关参数。
coefficients of equation were obtained through regression analysis, and the equations of Deff vs. air temperature, air flow rate and sample thickness were obtained by multiple linear regression. The experimentally observed Deff values increased from 0.84 × 10-9 to 6.69 × 10-9 m2/s with increasing drying temperature, air flow rate and sample thickness.