竹笋热风薄层干燥特性及动力学分析

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干燥介质相对湿度对胡萝卜片热风干燥特性的影响

第31卷第16期农业工程学报V ol.31 No.16296 2015年8月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Aug. 2015 干燥介质相对湿度对胡萝卜片热风干燥特性的影响巨浩羽1，肖红伟1，郑霞2，郭秀良3，刘嫣红1，张卫鹏1，袁婧1，高振江1※（1. 中国农业大学工学院，北京 100083； 2. 石河子大学机械电气工程学院，石河子 832000；3. 浙江科达生物科技有限公司，丽水 323700）摘要：为了探究相对湿度和阶段降湿对热风干燥过程的影响，该文在干燥温度60℃、风速3.0 m/s条件下，研究了相对湿度（20%、30%、40%、50%）及第一阶段相对湿度50%保持不同时间（10、30、60、90 min），第二阶段相对湿度20%下，胡萝卜片的干燥特性和温度变化规律；利用Weibull分布函数对干燥曲线进行拟合并分析干燥过程，结合尺度参数估算水分有效扩散系数；基于复水比、色泽、干燥时间和能耗对不同相对湿度条件下的干燥过程进行评价。

研究结果表明：相对湿度保持恒定条件下，干燥速率先上升后下降，且相对湿度越低干燥速率越大。

降低相对湿度有利于缩短干燥时间，热风相对湿度20%比50%条件下干燥时间缩短了27.6%；分段降湿干燥条件下，热风相对湿度50%保持30min后降低为20%，其干燥时间比相对湿度恒定为20%条件下缩短了18.5%，干燥过程出现2个升速阶段；Weibull 分布函数可以很好地描述胡萝卜恒定湿度和阶段降湿干燥过程。

尺度参数α范围在1.864～3.635 h之间，形状参数β值在1.296～1.713之间，水分有效扩散系数在1.17×10-9～2.92×10-9 m2/s之间。

对绿红值、复水率、能耗和干燥时间进行综合评价显示，热风相对湿度50%保持30 min干燥条件下绿红值最高为41.4，能耗相比于恒定相对湿度20%条件下减少了6.0%，复水比较高为3.81，综合评分较高为0.91。

苹果片的热风干燥特性及数学模型研究

苹果片的热风干燥特性及数学模型研究程晶晶;王军;武冰芪【摘要】为了研究苹果片的热风干燥特性,考察了切片厚度、热风温度和装样量对苹果片热风干燥过程的影响,比较了6种数学模型在苹果片热风干燥中的适用性.结果表明:切片厚度、热风温度和装样量均对苹果片的热风干燥过程影响较大,苹果片切片厚度越小,热风温度越高,热风干燥速率越大,装样量对干燥速率的影响呈现先增大后减小的趋势;苹果片的热风干燥过程可分为升速干燥阶段及降速干燥阶段,没有恒速阶段;Midilli-Kucuk模型对实验数据的拟合度最高,优于Page模型和Modified Page模型;热风温度从50℃增加到70℃,其有效水分扩散系数由1.10×10-9 m2/s增加到1.83×10-9m2/s,苹果片的干燥活化能为13.58 kJ/m0l.【期刊名称】《许昌学院学报》【年(卷),期】2016(035)002【总页数】9页(P91-99)【关键词】苹果片;热风干燥;干燥特性;数学模型;有效水分扩散系数【作者】程晶晶;王军;武冰芪【作者单位】许昌学院食品与生物工程学院,河南许昌461000;许昌学院食品与生物工程学院,河南许昌461000;许昌学院食品与生物工程学院,河南许昌461000【正文语种】中文【中图分类】TS255.36我国是苹果生产大国，年量占世界总产量的40%以上，但苹果加工转化率较低，目前苹果消费主要以鲜食为主[1].苹果片以其酥脆爽口、香气浓郁等特点备受广大消费者喜爱[2].热风干燥具有适用范围广、物料处理量大、设备成本及操作费用低等优点，是干燥农产品和果蔬制品最常见的方法.国内外学者对鲜块菌、杏鲍菇、竹笋、番薯片、茭白片、油茶籽、平菇、葡萄等的热风干燥工艺进行了研究[3-10].对于苹果片的热风干燥，也有大量文献进行了报道.邓红[11]等比较了普通热风干燥、远红外线干燥及微波干燥对苹果片品质的影响，结果表明热风干燥对苹果片的品质影响和微波干燥试验结果基本接近，采用热风干燥也可以获得高品质的苹果片.王俊等[12]对苹果片进行辐照处理，然后进行热风干燥，考察了辐照剂量、风温及切片厚度等因素对苹果片品质的影响，并优化了工艺.袁越锦等[13]和马烨[14]采用热风真空组合干燥技术对苹果片进行了干燥，主要对热风温度、热风干燥时间和真空度等因素进行了优化.以上研究主要集中于不同干燥方法对苹果片品质的影响以及工艺参数的优化，对苹果片的热风干燥特性及数学模型的研究报道不多.干燥是一个复杂的传质传热过程，期间不稳定的热量和水分传递同时发生.从工程角度考虑，对干燥过程进行动力学分析，利用数学模型对干燥过程进行拟合和预测,对改进现有干燥系统以及对干燥过程进行优化控制，设计新型干燥工艺具有重要意义[15-16].本研究以红富士苹果为原料，研究苹果片的热风干燥特性，探讨不同切片厚度、热风温度和装样量对苹果片热风干燥过程的影响，建立苹果片热风干燥的数学模型，并计算苹果片热风干燥过程的有效水分扩散系数和活化能，以期为苹果片热风干燥工艺研究和干燥过程控制提供理论依据.1.1 试验材料试验用红富士苹果购自本地超市.选择无病害无损伤的苹果，用清水将苹果表面洗净，去皮、去核，切成薄片，进行干燥.1.2 仪器设备DHG-9073BS-Ⅲ型电热恒温鼓风干燥箱(上海新苗医疗器械制造有限公司)；YP30002型电子天平(上海佑科仪器仪表有限公司).1.3 实验设计以切片厚度、热风温度和装样量作为苹果片热风干燥的影响因素，按表1条件进行干燥实验，干燥至苹果片水分含量降到5%(湿基)以下.1.4 水分含量的测定和干燥速率的计算水分含量的测定参照GB/T 5009.3-2003.水分比根据(1)式计算：其中：MR为水分比；Mt为干燥过程中t时刻样品的含水率，g water/g solid；Me为样品的平衡含水率，g water/g solid；M0为样品的初始含水率，g water/g solid.因为Me相对于Mt和M0来说非常小，可忽略不计，水分比可以根据(2)式进行计算：干燥速率根据(3)式计算：其中：DR为干燥速率，g/(g·min)；Mt+dt为样品在t+dt时刻的含水率，g water/g solid；Mt为样品在t 时刻的含水率，g water/g solid [4-5].1.5 干燥模型本文在参阅相关文献[9,17-20]的基础上，采用6种数学模型(表2)对苹果片热风干燥进行数据拟合验证，用决定系数R2、卡方χ2、均方根误差RMSE 3个参数对模型进行评价，R2越大，χ2和RMSE越小，说明模型拟合效果越好.其计算公式分别为其中：MRexp,i和MRpre,i分别为第i个数据点的实验所得MR和模型预测所得MR；N为实验数据点的个数；n为模型中参数的个数.1.6 有效水分扩散系数和活化能的计算Fick扩散方程一般用来描述生物制品的降速干燥特性.当初始含水率相同的物料进行长时间的干燥试验时，可以进行如下简化[21-22]：其中：Deff为有效水分扩散系数，单位：m2/s；L为物料平均厚度的一半，单位：m；t为干燥时间，单位：s.通过绘制(7)式中lnMR相对于t的曲线，将曲线进行线性拟合，由直线的斜率计算得到Deff.活化能可以由(8)式计算：其中：D0为Arrhenius方程指数前因子，单位:m2/s；Ea为活化能，单位：kJ/mol；R为气体常数，单位:kJ/(mol·K)；T为绝对温度，单位:K.通过绘制(8)式中lnDeff相对于1/T的曲线，将曲线进行线性拟合，由直线的斜率可以计算得到Ea.1.7 数据分析应用Matlab软件，采用高斯-牛顿运算法和非线性最小二乘法对实验数据进行拟合求解.2.1 苹果片热风干燥特性分析2.1.1 切片厚度对苹果片干燥特性的影响不同切片厚度下苹果片的干燥曲线和干燥速率曲线见图1和图2.由图1和图2可知，在热风温度和装样量相同的情况下，随着切片厚度的减小，干燥速率逐渐增大.切片厚度越小，样品的比表面积越大，水分蒸发速度越快，干燥速率越大；另外，切片厚度小，内部水分迁移到表面的距离和热量传递到内部的距离都减小，传质与传热的速度加快，干燥速度也加快.从图2可以看出，苹果片的热风干燥过程只有开始的升速干燥阶段和随后的降速干燥阶段，没有恒速干燥阶段，水分蒸发主要发生在降速干燥阶段.干燥过程一般可以分为三个阶段：第一个阶段为升速干燥阶段.当湿物料与干燥介质相接触时，物料温度升高，表面的水分开始气化，随着温度的升高，干燥速率不断增大.第二个阶段为恒速干燥阶段.在此阶段，由于物料水分含量较大，内部水分能迅速达到物料表面，干燥速率为物料表面水分的气化速率所控制，干燥介质传给物料的热量全部用于水分的气化，物料表面的温度维持恒定，一定条件下物料表面的水蒸汽分压也维持恒定，故干燥速率恒定不变.第三个阶段为降速干燥阶段.当物料被干燥达到临界水分含量后，便进入降速干燥阶段.物料中所含水分较少，水分自物料内部向表面传递的速率低于物料表面水分的气化速率，干燥速率为水分在物料内部的传递速率所控制.随着物料水分含量逐渐减少，物料内部水分的迁移速率也逐渐减小，故干燥速率不断下降[23].干燥实验的结果也会因实验条件和样品不一样而有所差异.在本实验条件下，样品表面的水蒸气能够被热风及时带走.在升速干燥阶段，样品表面的水分迅速气化，样品水分含量降低，干燥速率随即为样品内部的水分迁移速率所控制，进入降速干燥阶段，这与文献[4]、[7]的研究结果一致.2.1.2 热风温度对苹果片干燥特性的影响不同热风温度下苹果片的干燥曲线和干燥速率曲线见图3和图4.由图3和图4可知，在切片厚度和装样量相同的情况下，随着热风温度的升高，干燥速率也随之增大.热风温度越高，热空气的相对湿度就越低，一定时间内能够带走的水蒸气也越多，样品与热空气的湿度差也越大，干燥速度也越大；另外，热风温度越高，样品温度也越高，样品表面水分蒸发速度和内部水分迁移速度都会增加，干燥速率也增大.2.1.3 装样量对苹果片干燥特性的影响不同装样量下苹果片的干燥曲线和干燥速率曲线见图5和图6.由图5和图6可知，在切片厚度和热风温度相同的情况下，随着装样量的增加，干燥速率呈现先上升后下降的趋势.在装样量较小时，单位时间内蒸发的水分少，干燥速度慢，样品表面的热空气远离饱和状态；当装样量增加时，因为切片厚度相同，样品表面积也随之增大，单位时间内蒸发的水分量也会增加；单位时间内蒸发的水分量与装样量之间并不是线性关系，在装样量较小时，前者的增加速度大于后者的增加速度，在装样量较大时，样品表面的热空气逐渐趋于饱和，前者的增加速度小于后者的增加速度，所以干燥速率会先上升后下降.装样量对水分蒸发速度的影响，除了考虑样品的表面积因素，还要考虑装样量的变化对样品温度分布的影响，这有待于进一步的研究.该实验结果与陈健凯等[4]的研究结果不一致，可能是因为实验设备和因素水平的选择不一样所致.在本实验条件下装样量为100 g时干燥速率最大，这一研究结果也可以为实际生产中干燥设备最佳装样量的确定提供参考. 2.2 苹果片热风干燥的数学模型2.2.1 苹果片热风干燥模型的选择将不同切片厚度、热风温度和装样量条件下的实验数据采用表2中列出的6种干燥模型进行拟合，结果见表3、表4和表5，并采用决定系数R2、卡方χ2、均方根误差RMSE 3个参数的平均值对模型进行评价.从表3、表4和表5可以看出，与其他模型相比，Midilli-Kucuk模型R2最大，χ2和RMSE最小，对实验数据的拟合度最高.许多文献研究表明，蔬菜水果的热风干燥过程适用Page模型和Modified Page模型[5,22]，本文的研究也发现Page 模型和Modified Page模型均具有较高的拟合度，但比Midilli-Kucuk模型的拟合效果略差.从各种模型的发展过程来看，Page模型经过修正，得到修正Page方程(Ⅰ)，即Modified Page模型，Page模型经过进一步的修正得到修正Page方程(Ⅱ)，如(9)式所示，而Midilli-Kucuk模型就是由(9)式修正而来[24-25]，Midilli-Kucuk模型与Page模型相比，既考虑了指数关系，又考虑了线性关系，并且引入了干燥模型经验系数a，因此，经过多次修正得到的Midilli-Kucuk模型比Page模型具有更优越的拟合效果.本研究选择Midilli-Kucuk模型作为苹果片热风干燥的数学模型.2.2.2 苹果片热风干燥模型的验证为了对Midilli-Kucuk模型进行进一步验证，对苹果片在不同切片厚度、热风温度和装样量条件下热风干燥的MR预测值与MR试验值进行比较，如图7、图8和图9所示.从图中可以看出，各数据点基本在直线y=x上下浮动，Midilli-Kucuk 模型的预测值与试验值的拟合度高，Midilli-Kucuk模型能较准确地对苹果片热风干燥过程中MR的变化规律进行预测，可用于描述苹果片的热风干燥过程.2.3 苹果片热风干燥的有效水分扩散系数和活化能根据(7)式和(8)式,可以对切片厚度6 mm、装样量100 g条件下苹果片热风干燥的有效水分扩散系数和活化能进行计算.热风温度为50 ℃、60 ℃、70 ℃时的有效水分扩散系数分别为1.10×10-9 m2/s、1.46×10-9 m2/s、1.83×10-9 m2/s.结果表明有效水分扩散系数随着温度的升高而增大，温度升高，分子热运动加剧，更有利于样品中水分子的扩散.苹果片热风干燥的活化能为13.58 kJ/mol，与文献[7]、[22]的研究结果相似.(1)苹果片的热风干燥实验表明，切片厚度、热风温度和装样量均对苹果片的热风干燥过程影响较大.苹果片切片厚度越小，热风温度越高，热风干燥速率越大.装样量对干燥速率的影响呈现先增大后减小的趋势，在本实验条件下，装样量为100 g 时干燥速率最大.(2)苹果片的热风干燥过程只有开始的升速干燥阶段及其后的降速干燥阶段，没有恒速阶段；Midilli-Kucuk模型对实验数据的拟合度最高，优于Page模型和Modified Page模型.Midilli-Kucuk模型可以准确预测苹果片热风干燥中水分比的变化规律，可用于描述苹果片热风干燥过程.(3)随着热风温度的逐渐升高，苹果片的有效水分扩散系数也会逐渐增大.当热风温度从50 ℃逐渐增加到70 ℃时，其有效水分扩散系数则由1.10×10-9 m2/s增加到1.83×10-9 m2/s，而苹果片的干燥活化能为13.58 kJ/mol.【相关文献】[1] 束怀瑞.苹果学[M].北京:中国农业出版社,1999.[2] 毕金峰,方芳,公丽艳,等.苹果干燥技术研究进展[J].农产品加工:创新版,2010(3):4-7.[3] 苗玉志,张微帷,何兵.鲜块菌片热风干燥工艺参数的优化[J].现代食品科技,2013,29(1):162-166.[4] 陈健凯,林河通,李辉,等.杏鲍菇的热风干燥特性与动力学模型[J].现代食品科技,2013,29(11):2 692-2 699.[5] 郑炯,张甫生,阚建全,等.竹笋热风薄层干燥特性及动力学分析[J].现代食品科技,2014,30(2):112-116.[6] 诸爱士,江飞燕.番薯片薄层热风对流干燥模型与传质性能[J].浙江科技学院学报,2012,24(6):450-455.[7] 诸爱士.茭白片热风对流干燥模型与传质性能[J].高校化学工程学报,2012,26(3):541-546.[8] 邢朝宏,李进伟,金青哲,等.油茶籽的干燥特性及热风干燥模型的建立[J].中国粮油学报,2012,27(3):38-42.[9] Bhattacharya M, Srivastav P P, Mishra H N. Thin-layer modeling of convective and microwave-convective drying of oyster mushroom(Pleurotus ostreatus) [J]. Journal of Food Science and Technology, 2015, 52(4): 2013-2022.[10]Kassem A S, Shokr A Z, El-Mahdy A R, et al. Comparison of drying characteristics of Thompson seedless grapes using combined microwave oven and hot air drying [J]. Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences, 2011, 10(1): 33-40.[11]邓红,王小娟.不同干燥方法对苹果片品质的影响[J].食品科技,2007(2):84-87.[12]王俊,巢炎,傅俊杰,等.辐照苹果热风干燥工艺的实验研究[J].浙江大学学报:农业与生命科学版,2001,27(5):579-582.[13]袁越锦,徐英英,党新安,等.热风真空组合干燥苹果片试验研究[J].食品科技,2012,37(4):80-82.[14]马烨.苹果热风真空组合干燥的试验分析[J].北京农业,2013(7):54-55.[15]Sahin A Z, Dincer I. Prediction of drying times for irregular shaped multi-dimensional moist solids [J]. Journal of food engineering, 2005, 71(1): 119-126.[16]Menges H O, Ertekin C. Mathematical modeling of thin layer drying of Golden apples [J]. Journal of Food Engineering, 2006, 77(1): 119-125.[17]Kantrong H, Tansakul A, Mittal G S. Drying characteristics and quality of shiitake mushroom undergoing microwave-vacuum drying and microwave-vacuum combined with infrared drying [J]. Journal of Food Science and Technology, 2014, 51(12): 3594-3608.[18]Swain S, Samuel D V K, Lalit M B, et al. Modeling of microwave assisted drying of osmotically pretreated red sweet pepper (Capsicum annum L.) [J]. Food Science and Biotechnology, 2012, 21(4): 969-978.[19]Benlloch-Tinoco M, Moraga G, Camacho M M, et al. Combined drying technologies for high-quality kiwifruit powder production [J]. Food and Bioprocess Technology, 2013, 6(12): 3544-3553.[20]Fei Pei, Ying Shi, Mariga A M, et al. Comparison of freeze-drying and freeze-dryingcombined with microwave vacuum drying methods on drying kinetics and rehydration characteristics of button mushroom (Agaricus bisporus) slices [J]. Food and Bioprocess Technology, 2014, 7(6): 1629-1639.[21]石启龙,赵亚,潘王盈.雪莲果浆的真空泡沫干燥特性及数学模型[J].现代食品科技,2014,30(6):131-139.[22]杨玲,陈建,杨屹立,等.甘蓝型油菜籽热风干燥特性及其数学模型[J].现代食品科技,2014,30(8):144-150.[23]廖世荣.食品工程原理[M].北京:科学出版社,2009.[24]王宝和.干燥动力学研究综述[J].干燥技术与设备,2009,7(1):51-56.[25]应巧玲,励建荣,傅玉颖,等.食品薄层干燥技术的研究进展[J].中国粮油学报,2010,25(5):115-119,128.。

胡萝卜热泵干燥特性及动力学模型分析

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【期刊名称】《包装工程》【年(卷),期】2024(45)1【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3.0401×10^(−10)~7.1555×10^(−10) m^(2)/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。

【总页数】9页(P10-18)【作者】李改莲;韩琭丛;王广红;彭钰航;金听祥【作者单位】郑州轻工业大学能源与动力工程学院【正文语种】中文【中图分类】TS255.3【相关文献】1.胡萝卜热泵干燥特性及数学模型的研究2.胡萝卜微波干燥特性及动力学模型3.仿刺参热泵干燥特性及动力学模型4.陈皮热泵干燥动力学模型构建和特性分析5.火龙果热泵干燥特性及收缩动力学模型分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

白萝卜薄层热风干燥特性及其数学模型

白萝卜薄层热风干燥特性及其数学模型黄珊;王修俊;沈畅萱【摘要】以新鲜白萝卜为原料,研究在不同的热风温度、热风风速和切片厚度条件下,白萝卜的热风干燥特性.通过试验数据拟合,比较7种数学模型在白萝卜热风干燥过程中的适用性.结果表明:白萝卜热风干燥以降速过程为主,无明显的恒速阶段.干燥温度、切片厚度对白萝卜的干燥速率影响较大,风速影响较小.干燥温度越高、切片厚度越薄、风速越快,干燥用时越短.通过比较各模型的相关系数(R 2)、卡方值(x2)和均方根误差(RMSE),结果显示Page模型的拟合效果最好,该模型的R2为0.997 6、x2为2.615×10-4、RMSE为0.014 6.且用模型外的试验数据进行验证,也表现出较好的拟合度.白萝卜的有效水分扩散系数(Deff)为7.560×10-10～2.130×10-9,随着干燥温度、风速和切片厚度的增加而增大.白萝卜的干燥活化能为26.34KJ/mol.此外,还对白萝卜片干燥前后的色差进行了测定和分析,结果表明:在50～80℃时,随着温度的增加,干燥成品的L*值逐渐降低,而b*、a*以及总色差△E*值呈升高的趋势.%With fresh radish as raw materials,the hot-air drying characteristicsof fresh radish under different conditions of hot-air temperature,air velocity and slice thickness were investigated in this study.Then the fittingof experimental data and the applicability of 7 different mathematical models for the process of hot-air drying radish was compared.The results showed that the hot-air drying process of radish mainly occured in falling-rate drying period and the constantrate period is not obvious.Hot-air temperature and slice thickness have a greater effect on drying-rate,relatively,while the effects of air velocity is less.The higher the temperature,the thinner the slice and the bigger the air velocity are,theshorter the drying time is.By comparing the coefficients (R2),chi-square values (x2) and the root-mean-square error (RMSE) of each model,it was found that,among these models,the Page model is better than other models for describing the process of hot-air drying radish with R2 of 0.997 6,x2 of 2.615×10-1 and RMSE of 0.014 6.It showed a good fitting between the experimental and predicted values.With the increase of hot-air temperature,air velocity and slice thickness,the effective moisture diffusivity of radish increased from 7.560 × 10-10 to 2.130×10-9,and the activation energy was 26.34 kJ/mol.Finally,the color of dried products under different temperatures was examined and analyzed.Results showed that when the hot-air temperature increased from 50 ℃ to 80 ℃,the L * value showed a gradual decrease,while the values of a *,b * and total chromatism △E* were reductive.【期刊名称】《食品与机械》【年(卷),期】2017(033)008【总页数】8页(P137-143,193)【关键词】白萝卜;热风干燥;数学模型;有效水分扩散系数;色差【作者】黄珊;王修俊;沈畅萱【作者单位】贵州大学酿酒与食品工程学院,贵州贵阳 550025;贵州省农业科学院生物技术研究所,贵州贵阳 550006;贵州大学酿酒与食品工程学院,贵州贵阳550025;贵州大学发酵工程与生物制药省级重点实验室,贵州贵阳550025;贵州大学酿酒与食品工程学院,贵州贵阳 550025;贵州大学发酵工程与生物制药省级重点实验室,贵州贵阳550025【正文语种】中文Abstract： With fresh radish as raw materials, the hot-air drying characteristics of fresh radish under different conditions of hot-air temperature, air velocity and slice thickness were investigated in this study. Then the fitting of experimental data and the applicability of 7 different mathematical models for the process of hot-air drying radish was compared. The results showed that the hot-air drying process of radish mainly occured in falling-rate drying period and the constant-rate period is not obvious. Hot-air temperature and slice thickness have a greater effect on drying-rate, relatively, while the effects of air velocity is less. The higher the temperature, the thinner the slice and the bigger the air velocity are, the shorter the drying time is. By comparing the coefficients (R2), chi-square values (χ2) and the root-mean-square error (RMSE) of each model, it was found that, among these models, the Page model is better than other models for describing the process of hot-air drying radish with R2 of 0.997 6, χ2 of 2.615×10-4 and RMSE of 0.014 6. It showed a good fitting between the experimental and predicted values. With the increase of hot-air temperature, air velocity and slice thickness, the effective moisture diffusivity of radish increased from 7.560×10-10 to 2.130×10-9, and the activation energy was 26.34 kJ/mol. Finally, the color of dried products under different temperatures was examined and analyzed. Results showedthat when the hot-air temperature increased from 50 ℃ to 80 ℃, the L* value showed a gradual decrease, while the values of a*, b* and total chromatism ΔE* were reductive.Keywords： radish; hot-air drying; mathematical model; effective moisture diffusivity; color白萝卜(Raphanus sativus L.)又称莱菔、菜头，为十字花科萝卜属一、二年生蔬菜作物。

白萝卜热风干燥特性试验

白萝卜热风干燥特性试验
吕俊龙，杨薇，郭徽，陈柱平
６５０５００）（昆明理工大学现代农业工程学院，云南昆明
摘要：为了获得白萝卜较优热风干燥工艺，采用热风对流干燥方法，在不同干燥温度、风速和形状尺寸条件下得到相应干燥曲线及干燥速率曲线，并以复水比作为评价指标，经正交试验及直观分析法得出适宜白萝卜干燥加工的最佳工艺参数，最后建立其热风干燥动力学模型。结果显示，白萝卜丝的最佳干燥温度、风速分别为７Ｏ℃ ，１－３５ＩＴｌ，ｓ，
ＥｘｐｅｉｍｅｒｎｔｓｏｆＨｏｔ — ａｉｒＤｒｙｉｎｇＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｎＷｈｉｔｅＲａｄｉｓｈ
ＬＶＪｕｎｌｏｎｇ，＂ＹＡＮＧＷｅｉ，ＧＵＯＨｕｉ，ＣＨＥＮＺｈｕｐｉｎｇ
ｒａｄｉｓｈｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅｂｅｔｔｅｒｄｒｙｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｎｄａｗｉｎｄｓｐｅｅｄｏｆｉｆｌａｍｅｎｔｏｕｓｒａｄｉｓｈｒｅａ７０ｏＣａｎｄ１．３５ｍ／ｓ． ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ｎｄｔｈｅｒｅｈｙｄｒａｔｉｏｎｒａｔｉｏａｔｔｈｉｓｍｏｍｅｎｔｉｓ４．３９．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｈｉｔｅｒａｄｉｓｈ；ｈｏｔ－ａｉｒｄｒｙｉｎｇ；ｒｅｈｙｄｒａｉｔｏｎｒａｉｔｏ

甘蓝型油菜籽薄层热风干燥的能耗分析与研究

=
ρF － p +
μ 2 ·（ U） ε
（2）
（ρc） m
T t
+
（ ρcp ） U·T
=
·（ km T）
（3）
其中，方程（1）为质量传递过程中的连续性方程；
方程（2）为动量方程；方程（3）为能量方程；ε 为材料孔隙率（－）；ρ 为密度（ kg / m3 ）；U 为速度（ m / s）；F 为体积力（ N / m3 ）；p 为压力（ Pa）；T 为温度（ K）；c 为比
1 基础理论
目前，对于物料干燥过程的宏观表述多以多孔介质理论为基础。多孔介质中的热质传递是一种非常
复杂的传输现象，其质量传递涉及液相流动、毛细流
动、蒸汽流动、蒸汽扩散及液相扩散等诸多现象，在特
定的干燥过程中，多种现象可能单一作用，也可能共同作用［7］；其能量传递包括热传导、对流换热及热辐
DOI:10.13427/ki.njyi.2019.10.008
0 引言
干燥是通过热能除去湿物料中水分过程［1］。大量的干燥方法随着科技的迅速发展涌现而出，如真空冷冻干燥、红外干燥、喷雾干燥等，但热风干燥以其操作简单、成本低、对环境及场地设备等要求不高的优点，长期占据着较大的市场份额［2］。目前，国内外学者对热风干燥方法进行了诸多研究，并取得了大量成果。刘业凤等人研究了真空冷冻干燥蒜丁的实际生产能耗问题［3］；杨大成等对传导干燥和对流干燥的能耗进行了分析［4］；赵娜等基于 LEAP（ Long Ｒange Energy Alternatives P1anning）方法对我国的粮食干燥系统进行了能耗评价［5］；董继先等研究了苹果片干燥过程中的能耗问题［6］；但其大都是基于干燥设备的额定功率进行分析，少有从干燥机理上对能耗进行评价，忽略了干燥机理的研究。为此，在前人研究的基础上，基于物料干燥机理，构建了物料干燥过程中的能量消耗模型，旨在为物料干燥过程中的节能分析提供一定的理论依据和参考。

热风风速和相对湿度对扇贝柱干燥特性及品质的影响

缩率和复水率也有显著影响，但是对干贝色泽影响并不显著。综合考量干燥速率和干制品品质，选择热风风速为０．８～１．２ｍ／ｓ、热风相
对湿度在８％左右为较适宜的海湾扇贝柱热风干燥条件。
关键词：扇贝柱；热风干燥；风速；相对湿度；干燥特性文章篇号：１６７３．９０７８（２０１３）１２ — ２９１５ — ２９２０
ＥｆｆｅｃｔｓｏｆＤｉｆｅｒｅｎｔＨｏｔ－ａｉｒＤｒｙｉｎｇＰａｒａｍｅｔｅｒｓ０ｎＤｒｙｉｎｇＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
ａｎｄＱｕａｌｉｔｙｏｆＳｃａｌｌｏｐｓ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｏｂｓｅｒｖｅｔｈｅｔｈｉｎｌａｙｅｒｈｏｔ－ａｉｒｄｒｙｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｏｆｓｃａｌｌｏｐｓ，ｈｅｔｉｎｌｆｕｅｎｃｅｓｏｆｈｅｔｄｉｆｅｒｅｎｔａｉｒｌｆｏｗｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓａｎｄｄｉｆｅｒｅｎｔｒｅｌａｔｉｖｅｈｕｍｉｄｉｔｉｅｓｏｎｈｅｔｄｒｙｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｎｉｌａｙｅｒｈｏｔ－ａｔｆｄｒｙｉｎｇｏｆｔｈｅｓｃａｌｌｏｐｓｕｎｄｅｒｃｏｎｓｔａｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．

糖厂滤泥薄层干燥特性实验研究

匀；以滤布为过滤介质进行抽滤，制成滤饼。在直径
为１３０ｍｍ的带挂钩托盘中，用高１５ｍｍ的铁环将滤饼
原糖厂滤泥为对象，研究滤泥的干燥特性。而薄层干燥实验是研究湿物料干燥特性的有效方法『５】。本文的目的是通过滤泥的薄层干燥实验获得滤泥含水量随时间变化的干燥曲线，以获得滤泥的
干燥构成了综合利用的主要成本之一。而物料的干燥动力学特性则是干燥工艺及设备设计的基础。基于原糖厂具有作为生物质能源利用的潜力，本文以
１．３．１滤饼制作
用蒸馏水与白砂糖配置浓度为
５％的糖溶液８００ｍＬ，将滤泥混于糖溶液中搅拌均
实验所用仪器包括：ＢＳＡ２２４Ｓ分析天平，德国赛
多利斯仪器公司；干燥箱：吴江市大德烘箱电炉制
造有限公司产品。
试验采用隧道热风干燥器进行，见图１。
１．３试验方法
大多数滤泥的综合利用均需要进行干燥处理，
砂糖：市售白砂糖，一级；蒸馏水：实验室制备。
１．２主要仪器及设备
猪、牛、鸡、鸭、鱼等动物饲料［２］。作为生物质能源方面的利用，ＨａｒａｌｄＬｕｔｚ等进行了原糖厂滤泥的低温
热解试验研究，获得高达２０．６％的低温热解油［３］。Ｋｕｍａｒ报道了将糖厂滤泥进行厌氧发酵制取甲烷的研究［４］ｏ

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竹笋热风薄层干燥特性及动力学分析郑炯，张甫生，阚建全，龚平，钟金锋（西南大学食品科学学院，重庆市特色食品工程技术研究中心，农业部农产品贮藏保鲜质量安全风险评估实验室(重庆)，重庆 400715）摘要：干燥是竹笋加工中最为常见的一种方式，为了解竹笋在热风薄层干燥条件下的干燥特性，本实验以大叶麻竹笋为试验原料，竹笋片干基含水率和干燥速率为试验测试指标，研究了不同干燥温度、风速和笋片厚度等因素对干燥速率的影响，并建立竹笋热风薄层干燥的动力学模型。

结果表明：热风薄层干燥温度、风速和笋片厚度均对竹笋的干燥特性影响较大。

随着干燥温度和风速的升高，干燥速率增加；随着笋片厚度的增加，干燥速率降低。

不同条件下的干燥均可分为加速、恒速和降速干燥3个阶段。

竹笋的适宜热风薄层干燥条件为干燥温度80 ℃、风速2.0 m/s、笋片厚度1.0 cm。

竹笋热风薄层干燥的动力学满足Page模型，Page模型适合对竹笋热风薄层干燥过程进行描述和预测。

所得研究结果将为竹笋干的热风薄层干燥可控制工业化生产提供参考。

关键词：竹笋；热风薄层干燥；干燥特性；动力学；模型文章篇号：1673-9078(2014)2-112-116Analysis of Hot-air Thin Layer Drying Characteristics and Kinetics Modelof Bamboo ShootsZHENG Jiong, ZHANG Fu-sheng, KAN Jian-quan, GONG Ping, ZHONG Jin-feng(College of Food Science, Southwest University, Chongqing Research Center of Speci al Food Engi neeri ng and Technol ogy, Agriculture Department of storage and preservation of agricultural products quality safety risk assessment Laboratory(Chongqing), Chongqing 400715, China)Abstract: Drying is one of the most common ways in bamboo shoots processing and is the key to affect the quality of dried bamboo shoots. In order to evaluate the drying characteristics of bamboo shoots and determine the most appropriate drying model under the hot-air thin layer drying conditions, the moisture content and drying rate of bamboo shoots studies were carried out during hot-air thin layer drying process. The effects of drying temperature, air speed and slice thickness on the drying characteristics were determined and hot-air thin layer drying kinetics model of bamboo shoots was set up. The results showed that the hot-air thin layer temperature, air speed and slice thickness had greater influences on the drying characteristics of bamboo shoots. The drying rate increased with the increase of drying temperature and air speed, whereas the drying rate gradually decreased with the increase of slice thickness. The whole drying process was divided into three stages with different conditions, including the accelerated drying, constant rate drying and falling rate drying. The most appropriate hot-air thin layer drying conditions were drying temperature 80 ℃, air speed 2.0 m/s, and slice thickness 1.0 cm. The hot-air thin layer drying kinetics met Page model and this model was suitable for describing and predicting the hot-air thin layer drying of bamboo shoots. The research may provide a reference for industrial production of dried bamboo shoots or other dried vegetables.Key words: bamboo shoots;hot-air thin layer drying; drying characteristics; kinetics; model干燥是竹笋加工中最为常见的一种方式，新鲜的竹笋经干燥处理后，由于大部分水分被除去，水分活收稿日期：2013-09-12基金项目：国家重大星火计划项目(2011GA811001)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（XDJK2013C131）作者简介：郑炯（1982-），男，博士研究生，讲师，研究方向为食品化学与营养学、果蔬加工技术通讯作者：阚建全（1965-），男，博士，教授，研究方向为食品化学与营养学、食品生物技术度降低，抑制了微生物正常的发育和繁殖活动，同时也抑制了竹笋中酶的活性，使得产品得以较好的保存[1]。

传统的竹笋干燥方式干燥缓慢，干燥过程中温度、时间难以控制，使得营养成分破坏和色泽褐变严重、复水性差，笋干总体品质差，而且常会因阴雨季节无法晒干而导致腐败变质[2]。

因此，利用现代干燥方法和工艺对竹笋进行干燥是提高笋干质量的有效途径。

Madamba等[3]报道竹笋在热风干燥过程中干燥面积和水分含量之间的线性关系。

Xu等[4]研究了不同的冻干112方法对竹笋干燥的效率。

Cheng[5]研究表明真空干燥能够延长了竹笋的贮藏时间和提高竹笋的保藏品质。

热风薄层干燥是指物料厚度在20 mm以下，其表面完全暴露在相同的环境条件下进行烘干的干燥方式。

多年来，国内外研究人员对苹果片[5]、油菜籽[6]、大豆[7]、虎坚果种子[8]等的热风薄层干燥进行了研究，认为干燥特性的评价可以帮助预测合适的干燥条件从而获得品质较好的产品。

目前，常用来描述食品或农产品的热风薄层干燥模型主要有3种：指数模型、Page 方程和单项扩散模型。

Demiray等[9]研究了不同的热风薄层干燥温度对番茄片干燥动力学的影响。

Fang 等[10]研究大枣的热风薄层干燥时比较了13种常用数学模型。

Janjai等[11~12]采用8种不同的薄层干燥模型分别来拟合剥皮龙眼和荔枝的薄层干燥实验数据。

Doymaz 和Ibrahim[13]用了6种薄层干燥的数学模型来分析柿子片的热风薄层干燥动力学。

但是，目前关于竹笋热风薄层干燥特性与干燥动力学，以及对干燥过程进行数学模拟的相关研究还鲜有报道，而这方面的研究将对竹笋干制品的工业化生产有重要的指导意义。

因此，本研究拟以大叶麻竹笋（Dendrocalamus latiflorus）为实验原料，研究竹笋在热风薄层干燥条件下的干燥特性，探讨不同温度、风速和笋片厚度等因素对竹笋干燥速率的影响，建立竹笋热风薄层干燥的动力学模型，以期为竹笋片的热风薄层干燥工艺的研究和生产控制提供理论依据。

1 材料与方法1.1 原料大叶麻竹笋，采购于重庆市北碚区施家梁镇大叶麻竹笋种植基地。

1.2 主要仪器设备DHG-9140型电热恒温鼓风干燥箱，上海齐欣科学仪器有限公司；BC-2型薄层干燥试验台，长春吉大科学仪器设备有限公司；JA5002型精密分析电子天平，上海精天有限公司。

1.3 干燥试验方法挑选无破损、色泽较好、笋龄和大小相对一致的新鲜大叶麻竹笋，洗净；切块后放入沸水中漂烫5 min，沥干；将切成不同厚度（0.5 cm、1.0 cm、1.5 cm）的笋片均匀平铺在薄层干燥试验台的干燥盘上，分别设置不同的干燥温度（60 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃）和干燥风速（1.5m/s、2.0m/s、2.5m/s）进行干燥，记录干燥时间和质量，直至质量不变，停止试验。

再将干燥盘从干燥装置中取出放入烘箱，在105 ℃下烘干至恒重，得到笋片的绝干质量，进行数据处理。

1.4 试验指标测定竹笋片干基含水率及干燥速率的计算分别如式(1)、式(2)所示。

M i=(m i-m g)/m g(1) 注：M i为干基含水率，g/g；m g为绝干时物料质量，g；m i为物料t i时刻对应的质量，g；U i=(G i-1-G i+1)/A(t i-1-t i+1) (2) 注：A为干燥接触面积，m2；G i-1，G i+1分别为t i-1，t i+1时刻物料质量，g；U i为t i时刻干燥速率，g·m-2·s-1。

1.5 数据处理应用Microcal Origin 7.5软件进行图表的绘制和相关数据的处理，使用SPSS16.0软件对竹笋热风薄层干燥试验数据进行回归拟合。

2 结果与讨论2.1 干燥温度对竹笋干燥特性的影响在热风风速2.0 m/s，笋片厚度为1.0 cm的条件下分别考察热风干燥温度为60 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃对竹笋干燥过程的影响，得到各条件下的干燥曲线见图1，干燥速率曲线见图2。

由图1可知，笋片干基含水率随干燥时间的延长而下降，且干燥温度越高下降越快。