芒果低压过热蒸汽干燥热质传递及品质控制

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低压过热蒸汽干燥(LPSSD)具有传热系数大、传质阻力可以忽略不计以及无爆炸和失火的危险等干燥优势。因其低压环境且干燥介质中无氧气,更适用于热敏性物料干燥。现有低压过热蒸汽干燥研究中易发生初始蒸汽冷凝,且干燥过程蒸汽用量大、干燥物料中成分迁移流失规律不明晰、产品品质难以保证等问题。为了提高低压过热蒸汽干燥速率与干制品品质,本文以芒果作为热敏性实验对象,并考虑到人们对低糖健康产品的市场需求,对比研究了低压过热蒸汽干燥和真空干燥(VD)的干燥动力学和产品品质,对LPSSD过程中糖分的迁移进行研究,并提出低压过热蒸汽-真空组合干燥工艺方法。主要研究内容如下:(1)芒果低压过热蒸汽干燥和真空干燥研究在LPSSD中,首先将物料在真空环境中预干燥10分钟,使得物料温度达到干燥环境压力下的饱和温度,有效地避免初始冷凝现象。通过实验计算,获得芒果在LPSSD中的逆转点为85.79℃。在逆转点上下选取80℃、85℃和90℃作为干燥介质温度,分别对LPSSD和VD的干燥动力学及产品品质进行研究。研究表明:LPSSD和VD下干燥时间均随干燥介质温度的升高而减少,当介质温度从80℃升至90℃时,干燥时间分别降低了 110min和40min。不论是LPSSD还是VD,其干制品的色泽变化相比于新鲜芒果均比较明显,其中LPSSD对芒果的色泽破坏均大于VD。由于受介质温度和干燥时间的影响,当介质温度从80℃升高到90℃时,LPSSD和VD的VC保留率先增大后减小。当干燥温度为85℃时,LPSSD和VD的VC保留率最高,分别达到57.29%和45.86%。另外,LPSSD的芒果干制品复水比高于真空干燥,其干制品的微观结构呈现更高的孔隙率。(2)芒果低压过热蒸汽干燥过程糖分的迁移相比VD,LPSSD对芒果中糖分的迁移具有促进作用。在9kPa,85℃条件下,LPSSD和VD的芒果干制品中含糖量分别为45.67%和80.48%;干制品和冷凝水中的总含糖量分别为76.46%和83.02%。在9kPa,90℃条件下,LPSSD和VD的芒果干制品中含糖量分别为36.59%和74.56%;干制品和冷凝水中的总含糖量分别为57.18%和76.77%。干燥环境温度对芒果糖分比迁移的影响大于干燥环境压力的影响。芒果在LPSSD干燥过程中,蒸汽携带引起的糖分迁移现象主要集中在恒温阶段(第一降速干燥阶段)的后半段,即85℃的100-160min时间段和90℃的40-100min时间段。(3)低压过热蒸汽-真空组合干燥对芒果干燥特性和品质的影响为了充分利用低压过热蒸汽干燥的优势,同时又减少其对产品色泽及糖分的过度流失等问题,将LPSSD和VD进行组合,研究表明:干燥温度90℃时,LPSSD-VD组合干燥物料终点温度为88.1℃,相比单一LPSSD降低5.8℃,比VD增加7.9℃,干燥时间相比LPSSD和VD,分别降低了10min和60min。干燥温度85℃时,LPSSD-VD组合干燥物料终点温度为81.4℃,相比单一 LPSSD降低6.9℃,相比VD增加5.5℃,干燥时间相比LPSSD和VD,分别降低了 40min和30min。LPSSD-VD干燥后期耗时比较短,缩短了整体干燥时间。与单一 LPSSD相比,LPSSD-VD降低了干燥过程中物料温度,减缓美拉德反应,有助于提高产品色泽及品质。LPSSD-VD组合干燥的芒果干制品VC保留率在85℃时达到最大,为64.27%。当干燥介质温度为90℃时,LPSSD-VD的芒果干制品复水比性能最好,达到3.83,相比85℃组合干燥条件下的产品具备更好的孔隙结构。LPSSD-VD组合干燥芒果干制品的糖分比介于单一的LPSSD和VD之间,在85℃和90℃下,制品的糖分比分别为59.64%和47.49%。
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