【摘 要】
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果蔬是代表性的可用干燥进行加工的食品,然而干燥需要消耗大量能源,造成大量碳排放。节能减排目标下精准控制食品干燥过程对能耗减省、营养风味保留具有重要意义。目前,对干燥过程建立数学模型是一种公认有效的研究方法,可是农产品复杂多样的成分结构以及不规则的物理变形极都给实现精准模拟带来挑战。为优化干燥方案、评价干燥器性能,需要建立一种切实可行、反映物理意义的干燥模型。本研究的目的就是利用并发展反应工程(RE
【基金项目】
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国家重点研发计划重点专项“果蔬干燥减损关键技术与装备研发”(2017YFD0400905);
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果蔬是代表性的可用干燥进行加工的食品,然而干燥需要消耗大量能源,造成大量碳排放。节能减排目标下精准控制食品干燥过程对能耗减省、营养风味保留具有重要意义。目前,对干燥过程建立数学模型是一种公认有效的研究方法,可是农产品复杂多样的成分结构以及不规则的物理变形极都给实现精准模拟带来挑战。为优化干燥方案、评价干燥器性能,需要建立一种切实可行、反映物理意义的干燥模型。本研究的目的就是利用并发展反应工程(REA)模型模拟复杂的果蔬干燥过程,评估该方法的可行性和准确性,建立果蔬特征的REA干燥参数,为精准预测和优化干燥生产提供基础性数据。以大宗果蔬胡萝卜为研究对象,研究结果主要包括:1)首先研究了经典集总型REA(L-REA)对胡萝卜块在三种不同干燥温度(43、55、63℃)以及固定风速1.5 m/s下的温湿参数模拟情况,充分结合胡萝卜的外形变化(拍摄图片进行分析),得到胡萝卜特征的对流热风干燥活化能参数。对比实验观测,预测数据显示出良好的一致性,说明REA模型能够很好地模拟不同对流干燥条件下胡萝卜的干燥行为,对含水量的预测精度R2>0.999,对温度预测精度R2>0.989。结合测得的相对活化能,调整模型框架中的预测参数可以对初始水分含量相近的胡萝卜在1.2 m/s和2.6 m/s风速下的干燥动力学过程实现较好的预测,并且显示出提高风速对于胡萝卜干燥速率提升不明显。对胡萝卜进行品质分析发现较高和较低的干燥温度都不利于酚类物质以及颜色保留,应当在中等温度下进行果蔬干燥。2)针对经典L-REA在处理高收缩物料时因面积测定不准确使生成的REA参数可能存在误差的问题,提出了一种无需考虑表面效应的新的建模方法。结果表明,新方法可以准确模拟各个条件下胡萝卜的温度与含水量(T-X)关系,同时与时间关联的温湿动力学过程也显示出同实验数据良好的一致性,验证了新方法的有效性。与经典方法相比,新方法能够更细致地反映胡萝卜的干燥行为,捕捉到升温速率的变化(0.8E4~1.5E4 s)。另外,REA模型新方法可以对具有不同尺寸(0.75 cm and 1.25 cm)、不同形状(圆柱)的相同产品进行更精准的模拟,这是新方法的独特优势。新方法还可以用来评估收缩数据准确性。新方法实现了 REA模型框架下第一次建立一种纯净的REA参数获取途径,极大拓展REA模型的使用范围。3)为研究更加复杂的果蔬干燥情形,采用REA模型分别对白菜叶片和经前处理的胡萝卜(焯水和渗透)的对流干燥过程进行了模拟预测。预测结果表明,虽然胡萝卜组织成分发生一定改变,但通过建立的相对活化能,不同前处理的胡萝卜的温湿变化过程均能被REA模型精确捕捉并模拟(热烫样品R2>0.997,渗透样品R2>0.999)。另一方面,叶片特殊的结构使得收缩过程更加复杂且结构更容易破损,造成实际测量的收缩数据存在较大误差,含水量预测精度较好(R2>0.948),对温度预测在采用更精准的收缩数据后显示出良好的一致性。。胡萝卜组织与叶片的微观结构差异显著,印证了活化能趋势上的分歧。
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