微波泡沫干燥浆果果浆均匀性研究

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浆果中富含多种活性物质,具显著的医疗和保健功效。新鲜浆果质地柔软,含水率高达90%,易发生腐烂变质,贮藏较为困难。干燥是延长农产品贮藏期和增加产品种类的有效方式,将浆果脱水干燥制成果粉,更加符合消费者和市场需求。微波泡沫干燥技术具有干燥速度快、干后品质好、能量利用率高等优势,适用于浆果这类富含热敏性成分物料的脱水干燥。但微波干燥由于电磁场分布不均、物料性质等诸多因素的影响,存在果浆干燥不均匀问题。本文采用微波泡沫干燥技术干燥浆果果浆,研究果浆干燥后水分和温度分布规律,分析干燥条件(微波强度、物料厚度和表观风速)对果浆干燥后水分和温度均匀性的影响;建立微波泡沫干燥过程传热传质模型,解析干燥不均匀现象原因及干燥条件对均匀性影响的本质原因;在微波泡沫干燥过程中引入缓苏环节,应用中心组合试验设计方法,研究间歇式微波泡沫干燥工艺条件(微波强度、间歇比和每循环干燥时间)对果浆干燥均匀性的影响,优化得到间歇式微波泡沫干燥工艺参数,为微波泡沫干燥技术的工业化应用提供依据。研究结论如下:(1)研究微波泡沫干燥条件(微波强度、物料厚度和表观风速)对果浆干燥后水分和温度均匀性的影响规律。结果表明,果浆干燥后的水分和温度呈规律性分布,沿果浆边缘至中心方向,含水率呈升高趋势,温度呈降低趋势。增大微波强度,果浆干燥后含水率和温度均匀度显著提高,整体平均温度升高;减小物料厚度,可提高果浆干燥后含水率和温度均匀度,降低整体平均温度;增大表观风速,果浆干燥后含水率和温度均匀度显著提高,整体平均温度降低。综合考虑研究结果与实际生产情况,得到高均匀度微波泡沫干燥浆果果浆合适工艺参数范围为:微波强度10-12 W/g,物料厚度4-6 mm,表观风速为3-4 m/s。(2)分析微波泡沫干燥浆果果浆传热传质规律。结果表明,果浆内的微波能吸收量呈现边缘高而中心部分较低状态,沿微波在果浆内的传递方向(由果浆边缘至中心方向)逐渐减少,造成果浆干燥过程中果浆内部存在干燥速率差异,因此果浆干燥后存在干燥不均匀的现象。增大微波强度,果浆内部吸收微波能增多,其内部干燥速率差异减小,从而提高干燥均匀性;物料厚度增大加剧微波在其传递方向上的衰减程度,致使干燥均匀性较差;提高表观风速,促使果浆内的热量均匀分布,有效减小果浆内部温度梯度,从而提高干燥均匀性。(3)在微波泡沫干燥过程中引入缓苏环节,研究间歇式微波泡沫干燥工艺条件(微波强度、间歇比和每循环干燥时间)对果浆干燥均匀性影响规律,优化得到间歇式微波泡沫干燥工艺参数。结果表明,微波强度较高时,果浆干燥后含水率和温度均匀度均较高,缩短每循环干燥时间同时增大间歇比,可有效提高含水率均匀度和温度均匀度。随着微波强度的增大,果浆的最高温度呈现先升高后下降的变化;间歇比与果浆最高温度呈负相关影响,但当间歇比低于2时,果浆最高温度升高缓慢;每循环干燥时间对果浆最高温度呈显著正相关影响。优化得到间歇式微波泡沫干燥合理工艺参数:微波强度12 W/g,间歇比2.80,每循环干燥时间130 s。研究结果为有效提高微波泡沫干燥浆果果浆均匀性、保证干燥品质提供理论依据。
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