重量法研究大豆水分吸附速率和有效扩散系数

在5种温度(10~35℃)、3个湿度(RH 65%、86%及100%)组合环境中,以称重法测定了初始低水分(4.33%~5.85%)、正常水分(11.74%~12.65%)、高水分(17.58%~17.89%)两个大豆品种"中黄37"和"澄豆"含水率随时间的变化,并采用修正的扩散方程描述水分吸附/解吸速率变化规律,对径向对称的球形大豆籽粒采用斜率方法分析计算水分扩散系数和活化能。在RH 65%~100%范围内,大豆初始水分越低,10~35℃条件的水分吸附速率越大,且温度较高,吸附速率较大。同样的初始水分条件,暴露的相对湿度越高,大豆的水分吸附/解吸速率越大。正常水分的大豆样品20~35℃水分吸附速率均在72 h内快速降低,而10℃水分吸附速率在96 h内缓慢降低。测定的两个大豆品种正常含水率样品10~35℃吸附过程中,水分有效扩散系数为1.920×10-8~5.253×10-8m2·h-1,活化能为10.711~23.358 k J·mol-1。对相同初始水分样品,随着温度增加,大豆籽粒水分扩散系数增加;随着相对湿度增加,籽粒活化能呈现增加趋势。随着进样初始水分增加,同一大豆品种籽粒水分扩散系数和活化能呈现增加趋势。     

油菜籽流化床干燥水分扩散规律的试验研究

为了研究油菜籽流化床干燥过程水分扩散规律,基于Fick第二定律和Arrhenius方程,通过开展油菜籽流化床干燥实验,分别考察了油菜籽初始含水率、热空气温度和热空气流速与水分比和水分有效扩散系数之间的变化规律。结果表明:随着油菜籽初始含水率、热空气温度和热空气流速逐渐增大,水分有效扩散系数增加,14.41%~29.72%初始含水率、1.75~2.25 m/s热空气流速及45~65℃热空气温度所对应的水分有效扩散系数范围分别为6.485×10~(-10)~10.133×10~(-10)m~2/s、7.296×10~(-10)~9.525×10~(-10)m~2/s和5.269×10~(-10)~8.917×10~(-10)m~2/s,其中29.72%初始含水率的水分有效扩散系数是14.41%的1.6倍,2.25 m/s热空气流速的水分有效扩散系数是1.75 m/s的1.3倍,65℃热空气温度的水分有效扩散系数是45℃的1.7倍。Arrhenius方程可以描述油菜籽流化床干燥水分扩散系数与温度的关系,水分扩散的平均活化能为22.84 kJ/mol;通过比较4种常见薄层干燥模型,发现油菜籽流化床干燥失水规律采用Page模型可进行准确模拟,其决定系数R~2≥0.997,相对误差≤5.4%。研究结果为提高干燥效率,优化干燥工艺参数提供参考。     

油菜籽流化床干燥水分扩散规律的实验研究

为了研究油菜籽流化床干燥过程水分扩散规律,基于Fick第二定律和Arrhenius方程,通过开展油菜籽流化床干燥实验,分别考察了油菜籽初始含水率、热空气温度和热空气流速与水分比和水分有效扩散系数之间的变化规律。结果表明:随着油菜籽初始含水率、热空气温度和热空气流速逐渐增大,水分有效扩散系数增加,14.41%~29.72%初始含水率、1.75~2.25 m/s热空气流速及45~65℃热空气温度所对应的水分有效扩散系数范围分别为6.485×10~(-10)~10.133×10~(-10)m~2/s、7.296×10~(-10)~9.525×10~(-10)m~2/s和5.269×10~(-10)~8.917×10~(-10)m~2/s,其中29.72%初始含水率的水分有效扩散系数是14.41%的1.6倍,2.25 m/s热空气流速的水分有效扩散系数是1.75 m/s的1.3倍,65℃热空气温度的水分有效扩散系数是45℃的1.7倍。Arrhenius方程可以描述油菜籽流化床干燥水分扩散系数与温度的关系,水分扩散的平均活化能为22.84 kJ/mol;通过比较4种常见薄层干燥模型,发现油菜籽流化床干燥失水规律采用Page模型可进行准确模拟,其决定系数R~2≥0.997,相对误差≤5.4%。研究结果为提高干燥效率,优化干燥工艺参数提供参考。     

食用槟榔热风干燥特性及动力学模型

本文采用Fick第二扩散定律与槟榔干燥的数学模型研究了食用槟榔在不同干燥温度下的热风干燥特性、水分有效扩散系数、表观活化能等参数与干燥动力学方程之间的相互关系。结果表明:槟榔在70℃与75℃的干燥曲线有显著性差异(p0.05),槟榔热风干燥是内部水分扩散控制的降速干燥过程;槟榔水分扩散系数变化范围:青果Deff=6.45×10~(-9)~1.17×10~(-8) m~2/s,烟果Deff=7.47×10~(-9)~1.21×10~(-8) m~2/s;干燥表观活化能:青果Ea=30.32 kJ/mol,烟果Ea=23.38 kJ/mol。单项扩散模型与Page模型的常数项系数受温度影响显著(p0.05);单项扩散干燥模型为描述食用槟榔的最佳数学模型(青果:R2avg=0.97,RMSEavg=0.023;烟果:R2avg=0.98,RMSEavg=0.025);65℃~85℃热风干燥条件下的干燥模型可表述为:MR青果=(2×10~(-4)T2-0.037T+2.54)exp-(3×10~(-5)T3-0.0064T2+0.51T-13.06)t;MR烟果=(3×10~(-4)T2-0.062T+3.67)exp-(-4×10~(-4)T2+0.061T-2.027)t,可为其干燥工艺的控制提供技术依据。     

桃片超声渗透-红外辐射干燥特性及能耗研究

超声波的空化效应可提高渗透过程中传质效率。为研究桃片超声渗透-红外辐射干燥特性及干燥能耗,进行了超声渗透后红外60、70、80℃干燥试验,得到干燥特性曲线,建立干燥动力学模型;同时,对干燥过程的能耗进行了分析。结果表明:超声可增加桃片渗透脱水速率和固形物渗入率,超声渗透时间选择30 min(T_1)及60 min(T_2)为宜;Verma et al.模型较好拟合了桃片超声渗透-红外辐射干燥规律,未经渗透、T_1及T_2渗透处理桃片在60、70、80℃干燥条件下水分有效扩散系数分别为8.8789×10~(-9)~1.3011×10~(-8)、7.1213×10~(-9)~1.0393×10~(-8)、6.6771×10~(-9)~8.7785×10~(-9) m~2·s~(-1~;随着温度升高,干燥所需能耗降低;经超声渗透脱水后,干燥所需能耗增加。不同条件下,干燥能耗均在干基水分含量0.3左右急剧增加,可作为水分转换点,利用其它干燥方式,如变温压差膨化干燥,达到节约能耗、提高产品品质的目的。试验结果为桃片红外辐射干燥工艺参数优化及开发新型果蔬脆片提供参考。     

黄玉米水分吸附速率研究

在5种温度(10~35℃)、3个相对湿度(RH 65%、RH 86%、RH 100%)环境中,测定初始低水分(3.85%~4.21%)、正常水分(9.50%~10.32%)、高水分(18.29%~18.65%)黄玉米样品含水率随时间的变化,并采用扩散方程描述其变化规律。在RH 65%~100%范围内,黄玉米初始含水率越低,在10~35℃下的水分吸附速率越大。温度较高,吸附速率或解吸速率则较大。对初始含水率低于4.21%的黄玉米样品,分别在RH 65%、RH 86%、RH 100%条件下,20~35℃的水分吸附速率在120~144 h内急剧减少,而10℃水分吸附速率在192~216 h内缓慢减少。正常水分的黄玉米在RH 65%条件下,20~35℃水分吸附速率均在72 h内快速减少,10℃水分吸附速率则在84 h内较快减少;在RH 86%或RH 100%条件下,20~35℃水分吸附速率均在96~120 h内快速减少,10℃水分吸附速率则在120~144 h内较快减少。初始水分高于18%的黄玉米在RH 65%、RH 86%解吸速率、RH 100%吸附速率在48~72 h内快速减少,之后变化缓慢。     

不同干燥技术下胡萝卜丁的干燥特性及品质研究

为缩短干燥时间,找到一种胡萝卜丁的最适干燥技术,改善干燥品质;将红外联合热风干燥、真空脉动干燥以及分阶段温湿度控制热风干燥三种技术应用于胡萝卜丁的干燥,筛选出了各种技术下的最佳干燥参数,研究了胡萝卜的干燥特性,分析了各技术下胡萝卜丁的湿基含水率、脱水速率和水分有效扩散系数的变化;比较三种最佳参数下干燥后胡萝卜丁的色泽、VC含量、复水性和表面微观结构。结果表明,最佳参数为:红外联合热风干燥70℃,1.22~1.69 m/s;真空脉动干燥70℃,真空保持时间和常压保持时间比15 min∶5 min;分阶段温湿度控制热风干燥70℃,50%10 min。水分有效扩散系数介于7.09×10~(-10)~9.04×10~(-10) m~2/s之间;真空脉动干燥处理下的VC含量、复水性、色泽略优于其他两种方式。     

用Weibull函数分析单粒莲子热风干燥的水分扩散系数和活化能

为了研究单粒莲子在不同温度(50、60、70、80、90℃)条件下热风干燥的干燥特性、水分扩散系数及活化能,利用Weibull函数及经验模型对单粒莲子干燥过程进行模拟分析。结果表明:Weibull函数和Midilli模型可以很好地拟合单粒莲子的热风干燥过程;尺度参数α随干燥温度的升高而减小(p0.05);干燥温度对形状参数β的影响较大(p0.05);计算得到干燥过程中估算的水分扩散系数为(8.79×10~(-9)~2.45×10~(-8))m~2/s,水分有效扩散系数为(4.73×10~(-10)~1.31×10~(-9))m~2/s,活化能为22.61 kJ/mol,水分扩散系数随温度的升高而增大。该研究为Weibull分布函数应用于莲子干燥提供参考。     

线辣椒气体射流冲击干燥特性的研究

将气体射流冲击干燥技术应用于线辣椒的干燥,研究了未处理的线辣椒和经过划口并用过热蒸气烫漂处理的线辣椒在不同干燥温度(60、65、70、75、80℃)和风速(3、6、9、12m/s)下的干燥曲线、水分有效扩散系数以及干燥活化能。通过费克第二定律求出了线辣椒的水分有效扩散系数在1.07～3.29×10-10m2/s(未处理)和2.77～6.13×10-10m2/s(处理过的)的范围内随着干燥温度和风速的升高而升高,通过阿伦尼乌斯公式计算出了线辣椒的干燥活化能Ea为54.08kJ/mol(未处理)和38.98kJ/mol(处理过的)。     

番木瓜片热风微波耦合干燥条件及干燥模型建立

为研究番木瓜片采用热风微波耦合干燥的干燥特性和最优工艺组合,选用自制热风微波耦合干燥系统进行实验,得出热风微波耦合干燥曲线、干燥速率曲线及最优工艺组合,并建立干燥模型。结果表明:番木瓜片热风微波耦合干燥速率经历一个短暂的加速期后较长时间处于降速期;番木瓜片热风微波耦合干燥综合效果最优的组合为:热风温度60℃、微波功率密度5.5 W/g、热风风速0.5 m/s,其中微波功率密度对干燥综合效果的影响起主导作用;番木瓜片热风微波耦合干燥动力学模型可用Page方程描述,即M_R=exp(-0.0011T-0.0069P_D+0.073t(~(0.0015T2-0.1993T+7.9642));番木瓜片热风微波耦合干燥有效水分扩散系数介于2.533×10~(-9)~6.0792×10~(-9)m~2/s之间,且有效水分扩散模型为:10~(-10)D_(eff)=0.507T+6.72P_D+10.1v-32。     

桃渣真空干燥特性数学建模

为了探究干燥模型在真空干燥中的应用,试验以桃渣在不同真空干燥温度(55、65、75和85℃)下的干燥过程为研究对象,利用10种薄层干燥模型对其干燥特性曲线进行拟合分析,并计算其有效水分扩散系数和活化能。结果表明:干燥温度对桃渣干燥速率的影响较大,干燥时间随着干燥温度的升高而减少;桃渣干燥的主要阶段发生在降速干燥阶段。通过对文中10种薄层干燥模型的拟合结果进行对比可以发现,Wang and singh模型对桃渣干燥的拟合性较好(R20.99776),模型的预测值与试验值能较好吻合,适合描述桃渣在所有干燥条件下的干燥特性;根据费克第二定律获得桃渣真空干燥的有效水分扩散系数范围为8.0855×10-10~1.5340×10-9 m2/s,且随干燥温度的升高而增大;利用阿伦尼乌斯方程计算桃渣真空干燥的活化能为21.1 k J/mol。本研究为真空干燥技术应用于桃渣的干燥提供了理论基础。     

肉苁蓉超声真空干燥的动力学研究

以新鲜肉苁蓉为原料,研究了20、30、40℃条件下肉苁蓉的超声真空干燥特性。选取了6种经典薄层干燥模型并进行非线性拟合。结果表明,肉苁蓉的超声真空干燥过程一直处于降速干燥阶段,无明显恒速干燥阶段。在20℃~40℃内,温度升高可提高肉苁蓉的超声真空干燥速率,提高内部有效水分扩散系数,水分有效扩散系数在2.66×10-10 m2/s~3.65×10-10m2/s;Midilli et al.模型(R20.999)能较好地描述肉苁蓉超声真空干燥过程水分的变化规律,该模型为肉苁蓉超声真空干燥工艺的优化提供了理论基础。     

基于Logarithmic方程的干燥参数对稻谷水分扩散特性影响分析

稻谷籽粒内部水分扩散的快慢决定了干燥速率。本文基于Logarithmic方程,建立稻谷水分传递动力学模型,并分析热风温度(40、50、60、70℃)和风速(0.3、0.4、0.5 m/s)对稻谷(湿基水分含量23.4%)有效水分扩散系数和扩散活化能的影响。结果表明:随着干燥温度和风速的上升,稻谷干燥速率提高,同时对应的有效水分扩散系数越大,分别为5.123×10-12~2.141×10-11m~2/s;扩散活化能从32.94 k J/mol增加至36.30 k J/mol;对比常用的5种谷物干燥模型发现,Logarithmic模型对稻谷薄层干燥的拟合度较好,R20.997,RMSE2.810×10~(-3),同时该模型模拟得出的有效水分扩散系数与实际差值均低于3.8×10~(-13)m~2/s,扩散活化能均低于2.53 k J/mol,与实际值基本吻合。     

马铃薯片热风干燥特性及收缩动力学模型

为提高马铃薯片的热风干燥效率及品质,控制其干燥过程中的收缩变形,本文研究了不同热风温度（45、55、65、75 ℃）和切片厚度（3、5、7、9 mm）对马铃薯片热风干燥特性曲线、有效水分扩散系数及活化能等指标的影响。结果表明,干燥室内热风温度越高、马铃薯切片厚度越小时,干燥速率越快。在研究范围内,马铃薯片的有效水分扩散系数在5.02×10?10~11.53×10?10 m2/s范围内,其值随热风温度升高或切片厚度减小而增大。此外,研究发现Weibull分布函数能够很好地描述马铃薯片的降速干燥过程和收缩动力学模型。通过Arrhenius方程计算得到马铃薯片的干燥活化能和收缩活化能分别为27.35和46.44 kJ/mol,马铃薯片干燥比收缩消耗活化能少。本研究为马铃薯片在热风干燥加工中水分迁移和体积收缩变化的预测提供了理论依据和技术支撑。     

湿芝麻渣的干燥特性与特征参数研究

为了有效处理高含水率且黏度很大的湿芝麻渣,对不同温度条件下(50～120℃)湿芝麻渣的干燥特性以及干燥后芝麻渣氨基酸组成及含量的变化进行了研究。结果表明:干燥温度越高,有效水分扩散系数越大,干燥速率越快;温度从50℃升高到120℃,有效水分扩散系数从5. 47×10~(-10)m~2/s升高到4. 29×10~(-9)m~2/s,表观活化能为32. 84 kJ/mol,而且50℃和120℃两种温度下干燥后的芝麻渣氨基酸组成及含量并没有太大差异。通过扫描电镜观察芝麻渣的表面结构,发现120℃下干燥的芝麻渣比50℃下干燥的芝麻渣水通道更多,结构更疏松。     

单粒莲子热风干燥特性及其干燥动力学

为了提高莲子干燥品质、缩短干燥时间并降低能耗,采用恒温和分段变温两种干燥方式对单粒莲子进行了50~90℃恒温和60(2~4 h)~80℃变温热风干燥试验,研究莲子表观变化、复水性、干燥能耗及干燥特性,计算不同干燥条件下的有效扩散系数和活化能。试验表明:在恒温干燥条件下,温度越高,干燥时间越短,而莲子色泽、复水性等品质则越差;在分段变温条件下,干燥时间较60℃恒温干燥缩短了,但品质均有所提高,60℃(3 h)~80℃变温干燥莲子的复水性优于60℃(2 h)~80℃和60℃(4 h)~80℃变温干燥,为169.41%,单位能耗比60℃恒温干燥减少2033 k J/g。根据菲克第二定律,得到莲子50~90℃恒温干燥有效扩散系数变化范围为1.79×10~(-9)~5.83×10~(-9) m~2/s,60℃(2~4 h)~80℃变温干燥平均有效扩散系数变化范围为2.97×10~(-9)~2.44×10~(-9) m~2/s。由Arrhenius方程建立有效扩散系数与温度的关系,得到莲子水分活化能为28.33 k J/mol。试验结果为莲子干燥工艺参数优化及干燥设备设计提供参考。     

鲅鱼热风干燥动力学及品质变化研究

研究了腌制鲅鱼在不同热风干燥温度(40℃～60℃)下的干燥动力学以及品质变化。实验结果表明,不同热风温度条件下,鲅鱼干燥均只经历了降速干燥阶段,水分扩散对鲅鱼的干燥速率起到了主导作用,且温度越高,干燥速率越快;在实验温度范围内,鲅鱼干燥的水分有效扩散系数在(1.7162×10~(-10)～3.9276×10~(-10))m~2/s之间,且有效扩散系数随着温度的升高而增大,扩散活化能Ea为37.0446 kJ/mol;通过对比分析6种经验模型的拟合情况,确定Page模型最适合用来描述鲅鱼热风干燥的过程(决定系数R~2均大于0.999,标准偏差s均小于0.3%);通过对鲅鱼品质的测定,发现干燥温度对鲅鱼的硬度、弹性、内聚性、咀嚼性、回复性、挥发性盐基氮(TVB-N)、色泽等7个指标均具有显著影响(p0.05)。     

甘蓝型油菜籽热风干燥特性及其数学模型

油菜籽的干燥和储存直接影响种用油菜籽的生理特性和作物产量以及加工用油菜籽的加工特性和制油品质,为了给油菜籽热风干燥装置设计、工艺和过程控制优化提供基础依据,本文研究了不同初始含水率、热风温度和风速条件下甘蓝型油菜籽的热风干燥特性,比较了10种数学模型在甘蓝型油菜籽热风干燥中的适用性。结果表明:油菜籽热风干燥过程没有出现明显的恒速干燥阶段,干燥主要发生在降速干燥阶段;Page模型是描述油菜籽干燥特性的最佳数学模型,由模型预测的干燥特性曲线与实验所得的干燥曲线一致性好;热风温度是影响油菜籽热风干燥的主要因素,随着热风温度的升高,油菜籽的有效水分扩散系数增大,当热风温度从45℃增加到65℃时,其有效水分扩散系数由3.835×10-10 m2/s增加到7.666×10-10 m2/s,油菜籽的干燥活化能为29.26 kJ/mol。     

超声预处理对杏片微波冻干过程中水分迁移的影响

为探究超声前处理对杏片微波冷冻干燥(MDF)过程干燥特性以及水分迁移扩散特性,以鲜杏为原料,采用微波冷冻干燥技术,使用低场核磁共振技术,测定不同超声前处理条件下杏片MFD干燥过程中的横向弛豫时间T2反演谱。结果表明:超声前处理对杏片MFD前期干燥速率影响较大。扫描电镜观察发现,内部结构最佳的超声处理条件为350 W,35℃,15 min,有利于水分迁移。新鲜杏中所含自由水约占总水分的83%。通过对不同超声处理条件的杏片在干燥过程中内部各状态水分的迁移规律分析发现:随着干燥的进行,部分自由水先向结合水的方向迁移,同时弱结合水逐渐向结合水迁移,结合水向弱结合水的迁移则贯穿整个干燥过程。不同超声前处理条件下杏片干燥过程中有效水分扩散系数变化范围是8.44×10~(-11)~15.00×10~(-11) m~2/s,超声处理使杏片的有效水分扩散系数提高了82.29%~223.97%。     

中短波红外和热风干燥对番木瓜干燥特性及品质的比较

本文以干燥特性、色泽、复水性以及抗坏血酸保留率为评价指标,研究了不同干燥温度(60、70、80、90℃)下中短波红外辐射和热风干燥对番木瓜片品质的影响。结果表明:与热风干燥相比,相同温度条件下中短波红外干燥速率更快,所需干燥时间更短;随着干燥温度的升高,两种干燥方式下的水分有效扩散系数均呈升高趋势,番木瓜片中短波红外干燥和热风干燥水分有效扩散系数分别为0.58546×10-10~9.87313×10-10 m2/s、0.01179×10-10~4.88646×10-10 m2/s;番木瓜片中短波红外干燥的活化能32.13 k J/mol低于热风干燥的活化能33.28 k J/mol;此外,中短波红外干燥后番木瓜片的色泽和产品的复水性更好,而番木瓜片的中短波红外干燥抗坏血酸保留率低于热风干燥。综合考虑,试验范围内中短波红外干燥温度为70℃条件下所得产品的品质最好。