實(shí)驗(yàn)室噴霧干燥機(jī)廠家的數(shù)學(xué)模擬及其在食品加工中的應(yīng)用
本課題研究意在開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)室噴霧干燥機(jī)廠家技術(shù),對(duì)其過(guò)程進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬,并應(yīng)用于食品脫水干燥和濃縮。 首先研制了實(shí)驗(yàn)規(guī)模的實(shí)驗(yàn)室噴霧干燥機(jī)廠家,該設(shè)備主要特點(diǎn)如下:被干燥物料能在諧振腔內(nèi)隨轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng),削除了微波加熱的熱點(diǎn),微波功率和真空度可調(diào),并可實(shí)時(shí)觀察物料的干燥情況。 以胡蘿卜片為實(shí)驗(yàn)材料,研究了片狀物料實(shí)驗(yàn)室噴霧干燥機(jī)廠家的動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型。該模型根據(jù)物料的顯熱、潛熱和吸收的微波能的能量平衡,通過(guò)的大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果表明樣品從初始含水量干燥到含水量 (干基)的干燥階段,理論干燥曲線和實(shí)驗(yàn)干燥曲線非常吻合,并且此階段干燥速率是一常數(shù);當(dāng)樣品的含水量 的干燥段,實(shí)驗(yàn)干燥曲線開(kāi)始稍偏離理論干燥曲線,而樣品的含水量 的干燥段,實(shí)驗(yàn)干燥曲線大幅度偏離理論干燥曲線,所以當(dāng) 的干燥段,理論干燥動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型必必須進(jìn)行修正,因而引進(jìn)修正系數(shù) ,通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的非線性回歸,得到了修正系數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。干燥動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)時(shí)微波能和真空壓力變化范圍較大,理論模型和試驗(yàn)都表明干燥速率與微波功率大小成正比,與真空壓力下水的汽化潛熱的大小成反比。 以胡蘿卜片為試驗(yàn)材料,研究了薄片物料在實(shí)驗(yàn)室噴霧干燥機(jī)廠家過(guò)程中物料內(nèi)部的溫度分布和溫度變化。試驗(yàn)表明:當(dāng)樣品的厚度小于8 mm時(shí),其中心溫度和表面溫度大小相同,內(nèi)部的溫度分布均勻;而當(dāng)樣品的厚度大于 8 mm 時(shí),其中心溫度大于表面溫度,沿厚度方向產(chǎn)生了溫度梯度。當(dāng)樣品的厚度小于8 mm時(shí),試驗(yàn)還表明胡蘿片的整個(gè)干燥過(guò)程可分為三個(gè)干燥階段,即均勻加熱段、恒溫段和快速升溫段。均勻加熱段( )樣品的溫度線性增至該真空度下的水的飽和溫度,此階段沒(méi)有水分的蒸發(fā),且均勻加熱段的時(shí)間非常短;恒溫段( )水分大量從樣品內(nèi)部蒸發(fā)遷出,幾乎沒(méi)有阻力;快速升溫段( )的干燥速率下降,溫度升高。樣品的厚度小于8 mm時(shí),實(shí)驗(yàn)室噴霧干燥機(jī)廠家均勻加熱段和恒溫段樣品溫度預(yù)測(cè)的數(shù)學(xué)模型主要根據(jù)能量平衡,對(duì)于快速升溫段由于水分少,微波能不能全部被吸收,通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的非線性回歸,得到了一個(gè)經(jīng)驗(yàn)的數(shù)學(xué)模型。 研究了微波真空和熱風(fēng)干燥組合干燥大蒜片。樣品首先用實(shí)驗(yàn)室噴霧干燥機(jī)廠家到含水量約10% (濕基),然后采用45 oC的熱風(fēng)干燥到水分小于5%(濕基),通過(guò)對(duì)干燥樣品*的保留率、顏色、質(zhì)構(gòu)和復(fù)水率等方面的測(cè)試,并和冷凍干燥和傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥(60-65 oC)產(chǎn)品在上述幾個(gè)方面進(jìn)行比較,結(jié)果表明微波真空和熱風(fēng)組合干燥大蒜片的質(zhì)量與冷凍干燥的大蒜片質(zhì)量十分接近,比傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥的大蒜片質(zhì)量要好得多。 研究了微波真空、微波真空和熱風(fēng)干燥組合、微波真空和真空干燥組合干燥富含葉綠素的小蔥和富含類胡蘿卜素的胡蘿卜片。樣品首先用實(shí)驗(yàn)室噴霧干燥機(jī)廠家到樣品含水量約 WP=10 20%(濕基),然后采用45-50 oC的熱風(fēng)或55-60oC的真空干燥或低功率的實(shí)驗(yàn)室噴霧干燥機(jī)廠家到樣品含水量約6%(濕基),通過(guò)葉綠素和胡蘿卜素含量的測(cè)試,結(jié)果表明上述干燥方法得到的產(chǎn)品其色素的保留率與冷凍干燥產(chǎn)品的色素保留率接近,比傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥(60-65 oC)的產(chǎn)品色素的保留率高得多。實(shí)驗(yàn)室噴霧干燥機(jī)廠家胡蘿卜可以省去熱燙工藝,主要是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室噴霧干燥機(jī)廠家速度快,與色素降解有關(guān)的酶的活性急劇下降,干燥過(guò)程中沒(méi)有氧氣。 對(duì)高粘度的靈芝多糖溶液進(jìn)行了微波真空濃縮和干燥,不僅靈芝多糖和三萜酸的保留率與冷凍干燥產(chǎn)品接近,比傳統(tǒng)真空干燥要高得多,而且濃縮或干燥速度快,表明微波真空技術(shù)在濃縮和干燥高粘度、熱敏性液態(tài)食品方面具有良好的應(yīng)用前景。 通過(guò)對(duì)各種干燥方法干燥過(guò)程能量利用率和能耗的分析和對(duì)比,實(shí)驗(yàn)室噴霧干燥機(jī)廠家的干燥成本要比冷凍干燥低得多,比傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥成本略高;對(duì)工業(yè)實(shí)驗(yàn)室噴霧干燥機(jī)廠家設(shè)備提出了設(shè)想。 本課題研究表明:實(shí)驗(yàn)室噴霧干燥機(jī)廠家可以獲得高質(zhì)量的脫水干燥食品,且成本低廉。