杏鲍菇微波真空薄层干燥数学模型建立与评价

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)福建农林大学食品科学学院 作者:陈健凯

  探讨了杏鲍菇在不同微波强度、物料厚度和腔体绝对压力条件下的微波真空干燥特性,研究其干燥曲线和水分扩散速度;应用单因素试验数据对12种经验干燥模型进行拟合求解,确定适合的数学模型;采用三元二次回归正交试验数据,求出模型参数。结果表明:微波强度和腔体绝对压力对杏鲍菇干燥过程水分的扩散影响较大,而杏鲍菇物料厚度的影响不明显;模型拟合结果表明Page模型拟合优化值最好,利用回归正交数据求出Page方程表达式中的参数n、k与各干燥因素的关系式。验证结果表明,该模型的预测值与实测值的拟合度良好,能较准确地表达和预测杏鲍菇微波真空干燥过程中的即时水分变化规律。

  杏鲍菇(Pleurotuseryngii)采摘后贮藏期短,在2~10℃低温下贮藏保鲜期仅10~15d,其采后保鲜加工成为杏鲍菇产业发展亟待解决的问题。将杏鲍菇进行干制是延长其货架供应期的重要措施之一。

  微波真空干燥是在真空条件下对物料进行微波加热而达到水分的蒸发,能较好地保留食品原有的色、香、味及营养成分。国内外学者对荔枝、猕猴桃、胡萝卜、马铃薯、蒜瓣、蘑菇等农产品的微波真空干燥工艺的研究认为,微波真空干燥的果蔬制品感官品质及营养成分的保留率十分接近真空冷冻干燥,但干燥时间比传统热风干燥和真空冷冻干燥时间大为缩短、能耗大为降低。但目前尚未见杏鲍菇微波真空干燥方面的研究报道。本文以杏鲍菇为原料,通过单因素试验,研究微波强度、物料厚度和腔体绝对压力等因素对杏鲍菇微波真空干燥过程物料含水率和干燥速率的影响,建立适合杏鲍菇微波真空薄层干燥的数学模型,并运用三元二次旋转回归正交试验,求出数学模型的参数,旨在阐明杏鲍菇微波真空干燥过程中的水分变化规律,为微波真空干燥在杏鲍菇干制产品加工生产上提供指导。

1、材料与方法

  1.1、试验材料

  杏鲍菇,由福建省漳州市九湖食用菌研究所提供,测得杏鲍菇的平均干基含水率为8.42~9.51kg/kg。选取直径为4~5cm的杏鲍菇,截去根部及尾部,留菇体约12cm长度作为试验材料,沿菇长方向取材,根据试验要求切成不同厚度的圆片状。

  1.2、试验仪器与设备

  KL-4型微波真空干燥机(福建农林大学与广州凯棱工业用微波设备有限公司联合研制);DHG-9070A型电热恒温鼓风干燥箱(上海精宏实验设备有限公司);BS224S型电子天平(赛多利斯科学仪器(北京)有限公司);CP2102型电子天平(奥豪斯仪器(上海)有限公司)。

  1.3、试验方法

  试验开始前参照GB/T500913-2003测定杏鲍菇的初始含水率。将切好的杏鲍菇平摊在微波盘上,接通微波真空干燥机电源,将盛放杏鲍菇的微波盘放入干燥腔中,抽真空达到设定值后微波加热并开始计时。干燥过程中,隔一定时间将杏鲍菇从干燥腔内取出,迅速称量后即刻放回干燥腔内,重新抽为真空至设定值继续干燥计时,直至干基含水率达到国家规定的安全含水率0.149kg/kg以内时,停止干燥。将干燥过程定时称量得到的物料即时质量换算成含水率。

  单因素试验时,固定杏鲍菇物料厚度1.5cm、腔体绝对压力16kPa,研究4,8,12,16kW/kg等不同微波强度对杏鲍菇干燥特性的影响;固定微波强度8kW/kg、腔体绝对压力16kPa,研究0.5,1.5,2.5,3.5cm等不同杏鲍菇物料厚度对杏鲍菇干燥特性的影响;固定微波强度8kW/kg、杏鲍菇物料厚度1.5cm,研究11,21,31,41kPa等不同腔体绝对压力对杏鲍菇干燥特性的影响(腔体绝对压力越小,则真空度越高)。每组试验的物料量决定于微波强度,如参数微波强度8kW/kg,微波功率取2kW时,物料质量为0.25kg。

  通过单因素试验,选取微波强度、杏鲍菇物料厚度和腔体绝对压力为试验因素,采用三元二次通用旋转回归组合设计,进行杏鲍菇微波真空干燥的多因素试验,考察各种干燥条件下的干燥特性。因素水平编码如表1所示。

表1 因素水平编码

因素水平编码

3、结论

  (1)功率强度、杏鲍菇物料厚度、腔体绝对压力对杏鲍菇微波真空干燥均有影响。功率强度对杏鲍菇的干燥速率影响最大。功率强度较大时(如10kW/kg以上),不同的杏鲍菇物料厚度水平和腔体绝对压力水平对杏鲍菇干燥影响不大;功率强度相同的情况下,腔体绝对压力对干燥速率的影响取决于杏鲍菇物料厚度,薄的物料(如1.1cm),腔体绝对压力高的干燥速率大于腔体绝对压力低的干燥速率;厚的物料(如2.9cm),则腔体绝对压力低的干燥速率大于腔体绝对压力高的干燥速率。

  (2)利用单因素试验数据对12种薄层数学模型进行拟合,Page的R2为0.9995~0.9998,残差平方和为0.0004~0.0009,均方根误差为0.0058~0.0078,是12种数学模型中拟合优度评价指标最好的,因此确定杏鲍菇微波真空干燥的薄层数学模型为Page方程MR=exp(-ktn);通过三元二次回归正交的20组试验,求出参数n、k与各干燥因素的关系式。模型考虑了功率强度、杏鲍菇物料厚度、腔体绝对压力3个因素。经验证,模型的拟合精度良好,能很好地表达和预测杏鲍菇微波真空干燥过程中水分的变化规律。

  杏鲍菇微波真空薄层干燥数学模型建立与评价为真空技术网首发,转载请以链接形式标明本文首发网址。

  http://www.chvacuum.com/application/vacuumdrying/024912.html

  与 真空冷冻干燥 微波真空干燥 相关的文章请阅读:

  真空冷冻干燥http://www.chvacuum.com/application/vacuumdrying/