蓝莓果浆微波干燥均匀性研究

来源 :东北农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:houlitao2009
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蓝莓作为一种代表性的特色浆果,含有丰富营养物质,但含水率通常超过80%(w.b.),不易储藏和保鲜。微波干燥有加热速度快、可控性强等优点,适合浆果物料干燥,但微波干燥不均匀现象,严重影响能量利用和干燥品质。因此,针对微波干燥不均匀性问题开展系统研究,主要研究结果和结论如下:(1)建立均匀性评价算法,定量表征微波干燥均匀性,并分析蓝莓果浆微波干燥均匀性变化规律。微波干燥蓝莓果浆过程中依次出现缓慢升温(I)、温度稳定(II)和快速升温(III)阶段。I、II和III阶段对物料升温贡献率分别为39.8%、16.1%和44.1%,对物料去水贡献率为6.0%、74.1%和19.9%,表明物料温度上升主要发生在I、III阶段,水分去除主要发生在II阶段。微波在两种介电常数相差较大介质中传播时,电磁波反射、散射和非谐振以及热质传递中蒸汽气泡的生成、消失,影响蓝莓果浆料层温度分布、水分分布和均匀性指标;在II阶段的温度离散值(VT)、热区分布值(HTD)与III阶段的温度对比度值(CON)对料层不均匀性贡献率为负值,其余为正值;其中II阶段与III阶段对局部区域内温度突变程度(CON)的贡献率绝对值最大,表明II、III阶段中气泡产生与消失显著影响干燥均匀性。(2)建立微波传输、热质传递的多物理场耦合仿真模型,对蓝莓果浆在转盘内(旋转运动)的微波干燥过程进行模拟,解析微波干燥过程中不均匀性的形成机理。模拟分析表明,在蓝莓果浆微波干燥过程中,物料边缘过热和微波渗透衰减从本质上决定微波干燥不均匀性,物料边缘过热是由横向电场(TE)模式和物料内部电场的非共振散射叠加引起的,微波渗透衰减是由物料的介电特性和热特性决定的。试验证实了所提出的仿真策略和模型的可信性。(3)提出间歇变功率微波干燥模式改善蓝莓果浆微波干燥均匀性,分析间歇变功率微波干燥模式中各因素对干燥均匀性的影响,获取最佳工艺参数组合。在间歇变功率微波干燥过程中,蓝莓果浆分别经历高微波功率加热阶段、间歇阶段和变功率微波加热阶段。间歇阶段中主要改善局部热点(CON)均匀性,但由于物料内部热传导和中心位置处热点消散,边角位置的温度聚焦区占比大,引起热区分布值(HTD)升高、不均匀性增加。在间歇变功率微波干燥模式中,随着功率转换点、微波功率比和变功率加热时间的增大,温度离散值(VT)、水分离散值(VM)和热区分布值(HTD)先增大后减小,温度对比度值(CON)持续升高;间歇时间增加可以改善干燥均匀性。优化得到蓝莓果浆间歇变功率微波干燥工艺组合:功率转换点14.1 min,微波功率比0.36,变功率加热时间5.56 min,间歇时间8 min,干燥均匀性比恒功率微波干燥明显提高。研究结果为微波干燥不均匀性的定量分析和控制提供研究方法和技术依据。
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