基于红外热风干燥对紫花苜蓿干燥特性及营养的研究

来源 :内蒙古农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liongliong574
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紫花苜蓿因其富含蛋白质、维生素、矿物质等营养,被用做畜牧业养殖过程中主要饲喂的牧草之一,其中紫花苜蓿干燥调制工艺是尤为重要的环节。传统紫花苜蓿干燥方法效率低、营养损耗大,难以满足目前对紫花苜蓿品质的要求。目前,红外热风联合技术在干燥调制中具有低能耗、效率高、营养损失较少等优势,被广泛应用于干燥工艺环节中。本研究为提高紫花苜蓿干燥效率,降低其在干燥过程中的营养损失,采用红外热风联合干燥技术对紫花苜蓿进行干燥试验。具体研究内容与成果如下:(1)红外热风联合干燥机流场温度场模拟使用Comsol Multiphysics 5.6软件中基于RANS方程的流体模块和传热模块对干燥机内部建立湍流模型和传热模型,通过分析不同风速、温度、辐射距离下的关键截面温度场分布,得出各干燥参数不同水平下对温度场的影响,结果表明,风速的增大提升了干燥均匀性的同时降低了进风口法线下方的环境温度;温度升高的同时保持了温度场整体的均匀性且减少了由风场造成的局部温差;在此基础上,增加红外辐射可增加进一步优化整体温度云图的均匀性。(2)紫花苜蓿干燥特性的研究将红外热风联合干燥技术应用于苜蓿干燥特性研究,分析不同干燥参数下的干燥特性,绘制了干燥速率图,得到了不同温度下干燥过程的有效水分扩散系数Deff范围:1.829×10-8~2.491×10-8m~2/min,回归方程为ln MR=-3.637×10-2t-1.033;不同风速下的有效水分扩散系数Deff范围:1.622×10-8~2.018×10-8m~2/min,回归方程为ln MR=-2.946×10-2t-1.030;不同辐射距离下的有效水分扩散系数Deff范围:1.764×10-8~2.610×10-8m~2/min,回归方程为ln MR=-3.381×10-2t-1.181。(3)紫花苜蓿干燥模型的研究在Minitab19软件中构建干燥数学模型,结合目前常用的四种经典数学模型Lewis(Newton)、Page、Modified Page I和Logarithmic对干燥曲线进行拟合,采用决定系数R~2来评价干燥数学模型与干燥试验曲线的拟合度,遴选出了紫花苜蓿红外干燥、热风干燥、以及红外热风联合干燥方式下的最优拟合模型,均为Page模型;在不同温度下其决定系数R~2均值达到了0.9891;不同风速下R~2均值达到了0.9865;不同辐射距离下R~2均值达到了0.9826。(4)紫花苜蓿干燥对营养成分影响的研究通过单因素试验,分析热风风速、红外辐射距离、干燥温度各因素的不同水平,较快达到安全含水率的工艺参数值为:温度95℃、风速3m/s,辐射距离50mm,以苜蓿粗蛋白、粗纤维的含量为指标利用Design-Expert 11软件设计了三因子Box-Behnken正交旋转组合试验,并建立回归模型,进行双因素交互作用响应曲面分析,求解得出该试验下最优参数组合为热风风速3m/s、干燥温度77.36℃、辐射距离75.9mm,苜蓿营养成分保留为23.85%CP、25.68%ADF和40.654%NDF,有效降低了紫花苜蓿营养成分的流失。综上所述,通过上述试验验证了红外热风联合干燥技术,能够有效提高干燥效率,降低苜蓿中营养成分的损失,为苜蓿干草的后续加工提供品质保障。
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