浆果微波辅助泡沫干燥品质和过程模拟研究

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浆果中含有丰富的花青素、维生素和氨基酸等营养物质,有较高的医学保健价值和市场价值。由于其含水率高、果实柔软,采摘后很容易腐烂或受到机械损伤,需要在采摘后快速加工。微波辅助泡沫干燥技术适于浆果的深加工,具有能量利用率高、干燥速率快、产品质量好等优点。研究微波辅助泡沫干燥过程中的活性成分降解规律、温度变化模型、质热传递规律可以对解决浆果微波辅助泡沫干燥加工提供指导。本文利用微波辅助泡沫干燥技术对树莓、黑加仑和蓝靛果等几种浆果进行加工,确定了干燥过程中微波功率、干燥时间和质量对物料含水率、温度和活性物质含量的影响规律。结果表明,浆果在微波辅助泡沫干燥条件下,活性成分和含水率的变化符合一级反应动力学规律。起泡果浆的温度变化符合二级反应动力学规律,并且建立了微波辅助泡沫干燥条件下的温度模型。浆果的活性成分变化规律可以用改进后的阿伦尼乌斯方程与一级反应动力学方程组合的模型来表示,本模型可为高粘性物料的微波辅助泡沫干燥过程提供理论依据。本文研究了微波辅助泡沫干燥过程中温度和含水率对于活性成分的影响规律。工艺参数主要包括微波功率、干燥时间和物料质量,取样测定指标为温度、含水率,品质指标为花青素含量和维生素C的含量。研究结果表明,微波辅助泡沫干燥过程中,温度和含水率协同影响活性成分的降解,且明显分为前期中期和后期三个阶段。在干燥前期,物料不断吸收微波能,含水率较高,温度较低,活性物质花青素和维生素C降解量极少;干燥中期,物料不断起泡,与微波充分接触,含水率快速下降,温度快速上升,引起花青素和维生素C的快速降解;干燥后期,物料含水率较低,物料吸收的微波能主要用于自身温度的升高,温度的快速升高加剧了活性成分的降解。花青素的降解速率要高于维生素C,表明维生素C的热稳定性要高于花青素,对实际生产具有一定的指导意义。本文研究了微波辅助泡沫干燥的过程,将麦克斯韦方程与热传导的傅里叶(Fourier)方程联合,建立了微波辅助泡沫干燥过程中的质热传递模型,并利用MATLAB软件进行了仿真。(1)建立微波辅助泡沫干燥条件下,温度随着干燥时间和物料半径的变化模型,分析结果表明,干燥前期,物料的温度随着时间上升速率平缓,后期上升速率较快;在干燥后期,物料边缘区域的温度升高的速率要高于中心区域,在10min的时候达到了最高值。(2)建立微波辅助泡沫干燥条件下,含水率随着干燥时间和物料半径的变化模型,仿真结果表明物料的含水率在干燥初期下降趋势较为平缓;在干燥后期,下降速率加快。物料边缘处含水率下降的速率要高于中心处,且在干燥后期最为明显。仿真结果与试验所得数据拟合程度较好,能较好的反应微波辅助泡沫干燥过程中的温度和含水率变化规律,可以为实际生产和加工提供理论依据。
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