番薯片微波干燥特性及干燥模型

1、番薯片微波干燥特性及干燥模型浙江農(nóng)業(yè)actaagricuhuraezhejiangensis21(4):407410,2oo9番薯片微波干燥特性及干燥模型蔣玉萍,一,王俊,(浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院,浙江杭州310029;浙江省農(nóng)業(yè)機械管理局,浙江杭州310020)摘要:試驗研究了番薯片的微波干燥特性,確定番薯片微波干燥試驗因素,進(jìn)行單因子試驗,從含水率,失水速率,耗電量變化關(guān)系上分析裝載量,微波功率,切片厚度對番薯片微波干燥特性的影響,得出番薯片微波干燥過程的失水規(guī)律.研究確定番薯片微波干燥的數(shù)學(xué)模型,采用dps軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,得出符合番薯片微波干燥規(guī)律的擬合方程,經(jīng)統(tǒng)計檢

2、驗可知擬合效果很好.關(guān)鍵詞:番薯;微波干燥;特性;模型中圖分類號:ts234.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼:a文章編號:10041524(2009)04一o4o704characteristicsandmodelofmicrowavedryingsweetpotatojiangyu.ping.wangjun(zhejanguniversitybiotogicalsyae,engineeringandtheitituteoffoodscincg,慨hangzhou310029,chim;zhejiangagtieuhuralmachineryadministration,h,zhejiang310020,chi

3、na)abstract:inthispaper,thecharacteristicsofmicrowaveacingsweetpotatowerestudied.thesingle-factorexperimentsweredesignedtostudytheeffectsofdifferentloadingquantity,powerandthicknessofthesliceonwatercontentrate,dehydrationrateinacingsweetpotato.thelawsofdehydratingandpowerconsumptionwereobtained.them

4、athematicalmodelofmicrowavedryingsweetpotatoslicewasobtained.theexperimentalresultswereanalyzedbythedpssoftware,showingthefittingequationwithgoodstatisticaltestresults.keywords:sweetpotato(1poeabatatas);microwavedrng;characteristics;model番薯是傳統(tǒng)栽培的糧食作物之一,營養(yǎng)豐富,享有營養(yǎng)保健食品之美譽.我國番薯常年種植面積,總產(chǎn)量均居世界首位,但因番薯含水量高,

5、易腐爛和失水,而成為儲期短,難保鮮的農(nóng)產(chǎn)品.微波干燥與傳統(tǒng)干燥方法相比,不但熱能利用率高,加熱時間短,節(jié)約能源,節(jié)省生產(chǎn)成本,而且可提高糧食干燥后的食用品質(zhì),干燥過程易于自動控制1,2j.因此,微波技術(shù)在糧食干燥方面有著廣闊的應(yīng)用前景.本項研究通過微波干燥番薯研究其干燥特性和干燥模型,掌握其收稿日期:20081126基金項目:國家自然科學(xué)基金資助項目(30471000);中國博士后科學(xué)基金資助項目(232o)作者簡介:蔣玉萍(1973一),女,浙江東陽人,高級工程師,主要從事農(nóng)業(yè)機械的管理工作*通訊作者,王俊,e.mail:jwang微波干燥規(guī)律,為番薯微波干燥的工業(yè)化生產(chǎn)提供依據(jù).1材料與方

6、法1.1試驗材料新鮮番薯購自浙江省杭州市聯(lián)華超市生鮮部,要求鮮嫩,無損傷,形狀均稱,大小基本一致,用購物袋扎緊,放入冰箱備用.1.2試驗設(shè)備格蘭仕g80f20csl-dg(s0)型微波爐,額定微波頻率2450mhz,有1o段微波輸出功率,最大輸出功率800w,最小輸出功率80w,每段間隔8ow;dhg-9011a型電熱恒溫干燥箱(上海精宏實驗設(shè)備有限公司);fa2004型電子分析天平?408?浙江農(nóng)業(yè)第21卷第4期(2009年7月)(上海精密科學(xué)儀器有限公司).1.3試驗方法從冰箱中取出番薯并待其達(dá)到室溫一去皮切片(厚度分別為2,4,6nln1)一稱重(分別稱取60,120,180g)一均勻平

7、鋪在盛物網(wǎng)上備用.按國標(biāo)法(gb5497.85)測定其初始含水率,試驗所用番薯的初始含水率(濕基)為79.5%.采用不同功率(160,240,320w)及不同干燥時間(080min)進(jìn)行微波干燥試驗,每隔3min迅速稱重一次,并翻轉(zhuǎn),直至干燥物料所要求的安全水分(安全含水率).一般情況,番薯為24%左右(濕基).干燥過程番薯含水率(干基):(t時刻物料重一物料的干物質(zhì)重)/物料的干物質(zhì)重x100%.干制品復(fù)水:將干燥后的番薯片稱重一取適量清水浸泡(浸泡時間為24h)一用濾紙吸去表面水分一稱重.1.4試驗指標(biāo)(1)失水速率=兩相鄰時刻物料含水率(干基)的差值/時間間隔(rnin).(2)單位時間

8、降水率w/xt(濕基):反映干燥全過程干燥速率快慢的指標(biāo),它是干燥全過程脫水百分率(濕基)與干燥時間(不包括緩蘇時間)的比值,單位:%/min.2結(jié)果與分析2.1番薯片的微波干燥特性2.1.1切片厚度對番薯微波干燥特性的影響分別稱取不同厚度的番薯片120g,選擇功率為240w進(jìn)行微波干燥.從圖1與圖2可知,番薯微波干燥到安全含水率15%(濕基)左右所需的總干燥時間約為45min,隨著切片厚度的增加,脫水速率有所下降,微波干燥至安全含水率的干燥時間有所增加,但切片厚度對干燥過程含水率的影響較小.在干燥過程中,同一時刻的含水率隨切片厚度增大而增大,干燥到相同含水率所需時間也略長一些.番薯干燥脫水分

9、為3個階段:加速干燥階段,恒速干燥階段與降速干燥階段,各階段曲線區(qū)別明顯.加速干燥階段時間很短,曲線較陡,失水速率增加很快;恒速干燥階段曲線平緩,失水速率不再增加,基本上保持在一定的失水速率,而含水率下降很快;降速干燥階段鹺2ram圖2切片厚度對失水速率的影響fig.2effectofslicethicknessonthewaterlossrate曲線下降很快,失水速率下降明顯.2.1.2裝載量對番薯微波干燥特性的影響分別稱取4nttn厚的番薯片60,120,180g,選擇功率240w進(jìn)行微波干燥.由圖3與圖4可知,不同裝載量在相同干燥條件下,其含水率變化是不同的.裝載量越大,在同一時刻其體內(nèi)

10、的含水量越多,干燥至相同含水率所需的時間越長.若裝載量增加一倍,其干燥時間增加0.40.5倍.整個干燥過程可分為3個階段:加速干燥階段,恒速干燥階段與降速干燥階段,各階段曲線區(qū)別明顯.含水率相同時,裝載量不同其相應(yīng)的脫水速率也不同,裝載量越大,其恒速階段脫水速率越小;反之,裝載量越小,脫水速率越大.而且不同裝載量情況下各指標(biāo)值相互間差異比前述中不同切片厚度情況下顯著得多.2.1.3功率對番薯微波干燥特性的影響稱取4inln厚的番薯片120g,分別選擇功率160,240,320w進(jìn)行微波干燥.從圖5與圖6可以看出,干燥過程同一時刻,功率越大則含水率越低,干制到相同含水率所需時間越短,干制到安全含

11、水率所需時間也越短.在干燥末期,曲線變平緩,微波干燥脫水難度增加.不同功率脫水過程同樣可分為加速脫水階段,恒速脫水階段與蔣玉萍等:番薯片微波干燥特性及干燥模型1.501.o00.500.o0020406080時聞min圖3裝載量對失水量的影響.3effectofloadamountonthewaterlosscontent一252015鐾10蓑s001o0200300400500含水率(干基),%圖4裝載量對失水速率的影響fig.4effectofloadamountonthewaterlossrate450墨簀8糊300h-250204.0一.l_嬲f.二降速脫水階段,在干燥過程中,功率越大

12、,在干燥中期就會出現(xiàn)局部過熱及打火現(xiàn)象,番薯片內(nèi)部出現(xiàn)燒焦現(xiàn)象.功率小時,番薯片干燥質(zhì)量較佳.2.2番薯片的微波干燥模型2.2.1干燥模型的確定根據(jù)試驗數(shù)據(jù)繪制ln(一1n(mr)與ln曲線圖,結(jié)果見圖7至圖9.由圖可知ln(山(mr)與hlf成線性關(guān)系,番薯片微波干燥的失水特性可用以下page方程來表達(dá).三mr=exp(一ktn)(1).0圖7不同切片厚度in(.inmr)一lilt曲線fig.7effectofslicethicknessonln(一inmr)一liltcllrye鼉一三一一2.oo0.廠一:.l006-.二:l0圖8不同微波功率k(.inmr)一ht曲線fig.8effe

13、ctofmicrowavepoweronin(一lilr)一lntcurve,/i_0.:_005-(:三圖9不同裝載量ln(一inmr)lrif曲線fig.9effectofloadamountonin(?inmr)一lntcule從圖7一圖9看出,不同裝載量下ln(一inmr)一ln關(guān)系曲線基本相互平行且相互間存在明顯間距,不同微波功率in(.inmr)一ln關(guān)系曲線也基本相互平行且明顯存在間距,說明裝載量與微波功率對干燥方程影響顯著.從圖1至圖3看出,3條曲線幾乎重合,可見切片厚度對番薯片微波干燥方程影響不大,因此在番薯片微波干燥方程的擬合中切片厚度不予考慮.為使番薯片微波干燥方程更具有

14、實際應(yīng)用價值,我們把裝載量與微波功率一起考慮,即用微波功率與裝載量的比值:單位質(zhì)量發(fā)射功率來表示;同時為,0ociiciiooooo000oo0oo0021o1234一一一一cui浙江農(nóng)業(yè)第21卷第4期(2009年7月)簡化方程次數(shù),本項研究采用二次方程來求系數(shù)7l.根據(jù)上述分析,將page方程模型:mr=exp(一kt)線性化得:in(.1n)=ink+nlnt令ink=a+bp+cp2;n=d+ep+.j貝4有:in(一lnmr)=0+6p+cp+(d+ep+)利用dps數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對試驗數(shù)據(jù)(134組)進(jìn)行擬合88,可求得番薯片微波干燥擬合方程的各待定系數(shù),擬合結(jié)果見表1.表1微波干燥番

15、薯的模型擬合table1modelfittingresultsofmicrowave,ingsweetpotato由表1,可得番薯片微波干燥的擬合方程如下:in(.1nmr)=一6.58487+1.10149p一0.0928p+(1.30069+0.22358p一0.05213p)int式中:一簡化的水分比;mr=mt/%;一物料在t時刻的含水率(干基);.一物料的初始含水率(干基)p一單位質(zhì)量發(fā)射功率,w/g一物料干燥時間,min2.2.2擬合方程的統(tǒng)計檢驗為檢驗擬合效果,對上述擬合方程進(jìn)行統(tǒng)計檢驗,檢驗結(jié)果見表2.從表2可知,模型方差分析f檢驗值為3983.75466,p:0,達(dá)到極顯著水

16、平;模型確定系數(shù)r=0.9936,擬合效果很好.因此,可將該擬合方程作為番薯片微波干燥的數(shù)學(xué)模型,利用此模型可較準(zhǔn)確地預(yù)測在不同干燥條件下,微波干燥過程中不同時刻的含水率及干燥速率.3結(jié)論(1)裝載量,發(fā)射功率的變化對番薯片微波表2番薯微波干燥擬合方程的統(tǒng)計檢驗table2statisticaltestresultsofthefittingequationformi-erowave,tyingsweetpotato方程來源平方和df均方f值顯著水平p回歸185.025965剩余1.18900128總的186.21495133r=0.996837.005193983.754660.0o0000.

17、009291.4001l=0.9936干燥的失水特性有明顯的影響,而切片厚度對其影響不顯著.(2)干燥條件相同的情況下,干燥至安全含水率時,隨著切片厚度的增加,脫水速率有所下降,干燥時間有所增加,但影響較小;裝載量增加一倍,其干燥時間增加0.40.5倍;功率增加一倍,干燥時間減少0.50.6倍.(3)番薯片微波干燥的失水特性可用page方程來表達(dá):mr=exp(一),經(jīng)dps軟件分析可得番薯片微波干燥的擬合方程為:in(.1n):一6.58487+1.10149p一0.0928p+(1.30069+0.22358p一0.05213p)int,經(jīng)統(tǒng)計檢驗可知擬合效果很好.參考文獻(xiàn):1楊洲,段潔利.微波干燥及其發(fā)展j.糧油加工與食品機械,2000,267(3):58.2祝圣遠(yuǎn),王國恒.微波干燥原理及其應(yīng)用j.工業(yè)爐,2003,25(3):4245.3gb549785.糧食,油料檢驗水分測定.中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)s.14rezagaskari,zahraed,mohammadam.effectofarngmethodonmicro-structuralchangofa