生物加工过程也高,不利于大面积推广。热风干燥简单经济,成本低廉,但高温容易使物料内部组织发生变化,导致复水性差。热泵干燥中压缩机所用的制冷工质CFCs会破坏大气臭氧层,不利于环保。吸附式低温干燥基本能达到冷冻干燥的效果,而且能耗低投资小,很适合用于热敏性物料的干燥,成为诸多学者关注的热点。
目前,国内外对吸附式低温干燥的研究多集中在用于种子干燥方面,将其运用到果蔬干燥方面的研究还不成熟。而且对于其运用于果蔬干燥方面也只涉及到采用除湿轮干燥的系统。本文采用了自制的吸附剂填充的固定床吸附器用于干燥气体的脱水或除湿,对于胡萝卜吸附式低温干燥特性及其影响因素进行了实验研究,为吸附式低温干燥技术的推广应用提供基础研究。
采用温、湿度巡测仪测量进干燥器空气的温湿度。
1)气体压缩机;2)缓冲罐;3,4,5)转子流量计;6)饱和瓶;7)吸附器;8,9)阀门;10)混合器;11)温、湿度巡测仪;12)干燥容器。实验方法将预处理好的胡萝卜颗粒(试样)放入吸附式低温干燥系统的干燥器中,在一定的空气湿度、风量下干燥,每20min记录一次质量,直至恒重(相邻两次质量差小于1mg即认为达到平衡),此时,试样含水率(某一时刻物料所含水分质量与初始鲜物料质量的比值,%)为平衡含水率。然后将此试样置于100e的沸水中浸泡30min,取出沥干,称重,用于计算复水比(干制品复水后沥干质量与干制品质量的比值)。*后再将试样放入真空干燥箱,在70e、Pa绝压下,干燥415h,称得质量作为绝干质量。
结果与讨论在进行吸附式低温干燥系统设计中,首先要根生物加工过程据干燥特性选取合适工艺参数进行相关设备的设计计算及选型。对于果蔬脱水过程的干燥特性与所使用干燥气体的温度、相对湿度和气体风量,以及物料粒度密切相关,为此,本文在自制的吸附式低温干燥模拟实验装置上测定了这些参数与胡萝卜干燥过程的关系,即干燥过程特性曲线。
干燥气体的相对湿度越低,越有利于干燥;在相同条件下,当相对湿度为116%时,可使胡萝卜含水率接近于超干(含水率<5%)水平,这充分显示了吸附式低温干燥的优势,因一般冷冻干燥物料的含水率受露点限制不可能达到超干,一般胡萝卜干燥过程可以划分为调整、恒速和降速三个阶段。调整阶段,由于物料初始含水率很高(达到96%),干燥气体相对湿度与物料湿度差较大,传质推动力大,干燥速度快。恒速干燥阶段主要是去除非结合水,这部分水分由物料内部向表面迁移的速率与水分迁移到表面后的蒸发速率相等,干燥速率保持恒定,基本不随物料含水率变化。
当物料内部水分向表面迁移的速率低于水分迁移到表面后的蒸发速率后,干燥过程进入降速阶段,在降速阶段主要脱除非结合水及部分结合水,由于结合水与物料结合紧密,去除困难。此干燥过程特性为胡萝卜吸附式低温干燥设备设计提供基础参数。
干燥气体流量对干燥过程的影响为了考察干燥气体流量对干燥过程的影响,本e、干燥气体相对湿度为116%条件下,分别测得干卜含水率随时间的变化关系。
吸附式干燥与热风干燥的对比为了比较吸附式干燥与热风干燥速率,以及对胡萝卜品质的影响,本研究选择10mm@10mm@5mm胡萝卜粒,分别进行热风干燥(温度为60e,在鼓风干燥箱中)和吸附式干燥(温度为1810e,干燥气体相对湿度为116%,干燥气体流量为200L/h)实验。吸附式低温干燥表明:在本实验条件下,热风干燥可以很快达到干燥平衡,平衡含水率为23%左右,明显高于安全贮藏含水率(121115%,湿基);吸附式干燥过程可以得到较低的含水率(平衡含水率为11120%左右)。经过吸附式干燥后的胡萝卜色泽仍较鲜艳,无褐变,外表品质要优于热风干燥。
复水性能在果蔬干燥或脱水保藏中,果蔬的复水性能是作为评价干燥的果蔬品质的一个主要指标。因此,为了考察吸附式干燥过程对胡萝卜复水性能的影响,本研究在干燥气体温度1810e、流量200L/h条件下,分别测得不同颗粒尺寸,以及经不同相对湿度的干燥气体干燥后的胡萝卜的复水性能,实验结果卜的复水比为1178.
可见,经吸附式低温干燥后胡萝卜的复水比在6左右,显著高于热风干燥;干燥气体的湿度变化对胡萝卜复水比没有明显影响。在干燥气体温度、湿度和风量都相同时,随着粒度的增大,复水能力下降,因为在相同的复水时间内,粒度大的物料有可能没有得到完全恢复,导致复水比随粒度增加变小。
结论(1)吸附式低温干燥条件下,胡萝卜的干燥曲线呈现大致相同的反S型变化规律,有较明显的调整、恒速和降速三个干燥阶段。
(2)吸附式低温干燥过程可使被干燥物料达到超干水平,不受露点限制。
(3)增加干燥气体流量对干燥过程进行有利。
在兼顾能耗的同时,干燥气体的相对湿度越低,风量越大,越有利于干燥的进行。
(4)被干燥物料颗粒大小和形状对干燥过程有显著影响。颗粒尺寸越小,比表面积越大,暴露在干空气中的表面越大,越有利于水分蒸发。
(5)经过吸附式干燥后的胡萝卜色泽仍较鲜艳,无褐变,外表品质优于热风干燥。
(6)经吸附式低温干燥后胡萝卜的复水比(6152)显著高于热风干燥(1178);干燥气体的湿度变化对胡萝卜复水比没有明显影响。