（环境科学专业论文）电流体动力学节能干燥技术及其应用研究.pdf

0 t e c h n o l o g ya n di t sa p p l i c a t i o n s d i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt o u i s s e r t a t l o nu 1 3 d a l i a nm a r i t i m eu n i v e r s i t y i np a r t i a lf u l f i i i m e n to ft h er e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f d o c t o ro f e n g i n e e r i n g b y y a x i a n gb a i ( e n v i r o n m e n t a s c i e n c e ) n v l r o n m e n t a l c i e n c e d i s s e r t a t i o ns u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rb i n gs u n m a r c h2 0 1 1 舢42 7 f 0 ，l 1 一 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 c 、r 摹 t t 1 争 0 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成博硕士学位论文竺鱼逋佳动左堂堇能王爆撞盔厘墓廛旦班塞= = 。除论文中已 经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以 明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发 表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学 位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士 学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论文全 文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式出版发 行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于： 保密口在年解密后适用本授权书。 ， 不保密( 请在以上方框内打“”) 论文作者签名：导师签 日期厂沙7 i f年6 月z 日 ， 中文摘要 摘要 平的不断提高，传统的水产品干燥方法已越来越不能满足人 耗的要求。电流体动力学干燥技术作为一种新兴的干燥技术 、不升温等优点为热敏性物料干燥开辟了一条新途径，为了 进一步提高电流体动力学干燥速度，降低干燥能耗，并将其应用于水产品的干燥 加工，本论文主要开展了以下五个方面的研究工作： 通过电场预处理、不同电极、不同电压、不同极性电场下的电流体动力学干 燥速度对比实验和针电极电场下离子风屏蔽实验明确了电流体动力学干燥机理， 即高压电场产生的离子风对被干燥物料的冲击作用是导致其干燥速度增加的主要 原因。 利用自制的电流体动力学干燥装置，通过改变干燥电压、电源极性、电极间 距、针( 线) 间距等试验参数测定了它们对干燥速度与能耗的影响程度，确定了 瓤 最佳干燥参数，即采用针电极，在针间距和上下电极间距分别为8 c m 和9 c m ，工作 叠 0电压为4 5 k v 的正高压，能够获得较大的干燥速度并消耗相对较少的电能。 以海参、海米等水产品为代表，应用电流体动力学干燥技术对它们进行了干 燥试验，并和热风、自然干燥等方法就干燥速度、干燥能耗及干品品质等进行了 对比，实验结果表明采用该技术干燥水产品节能效果非常明显，其干燥海参、海米 和扇贝柱所消耗电能分别为热风干燥所消耗电能的2 1 3 1 、2 9 6 和2 8 7 。，与 热风干燥相比，采用电流体动力学干燥技术干燥的海参、海米的具有更低的收缩 率，更高的复水率，更好的感官品质，所干燥的海参千品具有更低的硬度、更高 的蛋白质和酸性粘多糖含量。 以鲅鱼为试验材料，考察了干燥电压、样品厚度、样品含水率和环境温度对 其干燥速度的影响，利用数学分析知识和s p s s 统计软件拟合建立了干燥速度与电 压、环境温度、样品的厚度、含水率等干燥的数学模型。 以海参为试验材料，进行了电流体动力学与真空冷冻组合干燥的初步试验， 。? 乍 测定了干燥时间、能耗及干品品质，并和真空冷冻干燥方法进行了对比，取得了 ： 较好的干燥效果。 关键词：电流体动力学干燥；水产品；节能；数学模型 咖、 ， 一 一 龟 f a b s t r a c t w i t ht h ec o n t i n u o u si m p r o v e m e n to fl i v i n gs t a n d a r d s ，t r a d i t i o n a ld r y i n gt e c h n i q u e s f o ra q u a t i cp r o d u c t sa r eb e c o m i n gi n c r e a s i n g l yi n a d e q u a t ea n dn ol o n g e r e v e nm e e t c e r t a i nr e q u i r e m e n t s ，s u c ha sh i g j ap r o d u c tq u a l i t ya n dl o we n e r g yc o n s u m p t i o n e l e c t r o h y d r o d y n a m i c ( z h d ) d r y i n gt e c h n o l o g y , a s an o v e ld r y i n gm e t h o d ，i sa 口r o s p e e t i v ea l t e r n a t i v ef o rh e a t s e n s i t i v em a t e r i a l sd u et o i t sp r o n o u n c e da d v a n t a g e s ， i n c l u d i n g l o w e q u i p m e n te x p e n s e ，l o w e n e r g yc o n s u m p t i o n ， a n dn o n 。也e n n a j p r o c e s s i n g t oi m p r o v et h ed r y i n gr a t ea n dr e d u c et h ee n e r g yc o n s u m p t i o no fe h d d r y i n gt e c h n o l o g yw h e nu s e do na q u a t i cp r o d u c t s ，f i v ep a r t s a r ea d d r e s s e di nt h e p r e s e n tt h e s i s ： ac o n t r a s te x p e r i m e n to fd r y i n gr a t eo nt o f uu s i n gan e e d l ee l e c t r o d e ，aw i r e e l e c t r o d ea n dap l a t ee l e c t r o d eu n d e rd i f f e r e n tv o l t a g e sh a v e b e e ne v a l u a t e dr e s p e c t i v e l y a t 也es a m et i m e ，t h ec o n l r a s te x p e r i m e n t so fd r y i n gr a t eo n t o f uu s i n gn e e d l ee l e c t r o d e w i t hg l a s se n c l o s u r ea n dc o u n t e r p a r tw i t h o u ti t , a s w e l la s1 1 i 曲e l e c t r i cf i e l d p r e t r e a t m e t i t a c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n tr e s u l t s ，t h em e c h a n i s m o fe t - i dd r y i n gw a s c o n f i r m e d , t h ei m p a c to fi o nw i n do i lt h ed r y i n gm a t e r i a lp l a y e dam a j o rr o l e t oi n c r e a s ed r y i n g r a t e t h ef a c t o r sr e l a t e dt ot h ed r y i n gr a t ea n de n e r g yc o n s u m p t i o nw e r eq u a n t i t a t i v e l y s t u d i e db yc h a n g i n gt h ev o l t a g e ，t h ev o l t a g ep o l a r i t y , t h ee l e c t r o d es p a c i n ga n dt h e m 蛳瓶c eb e t w e e nt h et w on e i g h b o r i n gn e e d l e s ( w i r e s ) t h er e s u l t si n d i c a t e t h a tw h e n t h ee l e c t r o d es p a c i n gi s9c ma n dt h ed i s t a n c eb e t w e e nt h et w on e i g h b o r i n gn e e d l e s i s8 c m ，t h ed r y i n gr a t ei st h em g h e s tw h i l et h ee n e r g yc o n s u m p t i o ni s r e l a t i v el e a s t ，4 5 k vi st h eo p t i m u mv a l u ef o rd r y i n gv o l t a g e s e ac u c u m b e r ，s h r i m p ，a n ds c a l l o pm u s c l es a m p l e s ，a sr e p r e s e n t a t i v e so fa q u a t i c p r o d u c t s w e r ed r i e du s i n ga m b i e n ta i r ，a l le h ds y s t e m ，a n d a no v e n t h ee n e r g y c o n s u m p t i o no fe h da n d o v e nd r y i n g ，t h es h r i n k a g er a t e ，w a t e ra b s o r p t i o n , a n d r e h y d r a t i o nr a t i o ，a n ds e n s o r yp r o p e r t i e s ，s u c h a sc o l o ra n dt r i m n e s s ，o ft h ed r i e d p r o i d u c t sw e r em e a s u r e d r e s u l t ss h o w e dt h a tt h ed r y i n gr a t eo ft h ea q u a t i cp r o d u c t s s i g n i f i c a n t l yi m p r o v e du s i n gt h ee h dd r y i n gs y s t e m c o m p a r e d 丽也o v e nd r y i n g , e h dd r y i n gw a sm o r ee f f i c i e n ti nt e r m so fe n e r g ys a v i n g s i ta l s oo n l yc o s t sl e s st h a n 30 o ft h ee l e c t r i ce n e r g yr e q u i r e df o ro v e nd r y i n g t h ed r i e dp r o d u c t so b t a i n e db y p p ， 一 蕾 q h 堂 a n a l y s i sa n ds p s ss o f t w a r ea n dh a se s t a b l i s h e dt h em a t h e m a t i c a lm o d e la b o u t 也e v o l t a g e ，e n v i r o n m e n t a lt e m p e r a t u r e ，t h et h i c k n e s sa n dm o i s t u r ec o n t e n to ft h es p a n i s h m a c k e r e la n dt h ed r y i n gr a t e c o m b i n a t i o no fe h dd r y i n ga n dv a c u u mf r e e z e d r y i n gw a se x a m i n e da sa p o t e n t i a lm e a nf o rd r y i n gs e ac u c u m b e r t h ee n e r g yc o n s u m p t i o no fc o m b i n a t i o na n d v a c u u mf r e e z ed r y i n g ；t h es h r i n k a g er a t e ，r e h y d r a t i o nr a t i o ；t h ep r o t e i nc o n t e n t ，t h ea c i d m u c o p o l y s a c c h a r i d ec o n t e n ta n ds e n s o r yp r o p e r t i e ss u c ha sc o l o ra n dh a r d n e s so ft h e 幽e dp r o d u c tw e r em e a s u r e d c o m p a r e dw i t hv a c u u mf r e e z ed r y i n g ，t h ec o m b i n e d p r o c e s st a k el e s sd r y i n gt i m ea n de n e r g yc o m s u p t i o n ，c o m p a r e dw i t he h dd r y i n g ，t h e c o m b i n e dp r o c e s sh a dl o w e rs h r i n k a g er a t e ，h i g h e rr e h y d r a t i o nr a t e ，h i g h e rp r o t e i n c o n t e n t ，l o w e rh a r d n e s sa n db e t t e rs e n s o r yq u a l i t i e s k e yw o r d s ：e l e c t r o h y d r o d y n a m i cf e r n ) ) d r y i n g ；a q u a t i cp r o d u c t ；s a v ee n e r g y ； m a t h e m a t i cm o d e l ， t 目录 目录 1 面临的问题1 1 2 干燥技术的发展历史与研究进展2 1 3 干燥技术在水产品加工中的应用3 1 3 1 开展水产品干燥研究的意义3 1 3 2 水产品传统干燥技术及存在的问题4 1 3 3 水产品干燥新技术的应用及发展状况6 1 3 4 开展水产品干燥新技术研究的必要性8 1 4 电流体动力学干燥技术的研究进展9 1 4 1 电流体动力学干燥技术的国内外研究概况9 1 4 2 电流体动力学干燥技术的特点1 1 1 4 3 电流体动力学干燥技术应用研究状况1 2 1 4 4 电流体动力学干燥技术存在问题和发展趋势1 4 1 5 立题背景和意义1 5 1 6 本论文的主要研究内容1 5 第2 章电流体动力学干燥机理研究1 7 2 1 前言17 2 2 试验材料与装置2 0 2 2 1 实验材料2 0 2 2 2 实验装置2 l 2 3 实验方法2 2 2 3 1 电极形状对干燥速率的影响2 2 2 3 2 加玻璃罩对干燥速率的影响2 2 2 3 3 电压极性对干燥速率的影响2 3 2 3 4 高压电场预处理对干燥速率的影响2 4 2 4 结果与分析2 4 2 4 1 电极形状对干燥速率的影响一2 4 2 4 2 加玻璃罩对干燥速率的影响2 6 2 4 3 电压极性对干燥速率的影响2 7 2 4 4 高压电场预处理对干燥速率的影响。2 8 2 5 本章小结2 9 第3 章电流体动力学干燥最佳工艺参数的优化研究3 0 目录 3 1 引言3 0 3 2 试验材料与装置3 0 3 2 1 实验材料3 0 3 2 2 实验装置3l 3 3 实验方法3 1 3 3 1 电压极性对干燥速率与干燥能耗的影响3 1 3 3 2 针间距对干燥速率与干燥能耗的影响3 l 3 3 3 针电极上下电极间距离对干燥速率与干燥能耗的影响3 2 3 3 4 针电极干燥电压对干燥速率与干燥能耗的影响3 2 3 3 5 线间距对干燥速率与干燥能耗的影响3 2 3 3 6 线电极上下电极间距离对干燥速率与干燥能耗的影响3 3 3 3 7 线电极干燥电压对干燥速率与干燥能耗的影响3 3 3 4 结果与分析3 3 3 4 1 电压极性对干燥速率的影响3 3 3 4 2 电压极性对干燥能耗的影响3 4 3 4 3 针间距对干燥速率的影响3 5 3 4 4 针间距对干燥能耗的影响3 5 3 4 5 针电极上下电极间距离对干燥速率的影响3 6 3 4 6 针电极上下电极间距离对干燥能耗的影响3 7 3 4 7 干燥电压对针电极干燥速率的影响3 7 3 4 8 干燥电压对针电极干燥能耗的影响3 8 3 4 9 线间距对干燥速率的影响3 9 3 4 1 0 线间距对干燥能耗的影响3 9 3 4 1 1 线电极上下电极间距离对干燥速率的影响4 0 3 4 1 2 线电极上下电极间距离对干燥能耗的影响4 l 3 4 1 3 干燥电压对线电极干燥速率的影响4 l 3 4 1 4 干燥电压对线电极干燥能耗的影响4 2 3 5 讨论。4 3 3 6 本章小结4 5 第4 章电流体动力学干燥技术在水产品加工中的应用研究4 6 4 1 电流体动力学干燥海参的试验研究4 6 4 1 1 引言：4 6 4 1 2 材料与设备4 8 4 1 3 实验方法和内容4 9 目录 4 1 4 实验结果与分析5 4 4 2 电流体动力学干燥海米的研究6 3 4 2 1 前言6 3 4 2 2 材料与设备6 4 4 2 3 实验方法和内容6 5 4 2 4 实验结果分析与讨论6 7 4 3 电流体动力学干燥扇贝柱的研究一7 2 4 3 1 前言7 2 4 3 2 材料与设备7 3 4 3 3 实验方法和内容7 4 4 3 4 结果与讨论7 5 4 4 本章小结8 0 第5 章电流体动力学干燥数学模型的研究8 l 5 1 引言8 1 5 2 试验材料与装置8 2 5 2 1 实验材料8 2 5 2 2 实验装置8 2 5 3 实验方法8 3 5 3 1 鲅鱼含水率的测定8 3 5 3 2 干燥电压对干燥速率的影响8 3 5 3 3 环境温度对干燥速率的影响。8 3 5 3 4 鱼片厚度和含水率对干燥速率的影响：8 3 5 4 结果与分析8 4 5 4 1 干燥电压对干燥速率的影响8 4 5 4 2 温度对干燥速率的影响8 6 5 4 3 鲅鱼的厚度对干燥速率的影响8 8 5 4 4 鲅鱼的含水率与时间的数学模型9 3 5 4 5 鲅鱼的干燥速率随含水率变化的数学模型9 6 5 4 6 鲅鱼的干燥速率随厚度和含水率变化的数学模型9 7 5 4 7 鲅鱼的干燥速率与厚度和干燥时间的数学模型9 8 5 5 本章小结。1 0 0 第6 章电流体动力学与真空冷冻干燥技术组合干燥海参的研究1 0 2 6 1 引言1 0 2 6 2 材料与设备1 0 4 目录 6 2 1 实验材料10 4 6 2 2 实验仪器1 0 4 6 3 实验方法和内容1 0 5 6 3 1 海参初始含水率测定一1 0 5 6 3 2 不同方式下海参干燥时间的测定：1 0 5 6 3 3 海参收缩率测量1 0 5 6 3 4 海参复水率测定1 0 5 6 3 5 海参质构的测定1 0 6 6 3 6 蛋白质的测定10 6 6 3 7 酸性粘多糖的测定1 0 6 6 3 8 海参干品感官评定1 0 6 6 3 9 发制后海参品质评定1 0 6 6 3 1 0 能耗的测量1 0 6 6 4 实验结果与分析1 0 6 6 4 1 不同干燥方法所需要干燥时间对比：1 0 6 6 4 2 收缩率的测定结果1 0 7 6 4 3 复水率测定结果1 0 8 6 4 4 不同的干燥方法对海参质构的影响1 0 9 6 4 5 不同的干燥方法对海参蛋白质含量的影响1 0 9 6 4 6 不同的干燥方法对海参酸性粘多糖含量的影响1 1 0 6 4 7 不同的干燥方法对海参感官品质的影响1 1 1 6 4 8 不同的干燥方法对发制后海参品质的影响1 1 2 6 4 9 不同的干燥方法所消耗的能耗对比1 1 2 6 5 本章小结1 1 3 结论。l1 4 参考文献1 1 6 攻读学位期间公开发表论文1 2 8 致谢13 0 ，是一种古老而通用 造、化工生产、造纸 和木材加工等众多领域，几乎所有的产业都涉及这一操作。干燥技术的发展，经 历了从原始的纯日晒的单一、笨拙的操作发展到对物料实施自然晾干通风( 自然 干燥法) 再到现在的多元化、自动化操作，真正实现了综合化、集成化、全自动 产业化和多系统配套化的现代化的干燥技术。目前，随着干燥技术广泛应用，干 燥面临的问题也越来越多，主要在以下几方面还有待发展：( 1 ) 干燥原理研究不 足。由于干燥是一个复杂的传热过程。它既会受到环境温度、相对湿度、空气流 动等外部因素的影响，还会受到物料种类、形状、自身物理化学性质及其内部结 构的影响。这使得干燥理论方面的研究非常困难。尽管人们对干燥技术的应用已 经做了大量的工作，但干燥技术仍然是人们了解尚不完全的一类操作。人们对干 燥机械的制造常以经验为主要依据，使用干燥理论指导不够，这一定程度上阻碍 了干燥技术向纵深发展。( 2 ) 部分干燥产品的质量差。干燥产品的质量，除了湿 含量这个基本的要求外，一般还要求产品结构、成分、化学、生化乃至电、磁性 质等保持不变。但现在很多干燥技术都存在不足，如对于热敏性物料的干燥，很 多方法常由于干燥温度过高而使干燥产品的有效成分受到较大的损失。( 3 ) 能耗 较高、热效率低。在法国、英国、瑞典等发达国家的各种工业部门总能耗中，有 高达1 2 的工业能耗被用于干燥方面n3 。虽然发展中国家目前的干燥总能耗还较低， 但今后势必迅猛增长。在全球各种工业干燥能耗中，农副产品、食品的干燥能耗 仅次于造纸工业，位居第二。我国用于干燥操作的能耗约占总能耗的1 0 左右瞄3 。 以粮食的热风干燥为例，根据联合国粮农组织统计，在2 0 0 1 - 2 0 0 2 年，全球稻谷 年产量约为4 亿吨，玉米约为5 8 7 亿吨，小麦年产量约为5 7 2 亿吨口1 ，收获时它 们的含水量通常介于2 0 3 0 之间，若将其干燥到安全水分1 0 1 3 ，如果以平 均值计算，需要脱出约2 。1 亿吨水份，消耗2 1 9 1 0 7 吨标准煤n 1 。国际干操协会主 席m u j u m d a r 教授认为干燥能耗与一个国家的生活水平存在一定的关系h 1 。随着人 第1 章绪论 民生活水平的不断提高，消费者对加工食品的需求量与日俱增，农副产品被 的比例也越来越大，干燥农副产品和食品所消耗的能源也将会逐年增加。所 农副产品和食品的干燥研究中，节能将成为一个永恒的主题。 。 1 2 干燥技术的发展历史与研究进展 尽管人类对干燥科学的研究起步较晚，但在很多研究者的努力下已取得了很 大进展。其中贡献最大的学者主要有s h e r w o o d 、h o u g e n 、k r i s c h e r 和l u i k o v 等，1 9 2 9 年s h e r w o o d 首次从工程学角度出发提出“干燥”这个观念，认为干燥的驱动力来 源于扩散，并首次先将热传导方程傅立叶定律用于固体干燥的理论研究，迈 出了干燥理论研究的第一步；1 9 3 3 年k r i s c h e r 针对毛细管多孔介质提出了他著名 的“k r i s e h e r ”型，阐述了毛细管多孔介质中毛细管直径大小分布和势差作用，并 定义了具有明确物理意义的水分传递系数哺1 。h o u g e n 在1 9 3 7 年提出，毛细管力也是 干燥的一种驱动力，在此之前人们一直认为扩散是干燥的唯一驱动力，以上三位 科学家分别从不同方面研究了干燥驱动力，而l u i k o v 从不可逆热力学出发，综合发 展了上述几位科学家的研究成果，提出了干燥过程中迄今为止最为完善的干燥方 程，即瞬时热质与动能传递模型。是干燥理论研究历史上的一个里程碑。随后发 展的很多模型多是以此为基础进行的简化与改进嘞，诸如扩散方程和其简化形式 等。此外，关于干燥理论的研究还有很多经验和半经验模型，例如指数模型及其 改进形式等。从工程应用的角度来看，这些模型更为简单、实用和方便。 和其它科学技术一样，干燥技术在长期的实践过程中也取得了长足的发展与 进步。当今，已有很多的人工干燥方法被应用于生产实践中，目前干燥器的种类 已多超过4 0 0 多种，约有2 0 0 多种己经在工农业生产得到应用。根据不同的条件干 燥方法有不同的分类方法。按照干燥过程中热量传递形式的不同可分为传导干燥、 对流干燥和能量干燥；按照气流和物料的运动方式不同可分为顺流式、逆流式和 横流式干燥；按照排出干燥物料的方式的不同可分为批式、连续式与循环式干燥； 按照物料在干燥机的运动形式不同可分为流化床、固定床、沸腾床和喷动床干燥： 按物料在干燥过程中的压力不同可以分为常压干燥和真空干燥等哺1 。 干燥方案与干燥工艺直接影响着产品的性能、形态、质量以及过程的能耗等 诸多方面。近年来，随着人类科技的不断进步，干燥已不仅仅是对物料实施单元 2 电流体动力学节能干燥技术及其应用研究 操作的一项技术，它已被作为一种研究探索新产品和提高产品质量的新方法，同 时，发展高效、节能、无污染、低排放的干燥技术与设备，具有极大的经济效益 和社会效益。因此，节能是今后研究干燥技术及开发新型干燥设备的一大目标， 主要通过对设备本身的改进；寻找新的能源代替原来的煤、电等能源，以及充分 利用工业生产中的余热等来节约能源。实现零污染、低排放是今后研究干燥技术 及开发新型干燥设备的又一大目标，同时，针对不同的物料选择最适合的干燥技 术，提高干燥产品的品质，通过试验研究来探寻最佳的干燥工艺参数也是今后干 燥技术研究的一个重要目标。世界干燥专家、国际干燥学术期：t q j d r y i n g t e c h n o l o g y 的主编a n ms ，m u j u m d a r 教授预测今后干燥技术发展趋势仍将沿着实现有效利用 能源，减少环境污染，提高产品质量，具有操作安全、易于控制等方向发展n 1 。 1 3 干燥技术在水产品加工中的应用 1 3 1 开展水产品干燥技术研究的意义 干燥是食品储藏的重要手段之一，也是加工高质量食品的一项重要加工技 ： 术。农副产品与食品的种类繁多，而绝大多数农副产品和食品都含水率较高，如： 小麦、稻谷、玉米、鱼、虾、海参、糖、淀粉、咖啡、奶粉、食品配料、调料及 水果和蔬菜等等。因此它们的；b n - r - 都和干燥密切相关，人们越来越认识到，尽管 采用腌制、薰制等方法加工的食品可达到长期贮存的目的，但应用这些方法所的 产品不仅营养损失严重且具有含致癌物质，而经脱水干燥所得食品具有绿色、方 便和健康的优点。 水产品是农业生产中除谷物、蔬菜和水果外最重要的农副产品，是身受人们 喜爱和必需的食品之一，是人类蛋白质的重要来源之一，它们不但味道鲜美，而 且具有非常丰富的营养。但由于水产品收获期相对集中，生产具有季节性，蛋白 质含量高，产品容易腐败变质，必须采取有效的方法对其进行保鲜和加工，如鱼 类产品，由于体内水分含量高，头、腮、内脏携带大量的细菌，导致鱼体自溶现 象较为强烈。由于水产干品含水量很低( 通常在1 4 以下) ，这不仅使的其从生产到 消费的过程中不需冷藏，且便于运输、储藏，食用也更加简便、投资成本也更低， 此外干燥后的产品还可避免长时间的低温储藏所造成的污染和品质降低。因此， 水产品的干燥生产已成为水产品加工的重要方法之一n 。1 们。此外，很多水产干制品 第1 章绪论 因其具有独特风味也身受人们的青睐，如干咸沙丁鱼、干咸鳕鱼和干成鲨鱼等都 是世界很多国家人们十分喜爱的食品叫铂，各种烤鱼片、干海参、海米、干鲍鱼、 干贝干等也是深受我国消费者欢迎的风味特异的水产干品、半干品。近几年，世 界每年干燥鱼的总产量达3 1 4 0 0 0 0 t n 羽。 1 3 2 水产品传统干燥技术及存在的问题 传统的水产品干燥方法主要包括自然干燥和热风干燥。自然干燥即利用太阳 和由此产生的热风为热源，将原料置于阳光下曝晒成干，或放在通风良好的室内、 凉棚下阴干。此类方法简便易行，无需专门的设备，生产成本低，节约能源，是 最经济的干燥方法。目前，室外自然晒干仍是世界许多国家和地区、尤其是亚洲、 非洲及太平洋地区众多发展中国家水产品干燥加工的主要方式之一。由于自然干 燥对自然环境依赖性强，干燥条件不易控制，特别是在阴雨潮湿天气条件下，无 法实现正常干燥操作，因此生产的不可预测性较大。如果在干燥过程中遇到阴雨 天气，就会造成干燥产品变质，带来巨大经济损失n 钔，同时，由于自然干燥法所 需干燥时间长，一般都需要几天以上，且需要在夜间回收储藏，使得干燥过程中 的卫生条件较难控制，如雨水、砂土、蚊蝇和啮齿动物等都会造成干品的质量、 产量的显著下降n 羽，椐统计在印度西南部，每年约有一半的干燥时间会受到苍蝇 的严重袭扰，造成约十分之一的产量损失，在马拉维和孟加拉等国，由于苍蝇的 袭扰所引起的产量损失更高达到3 0 和2 5 之多n 卜墙】。一些渔民为了防止这些昆虫 和瞒虫的侵害，甚至在鱼品的干燥过程中使用d d t 等杀虫剂，造成产品的严重污 染，对人体健康和自然环境造成严重危害n7 1 ，1 9 8 2 年f d a 报告指出由亚洲进口的 自然干燥虾中有约4 2 的产品中含有大量的啮齿动物的毛发、鸟类的羽毛、螨虫、 昆虫和昆虫碎片等n 9 1 。由于这些缺点和局限性，目前自然干燥法还仅限于在空气 干燥和阳光充足的地区使用。 近年来，利用太阳能干燥水产品己越来越手段人们的重视，已有学者开展了 太阳能干燥与人工干燥相结合的太阳能干燥研究。r e z a 等利用他们设计的新型的 太阳能隧道干燥器进行了海鱼的干燥试验，取得了较好的干燥效1 ，d j a t m i k o 等在 马来西亚利用太阳能和油炉联合干燥器进行了鱼品的干燥试验，取得了较好的干 燥效果n 射。在我国也有一些关于太阳能干燥技术方面的研究报道，对于太阳能干 4 电流体动力学节能干燥技术及其应用研究 燥器的研究正由小规模试验逐步向着生产性试验前进，并取得了一定的经济效益 t 2 0 - 2 口3 o 热风干燥技术又称常规对流干燥或热空气干燥，它是以热空气做为干燥介质， 将热量传递给湿物料，使得湿物料由外向内温度逐渐升高，物料内部的水分以气 态或液态形式扩散至物料表面，汽化的蒸气从表面经扩散或对流的方式传递到干 燥介质主体，由热空气带走的干燥过程。在干燥过程中，传热与传质同同时发 生。热能以对流方式传给物料表面，然后再由物料表面传至内部；物料内部水分 向表面扩散，被激化后由物料表面扩散至气相主体。传热的推动力是温度差，传 质的推动力是水的浓度差，或水蒸气的分压差，传热和传质的方向相反。热风干 燥由于设备投资少，适应性强，操作、控制简单等优点，而被广泛地应用于水产 品的干燥加工，例如罗非鱼嘶3 、沙丁鱼n 0 确1 、鲨鱼n 1 嘲、裙带菜、各种调味鱼 片捌、龙头鱼、虾捌、扇贝柱、草鱼3 、鳙鱼明、鱿鱼、雪菜蛤鱼棚等方 便食品的干燥加工。 研究表明，如果在高温条件下进行快速热风干燥，易使产品发生表面干燥效 应，造成水产品表面硬化，使得产品内部水分向外扩散困难，而在较低的温度下 进行热风干燥所需的干燥时间一般较长。中国海洋大学的张亚琦等利用热风干燥 鲍鱼，在4 0 温度下干燥，所需干燥时间是自然晾晒5 0 n 叭；s a n k a t 等进行了鲨鱼 块的热风干燥实验，在风温为4 0 - 6 0 时约需7 0 h ；p r a c h a y a w a r a k o m 等人利用 1 2 0 - - 1 4 0 c 的热风干燥虾片，所需干燥时间为7 0 1 l o m i n t 嘲；类永江在4 5 , , 6 5 。c 温度 下用烘道对龙头鱼进行薄层干燥，当样品湿基含水率降至1 2 时，需要1 3 2 0 h 汹1 。 人们经常采用间歇罨蒸的方法来干燥一些尺寸较大且脱水较难的水产品，这种方 法是先将水产品进行一段时间的干燥后停止干燥，然后将被干燥物料堆积并蒙盖 起来保持一段时间，在这段时间内被干燥产品内部水分能够继续向外扩散汹崩确 3 7 1 ，一个完整的干燥过程通常由几个这样的干燥周期组成。同时，在热风干燥过程 中，由于长时间的高温干燥、产品与氧气长时间接触，导致大量的维生素和色素 氧化、水产品中较多的溶质由内部移至表面，对高脂肪性鱼类还会使脂肪严重氧 化，产生不良气味并使水产品的组织结构和生理活性成分及热敏性成分遭到很大 破坏，大大降低产品品质( 表面硬化开裂、过度收缩、复水性低、褐变、维生素和 芳香物质损失等) 。此外，热风干燥过程还会导致细菌的大量滋生，降低干品质 量如。 1 3 3 水产品干燥新 很多实验结果表 下对水产品进行干燥 近年来，水产品低温 燥技术如真空冷冻干 一定的应用。 真空冷冻干燥技 态下加热，将水产品 中的水分使水产品干 以不损害易氧化、易 产品的形状、色泽、 快捷酬羽。例如，何学连等利用真空冷冻干燥白对虾，发现干燥后白对虾的组织结 构和复水性很好h 加。谢国山等对牡砺进行了真空冷冻干燥工艺的研究，实验结果 表明冻干牡砺的复水性很好，在常温水中分别浸泡1 5 、3 0 和4 5 r a i n 的牡蛎干品，其 复水率分别为6 9 0 3 、7 3 1 5 和7 5 0 2 ，与实验前测得的新鲜牡蛎的含水率7 9 6 4 非常接近，同时也证明了牡蛎的内部结构保持良好h 钔，徐瑛使用m i n i f a s t - 0 4 型真空 冷冻干燥机进行冻干黄蚬试验，也取得了较好的干燥效果h 钉：叶彪等采用真空冷 冻干燥罗非鱼，干燥后鱼片形状变化很小，干燥效果较好，他们还研究了鱼片厚 度、预冻温度，冻干时间，加热板温度等实验参数对罗非鱼干燥速率的影响n 射， 关志强用l