（食品科学与工程专业论文）干燥方式对果皮制品干燥特性及品质影响的研究.pdf

上海海洋大学硕士学位论文 干燥方式对果皮制品干燥特性及品质影响的研究 摘要 本研究以废弃果皮资源有效利用技术的开发为出发点，主要以柑橘属赣南橙 橙皮为研究对象，考察不同干燥方式和干燥条件对橙皮干燥特性及品质的影响。 实验采用热风、微波、热风组合微波三种干燥方法对生鲜橙皮样品进行干燥，实 验条件分别为热风温度6 0 、7 0 、8 0 ，微波功率1 5 5 w 、4 7 2 w 、7 1 0 w 以及 热风联合微波6 0 1 5 5 w 、7 0 1 5 5 w 、8 0 1 5 5 w 。 本研究从样品摆放方式，样品大小等方面确定了实验所采用的具体条件，并 就样品大小对微波和热风干燥的影响进行分析比较。干燥特性主要从不同干燥条 件下，干燥橙皮样品所得的干燥速率与时间关系、水分含量与时间关系、水份比 与时间的关系等几个方面进行考察，同时还将水份比一时间关系曲线与常见的1 1 种薄层干燥模型进行拟合，并对拟合结果进行验证。结果表明，在本实验中，微 波加热受样品摆放方式影响明显，热风干燥条件下，随着样品尺寸的增加干燥难 度加大，而在微波干燥条件下，样品尺寸越大，干燥越容易； 7 1 0 、4 7 2 、1 5 5 w 微波功率下橙皮干基含水率从2 8 4 下降到0 1 0 所需的时间分别为4 、6 、1 8 m i n ， 明显短于6 0 、7 0 、8 0 热风条件下橙皮含水率到达干燥目标值所需的时间2 3 0 、 1 8 0 、1 2 0 r a i n 。干燥至相同的水分含量所需时间长短依次为：热风干燥 热风一微 波干燥 微波干燥；热风温度6 0 、7 0 、8 0 。c 条件下的水份比一时间关系曲线与 l o g a r i t h m i c 模型拟合度最高，卡方x 2 ( r e d u c e dc h i s q u a r e ) 和复相关系数 a d j r - s q u a r e 分别为：6 0 ( 3 8 6 6 3 1 e 5 ，0 9 9 9 5 4 ) 、7 0 ( 1 4 3 6 4 1 e - 4 ，0 9 9 9 5 2 ) 、 8 0 ( 1 9 5 8 5 2 e - 4 ，0 9 9 9 8 4 ) ；微波功率1 5 5 w 、4 7 2 w 、7 1 0 w 条件下的水份比一 时间关系曲线与a p p r o x i m a t i o no fd i f f u s i o n 模型拟合度最高，卡方( r e d u c e d c h i s q u a r e ) 和复相关系数n d j r - s q u a r e 分别为：1 5 5 w ( 3 5 0 2 4 7 e - 5 ，0 9 9 9 6 4 ) 、4 7 2 w ( 9 8 6 3 1 9 e 6 ，0 9 9 9 9 1 ) 、7 1 0 w ( 1 9 7 2 3 8 e 5 ，0 9 9 9 8 4 ) 。 本研究对干燥过程中橙皮样品的升温特性、温度分布进行了考察，并对不同 干燥条件下的温度分布特性进行了比较分析。结果表明，热风干燥过程中，橙皮 样品升温平缓，温度分布均匀；微波干燥过程中，样品中心温度呈现先上升至最 高点再下降的趋势，且中心温度始终高于边缘温度；样品初始温度与初始水分含 量均会对其升温特性产生影响。 为了进一步探究橙皮样品干燥过程机理性，本研究还对不同干燥情况下橙皮 上海海洋大学硕士学位论文 样品的水分扩散系数进行了探讨，建立了水分扩散系数与绝对温度的关系，并求 得不同尺寸样品所需水分扩散活化能。结果表明，热风干燥条件下，随着样品尺 寸增加，干燥过程中的水分扩散系数减小，微波干燥条件下，随着样品尺寸增加， 干燥过程中的水分扩散系数增加。热风干燥条件下的有效扩散系数远小于微波干 燥条件下的有效扩散系数。三种尺寸样品( 1 2 r a m 、1 6 r a m 、2 0 m m ) 所需活化能 e a 分别为3 5 8 l 加o l 、4 1 7 3 k i i n o l 和4 4 6 9 k j t o o l 。 为了综合评价各种干燥方式对橙皮样品干燥特性和品质的影响，实验从干制 品色泽、收缩度、持水力，吸脂性、总黄酮含量五个方面对干燥处理后样品的品 质进行评价，并算出各种条件下的干燥能耗。结果表明，微波干燥在制品品质保 持方面的能力稍劣于热风干燥，但采用热风组合微波干燥方式后的制品品质与热 风干燥较为接近。微波干燥所用时间远短于热风干燥，经计算其能量消耗也远小 于热风干燥。综上所述可以推测，热风组合微波干燥方式最适于橙皮干燥，在橙 皮的综合利用开发中具有较大应用前景。 关键词：橙皮；干燥特性；升温特性；温度分布；活化能；品质 i i 上海海洋大学硕士学位论文 c o m p a r a t i v es t u d yo nt h ed r y i n gc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h e q u a l i t yo f f r u i ts k i nb yd i f f e r e n td r y i n gm e t h o d s a bs t r a c t t h r e ek i n d so fd r y i n g m e t h o d s ，i n c l u d i n gm i c r o w a v e ，h o t - a i ra n dh o t a i r & m i c r o w a v ed r y i n ga r eu s e di nt h i se x p e r i m e n t t 1 1 es t a r t i n gp o i n to ft h i ss t u d yi st o d e v e l o pan e wt e c h n i q u e ，w h i c hc a nb eu s e dt om a k ef u l lu s eo fw a s t ep e e lr e s o u r c e s t h em a i no b j e c ti st h es k i no fg a n n a no r a n g e ( c i t r u s ) ，w h i c hg r o w si ns o u t hj i a n gx i p r o v i n c e 1 1 1 e e f f e c t so fd i f f e r e n t d r y i n g m e t h o d sa n dc o n d i t i o n so n d r y i n g c h a r a c t e r i s t i ca n dq u a l i t yo fo r a n g es k i na r es t u d i e d t h ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n so f h o t - a i rd r y i n g ，m i c r o w a v ed r y i n ga n dh o t - a i rc o m b i n e dm i c r o w a v ed r y i n ga r e6 0 ，7 0 ， 8 0 ，1 5 5 ，4 7 2 ，7 1 0 wa n d6 0 一1 5 5 w ：7 0 - 1 5 5 w , 8 0 - 1 5 5 wr e s p e c t i v e l y 1 1 1 ee f f e c to ft h ed i s p l a ym o d ea n dt h es a m p l es i z eo i lt h ed r y i n gi sf i r s t l ys t u d i e d n ed r y i n gc h a r a c t e r i s t i c si n c l u d i n gt h r e ep a r t s ，w h i c ha r et h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n d r y i n gr a t e & d r y i n gt i m e ，w a t e rc o n t e n t & d r y i n gt i m ea n dm r & d r y i n gt i m e r e s p e c t i v e l y t 1 1 i ss t u d yu s e s 1 lk i n d so ft h i nl a y e rd r y i n gm o d e lt omw i t ht h e e x p e r i m e n t a lv a l u e n l er e s u l t ss h o wt h a tt h ei n f l u e n c eo ft h ed i s p l a ym o d ea n dt h e s a m p l es i z eo nt h ed r y i n gi so b v i o u s l y l a r g e rs i z e sc a l lo b t a i ns m a l l e rd r y i n gr a t ei nh o t a i rd r y i n ga n dl a g e rd r y i n gr a t ei nm i c r o w a v ed r y i n g h i g h e rp o w e ro fm i c r o w a v es p e n t s h o r t e rd r y i n gt i m e t h ed r y i n gt i m eu n d e rt h ec o n d i t i o no f p o w e r7 1 0 ，4 7 2 ，1 5 5 wi s4 ， 6 ，1 8 m i nr e s p e c t i v e l y w h i l eu n d e rt h ec o n d i t i o no f h o ta i r6 0 ，7 0 ，8 0 i s2 3 0 ，1 8 0 ， 12 0 m i nr e s p e c t i v e l y t h ec o n s u m p t i o no ft i m ew h i c ha r r i v et ot h es a m ew a t e rc o n t e n t f o l l o wt h i so r d e r ：h o ta i rd r y i n g h o ta i r m i c r o w a v ed r y i n g m i c r o w a v ed r y i n g 砀e l o g a r i t h m i cm o d e li st h eb e s tf i tt ot h eh o t a i rd r y i n g ，m ex 2 ( r e d u c e dc h i - s q u a r e ) a n d a d j r - s q u a r eu n d e rt h ec o n d i t i o no fh o ta i r6 0 ，7 0 ，8 0 i s6 0 ( 3 8 6 6 3 1 e - 5 ， 0 9 9 9 5 4 ) ，7 0 ( 1 4 3 6 4 l e - 4 ，0 9 9 9 5 2 ) a n d8 0 ( 1 9 5 8 5 2 e - 4 ，0 9 9 9 8 4 ) r e s p e c t i v e l y ； n l ea p p r o x i m a t i o no fd i f f u s i o nm o d e ls h o wt h eb e s tf i tt ot h em i c r o w a v ed r y i n g ，t h e x 2 ( r e d u c e dc h i s q u a r e ) a n d g d j r - s q u a r eu n d e r t h ec o n d i t i o no f m i c r o w a v e1 5 5 w ， 4 7 2 w ，7 1 0 wi s1 5 5 w ( 3 5 0 2 4 7 e 一5 ，0 9 9 9 6 4 ) ，4 7 2 w ( 9 8 6 3 1 9 e 一6 ，0 9 9 9 9 1 ) a n d 710 w ( 1 9 7 2 38 e 5 ，0 9 9 9 8 4 ) r e s p e c t i v e l y t h ee f f e c to ft h ed r y i n gm e t h o do nt h et e m p e r a t u r ec h a r a c t e r i s t i c sa n dd i s t r i b u t i o n s o fo r a n g es k i na r ec o n t r a s t e d r e s u l t ss h o wt h a tt h ei n f r a r e dt h e r m o m e t e rc a l lm e a s u r e t h es u r f a c et e m p e r a t u r ee x p e d i e n t l y d u r i n gt h eh o ta i rd r y i n g ，t h et e m p e r a t u r ei sas t a b l e i i i 上海海洋大学硕士学位论文 l e v e l b u ti nm i c r o w a v ed r y i n g ，i tf i r s t l yu pt ot h eh i g h e s tt e m p e r a t u r ea n dt h e nt r e n da l i t t l ed r o p t e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o nd u r i n gh o ta i rd r y i n gi se q u a l l yd i s t r i b u t e d ，i ti s d i f f e r e n t 、i 也t h a td u r i n gm i c r o w a v ed r y i n g ，d u r i n gw h i c ht h ec e n t e rt e m p e r a t u r ei s h i g h e rt h a nt h a to fe d g et e m p e r a t u r e n o to n l yt h ei n i t i a lt e m p e r a t u r eb u ta l s ot h e m o i s t u r ec o n t e n to fs a m p l ew i l la f f e c tt h ed r y i n gt e m p e r a t u r e t os t u d yt h ed r y i n gc h a r a c t e r i s t i c sf u r t h e rm o r e ，t h i sr e s e a r c ha l s oc o m p a r e dt h e h o ta i rd r y i n g 、析t l lt h em i c r o w a v ed r y i n gi nt h em o i s t u r ed i f f u s i o nc o e f f i c i e n t a n dt h e n t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nm o i s t u r ed i f f u s i o nc o e f f i c i e n ta n da b s o l u t et e m p e r a t u r eo f d i f f e r e n ts a m p l es i z ei sd i s c u s s e d t h er e s u l t ss h o wt h a t 晰t l lt h es a m p l es i z ei n c r e a s e s ， w a t e rd i f f u s i o nc o e f f i c i e n to fh o ta i rd r y i n gd e c r e a s e s ，c o n v e r s e l y , 埘mt h es a m p l es i z e i n c r e a s e s ，w a t e rd i f f u s i o nc o e f f i c i e n to fm i c r o w a v ed r y i n gi n c r e a s e s t o t a l l yc o m p a r e d ， w a t e rd i f f u s i o nc o e f f i c i e n tu n d e rt h ec o n d i t i o no fh o ta i rd r y i n gi so n em a g n i t u d e s m a l l e rt h a nt h a tu n d e rm i c r o w a v ed r y i n g a n dt h ee ac a l c u l a t e do ft h r e ek i n g so f s a m p l es i z e ( 1 2 m m ，1 6 m m ，2 0 m m ) a r e3 5 8 1 k j m o l 、4 1 7 3 k j m o la n d 4 4 6 9 k j m o l r e s p e c t i v e l y t h ee f f e c to ft h ed r y i n gm e t h o do nt h eq u a l i t y ( c o l o u r ， s h r i n k a g e , w a t e r r e t e n t i o nc a p a c i t y ，f a ta d s o r p t i o n c a p a c i t y a n df l a v o n o i d s c o n t e n t ) a n dt h e c o n s u m p t i o nu n d e rd i f f e r e n td r y i n gc o n d i t i o n so fo r a n g es k i na l s oa r ec o n t r a s t e d t h e r e s u l t ss h o wt h a tt h eh o ta i rd r y i n gi sb e t t e rt h a nt h em i c r o w a v ed r y i n gi nq u a l i t ya b i l i t y b u tw h e nc o m b i n a t i o nl o w e rm i c r o w a v ep o w e rw i t hh o ta i r , i tc a nd ot h eb e s t a s i g n i f i c a n ti n f l u e n c en o to n l yh o ta i rt e m p e r a t u r eb u ta l s ot h em i c r o w a v ep o w e ro n w r c ，f a ca n da qw a so b s e r v e d l o w e rh o ta i rt e m p e r a t u r ea n dm i c r o w a v ep o w e rc a l l g e tb e n e rq u a l i t yt h a nt h ee l s e t h ee n e r g yc o n s u m p t i o no fm i c r o w a v ed r y i n gi sf a rl e s s t h a nt h a to fh o ta i rd r y i n g i nac o m p r e h e n s i v ec o n s i d e r a t i o n , h o ta i r - m i c r o w a v e d r y i n gp r o c e s sh a sah u g ea p p l i c a t i o np r o s p e c ti nt h ec o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no f o r a n g ep e e l k e yw o r d s ：o r a n g es k i n ；d r y i n gc h a r a c t e r i s t i c s ；t e m p e r a t u r ec h a r a c t e r i s t i c s ； t e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o n ；a c t i v a t i o ne n e r g y ；q u a l i t y i v 上海海洋大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论 文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中 已经明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经 发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的 内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 菘蓐、 日期：九7 睥弓月，j 日 上海海洋大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅或借阅。本人授权上海海洋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，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密 口 ，在年解密后适用本版权书。 不保密g 学位论文作者签名：芬、燕 日期：为p 年弓月i ie 1 指导教师签名：方鳓彩 e l 峙e o 年3 月c 。日 上海海洋大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章前言弟一旱刚置 1 1 1 果皮类资源利用现状 我国是水果生产大国，水果消费主要以鲜食为主，用来加工的水果不足1 0 【l 】。 水果中果皮的比重较大，有资料显示，我国四大水果( 柑桔、苹果、香蕉、梨) 果皮占有率分别达到了1 6 - 2 3 、1 0 - 1 5 、3 4 - , - 4 1 、1 1 - 1 6 2 1 。现实生活中，大 多数果皮因为口感欠佳或不可食而被废弃，水果加工企业对果皮的回收利用也不 够重视，在水果加工过程中，果皮大多作为垃圾被废弃而未得到充分利用，造成 资源浪费的同时增加了环境负担。其实，部分水果果皮营养非常丰富，微量元素 和维生素含量甚至超过果肉，大多还具有药用价值，有效开发利用的潜力很大， 如何有效利用果皮资源成为值得研究的领域。近几年随着水果种植业和加工业的 迅速发展，以及节能减排，资源的充分利用观念深入人心。果皮的回收利用逐渐 得到重视，从水果果皮中提取果胶、膳食纤维、色素、抗氧化成分、香精香料和 其它功能性成分以及将果皮渣制成饮料、醋、复合果酱、果脯、蜜饯及发酵成饲 料等方面的生产研究成果层出不纠粥】。 1 1 。2 果皮类制品品质评价及影响因素 就目前研究情况来看，果皮类制品品质评价指标主要集中在膳食纤维特性， 抗氧化性、色素、香气、功能性成分种类及含量等几个方面。膳食纤维被公认为 是蛋白质、碳水化合物、脂肪、维生素、矿物质和水之后的第七大营养素。其作 为一种极其重要的食品成分已经成为功能性食品领域研究的热门课题。所谓膳食 纤维，即植物中不被人体所消化吸收的成分，分为可溶性膳食纤维( s d f ) 和不可 溶性膳食纤维( i d f ) ，具有较强的持水能力和吸附脂肪能力例，因此持水力与吸 脂性就成为评价制备成膳食纤维原材料果皮制品品质的主要指标，同时由于人们 生活水平的提高，对制品外观，功能性等的要求均有所提高，因此制品色泽，香 味，功能性成分也大多作为果皮制品的品质评价指标。 抗氧化性、色素、香气、功能性成分种类及含量就依据果皮种类不同各有侧 重。制取各类果皮制品大部分必须先经过干燥粗制为果粉这个阶段，然后再贮藏 上海海洋大学硕士学位论文 备用按要求制成最终成品【1 0 1 。因此干燥方式和干燥条件都会对果皮制品的相应品 质产生影响。 1 1 3 果皮类制品传统干燥方式 干燥是指在自然条件或人工控制条件下促使产品中水分蒸发的工艺过程。食 品干燥的基本过程是食品从外界吸取热量使食品内部水分向表面扩散，扩散到表 面的水分又向周围空间蒸发的过程，包括热传递和质传递两个部分【l 。果皮类制 品传统干燥方式主要采用热风干燥和自然晒干。晒干方式虽然能耗低，所需设备 少，加工成本低，但缺点是生产效率低，需要大面积的晒场，且容易受灰尘，昆 虫，鼠类的危害，受自然条件制约大，产品质量，卫生安全较难保证，因而不能 适应大规模工厂化生产。最为常见且占主导地位的热风干燥存在着干燥时间长、 能耗大、生产效率较低等缺陷，对食品的色泽，维生素c 及其他生物活性物质破坏 的程度较大【1 2 1 3 1 。目前要获得优质干燥产品常常要采用昂贵的方法和设备，如冷 冻干燥【l 6 】。但这种方法与充分利用废弃物获取经济效益初衷相违背，如何处理 好干燥的经济性与产品质量之间的矛盾，如何以低能耗和低成本获取优质的果皮 类制品，成为果皮类制品干燥加工过程中值得研究的课题。近来，由于微波加热 与传统加热原理存在的差异性，加热过程中的热效应与非热效应同时作用，使得 微波技术在食品加工中的应用日益广泛l l7 - 2 2 。其中微波干燥技术由于具有干燥速 度快、干燥时间短、 选择性加热、均匀加热且相对于冷冻干燥较经济等优点 越来越受到关注，微波干燥及微波辅助干燥技术应用前景越来越广阔 2 3 - 2 4 】。 1 1 4 微波干燥原理及特点 微波是一种高频电磁波，频率范围为3 0 0 m h z - 3 0 0 g h z ( 对应波长在l m m l m 之间) ，目前常用的频率有9 1 5m h z 和2 4 5 0m h z 2 5 - 2 7 j 。微波干燥利用的是介质损耗 原理，即物料中的极性分子在微波作用下，其极性取向随着外加电场的变化而变 化，微波场以每秒几亿次的高速周期地改变外加电场的方向，使极性分子急剧摆 动、碰撞，产生大量的热，微波能转化为热能。由于水的损耗因素比干物质大的 多，因而干燥过程中吸收微波的物质主要为水分子【2 3 1 。 通常情况下，微波干燥与传统干燥的最大区别在于其热传递与湿传递的方向 是一致的 2 8 j 。传统干燥过程中物料的温度梯度与水分梯度是相反的，越到干燥后 期，物料水分越难蒸发，干燥时间越长， 外同时进行的，由于物料内部产生热量， 2 能量消耗越大。微波对物料的作用是内 以致于内部蒸汽迅速产生，形成压力梯 上海海洋大学硕士学位论文 度，因而物料的温度梯度方向与水汽的排出方向一致，这就大大改善了干燥过程 中的水分迁移条件，驱使水分流向表面，提高干燥速度，从而缩短干燥时间，相 应的产品营养物质也得到了较大程度的保留。由于食品中各成分具有不同的介电 特性，微波吸收能力亦不同，微波加热干燥还具有选择性1 2 6 】。由于微波加热的热 效应与生物效应，微波干燥过程还能起到杀菌的作用 2 9 1 。 1 2 立论依据和研究内容 1 2 1 既往研究 微波干燥技术作为现代食品加工中使用的高新技术之一，其应用及研究均较 广泛。目前国内有关微波干燥的研究大多集中在实际生产应用方面，在基本理论研 究方面虽然有一定涉及，但还比较欠缺，国外研究很多都旨在建立微波干燥过程 中物料失水与颜色变化动力学模型【3 0 2 4 1 。研究对象包括畜牧禽肉、水产品、蔬菜 水果、五谷杂粮、饲料等几大类 2 3 ，2 5 , 2 6 7 】。不同的物料具有不同的干燥特性， 制品品质的影响因素也不一样，不同种的副作用评价指标和方法也不一样。如肉 类易发生脂质氧化、蛋白质变性，而蔬菜瓜果易发生褐变、维生素破坏、构造破 坏，谷物则是着重考察微波干燥处理对爆腰率和发芽率的影响等【2 3 | 3 1 3 2 1 。考虑到 微波干燥技术与传统干燥技术的优势互补，国内外有关微波辅助干燥技术的研究 也有一定的报道p ”。 国内有关果皮类干燥的研究较少，吕俊芳等【3 8 】采用不同方法干燥核桃外果皮 并对其棕褐色色素稳定性进行了测试，比较了干燥条件对色素的影响情况。熊曼 萍等【3 9 】利用热风喷雾干燥方法将柑橘( 橙) 果皮生产成纯天然柑橘( 橙) 果粉， 并对果粉制品的品质，理化指标进行了评价。国外有关果皮类干燥的研究相对较 为深入，m c a r m eg a r a u 4 0 1 等研究了干燥温度对桔皮膳食纤维制品理化结构和抗氧 化能力的影响。m a h i n d as e n e v i r a t h n e 4 1 】等采用高速回转干燥设备对柑橘果皮渣进 行干燥，探讨新型干燥方式下果皮制品的干燥特性和抗氧化特性。t h i t i m a k u l j a r a c h a n a n 等 4 2 】研究了干燥过程对柠檬果皮渣抗氧化物质的影响。国外研究大 多集中在传统干燥方式对果皮的干燥品质评价，少数涉及到干燥动力学的研究， 微波干燥相关研究更少。综上所述，果皮类干燥相关研究比较缺乏，微波技术在 此领域的应用空间很大。 3 上海海洋大学硕士学位论文 1 2 2 研究内容与意义 我国南方盛产柑橘属水果，种植面积具世界第一，产量具世界第三，柑橘鲜 食和加工下脚料的橘皮数量占柑橘产量的2 0 ，含有丰富的香精油，色素，果胶， 橙皮苷等，且纤维素，木质素含量也相当丰富，是制备膳食纤维制品的重要原料【4 3 j 。 其中当属赣南橙最为出名，时令季节各大超市均有销售，材料新鲜，采购方便。 因此采用赣南橙作为实验对象成本相对较低，同时也具备一定的代表性。 为了弥补果皮类传统干燥方法存在的缺陷，可以采取新型干燥方式来替代或 者作为补充手段。考虑到微波干燥技术的应用前景，以及在果皮类干燥加工中的 研究涉及较少，本研究以柑橘属赣南橙橙皮作为实验对象，着重考察传统热风干 燥，微波干燥，热风组合微波干燥三种干燥方式干燥橙皮的失水特性，升温特性， 温度分布情况以及干制品品质评价，探讨果蔬皮类薄层干燥机理和动力学特性， 为果蔬皮类制品的有效利用，大规模生产以及品质提高技术的开发提供基础性的 理论和实验研究依据。 4 上海海洋大学硕士学位论文 2 1 引言 第二章不同干燥条件下橙皮样品的干燥特性 食品干燥过程中，样品成分，大小，形状，装载方式，干燥方式和干燥条件 等都会对干燥速率，时间长短，制品品质产生影响j ，因此，确立并选取最佳实 验条件，探讨各种干燥方式干燥特性并对其进行比较为本章主要目的。 果蔬干燥大多采取薄层干燥模式，既往研究中有不少研究者建立了各种薄层 干燥模型【4 孓4 引，数学模型对干燥过程的优化和控制具有重要的意义。为了考察果 皮类制品干燥的特性与普遍适应性，本章节将果皮类干燥水份比与干燥时间的关 系与既往薄层干燥模型进行了拟合，并对拟合结果进行验证。 2 2 材料与方法 2 2 1 材料 新鲜中国甜橙，产地江西，上海沃尔玛超市购得，橙皮平均初始水分含量为 7 4 。 2 2 2 仪器设备 ( 1 ) 微波炉( 上海松下微波炉有限公司，n n g d 5 6 7 m ，c h i n a ) ： ( 2 ) 鼓风干燥箱( 上海慧泰仪器制造有限公司，d h g 一9 2 4 5 a 型) ； ( 3 ) 电子天平( 梅特勒托利多仪器上海有限公司，a l 2 0 4 型) ； ( 4 ) 红外热像仪( t h e r m ot r a c e rt h 7 7 0 0 ，n e cs a n - e ii n s t r u m e n t s ，l t d ) 。 2 2 3 材料前处理 清洗，对半切，取皮，将橙皮表面水份擦拭干净，用边缘锋利的磨具将橙皮 切成直径为1 2 ，1 6 ，2 0 r a m 圆片，调整其厚度为4 ( 士0 5 m m ) ：干燥前预先于4 c 条件下存放两小时，作为样品供试。 5 上海海洋大学硕士学位论文 2 2 4 微波干燥实验装置及微波功率的选定 实验所用微波炉相关参数为：额定输出功率1 0 0 0 w ，炉内体积( 宽，深，高) 3 5 9 m m x 3 5 2 m m x 2 1 7 m m ，炉腔容积2 7 l ，转盘直径3 4 0 m m ，微波震荡频率2 4 5 0 m h z 。 微波炉标定可选功率为17 0 w ，3 0 0 w ，5 5 0 w ，8 0 0 w ，10 0 0 w 。 采用标准测试法m ，对本实验所用松下微波炉( n n g d 5 6 7 m ) 进行实际输出 功率的检验。测定输出功率的办法是对已知数量的冷水进行加热，测出水温的变 化。 测定步骤：用玻璃烧杯装1 l 水加热2 m i n ，水的初温2 0 士o 1 ，记录at ， 平行三次取平均值，三个重复每次变异应于平均值士5 之内。 计算方法如下： 输出功率( p ) = 1 0 0 0 9 4 1 9 j ( g ) x a t c 1 2 0 s = 3 5 xa t ( m 根据实验所测值，得出微波功率与生产厂商标定的微波功率存在显著差异， 实际情况如表2 1 。 表2 - 1 微波炉实际输出功率 t a b 2 - 1a c t u a lo u t p u tp o w e ro fm i c r o w a v eo v e n 基于实际情况，本实验选取7 1 0 w ，4 7 2 w ，1 5 5 w 做为微波干燥实验功率。 2 2 5 热风干燥实验装置及热风温度的选定 实验采用热风干燥装置为d h g 9 2 4 5 a 型鼓风干燥箱，输入功率为2 4 5 0 w ，控 温范围为r t + 1 0 3 0 0 9 c ，容积为2 2 0 l ，内胆尺寸为( i m ) w x d x h ：6 0 0 x 5 0 0 x 7 5 0 ， 外形尺寸为( r a m ) w x d x h ：8 8 0 x 7 2 0 x 9 3 0 ，载物托架两块。本实验选取6 0 c ，7 0 ，8 0 作为热风干燥实验温度。 2 2 6 样品摆放方式对干燥特性的影响 称取直径为1 2 m m l 拘样品5 9 ，按单圈与多圈铺放方式均匀铺于玻璃器皿上，放 置于微波炉托盘中央，控制微波功率为7 1 0 w ，加热干燥l m i n 快速取出样品，用红 外测温仪摄得样品的温度成像。采用o r i g i n 8 0 软件对温度成像进行数值化处理，得 到样品温度分布的定量值。 6 上海海洋大学硕士学位论文 2 2 7 样品大小对干燥特性的影响 2 2 7 1 样品大小对热风干燥特性的影响 分别称取直径为1 2 m m ，1 6 r a m ，2 0 m m 的样品5 9 ，均匀铺于带盖玻璃器皿上， 放入鼓风干燥箱中，控制温度为8 0 。c ，按热风干燥步骤进行操作，记录相关数据。 2 2 7 2 样品大小对微波干燥特性的影响 分别称取直径为1 2 r a m ，1 6 m m ，2 0 r a m 的样品5 9 ，均匀铺于带盖玻璃器皿上， 放置于微波炉托盘中央，控制微波功率为7 1 0 w ，按微波干燥步骤进行操作，记录 相关数据。 2 2 8 热风干燥速率的测定 称取样品5 9 均匀铺于带盖玻璃器皿上，放入鼓风干燥箱中，分别控制温度在 6 0 9 c ，7 0 。c ，8 0 。c 。干燥时将玻璃盖打开旁置，每隔5 m i n 盖好快速取出称量并作 记录，为避免温度波动，称量时间控制在2 0 s 内( 此过程物料降温较少，温差可忽 略) 4 9 1 ，当橙皮水分含量到达安全水分含量1 0 5 时停止干燥，干样密封保存。 每批试验重复三次，取三次算数平均值。 2 2 9 微波干燥速率的测定 称取样品5 9 均匀铺于带盖玻璃器皿上，放置于微波炉托盘中央，分别控制功 率在7 1 0 w ，4 7 2 w ，1 5 5 w 。干燥时将玻璃盖打开旁置，每隔0 5 m i n 盖好快速取出 称量并作记录，操作时间控制在2 0 s 内，当橙皮水分含量到达安全水分含量1 0 - 5 时停止干燥，干样密封保存。每批试验重复三次，取三次算数平均值。 2 2 10 热风一微波干燥速率的测定 称取样品5 9 均匀铺于带盖玻璃器皿上，放入鼓风干燥箱中，分别控制温度在 6 0 ，7 0 。c ，8 0 。干燥时将玻璃盖打开旁置，每隔5 r a i n 盖好快速取出称量并作 记录，称重时间控制在2 0 s 内。当橙皮干基含水率到达1 0 时，将样品快速放置于 微波炉托盘中央，控制功率为15 5 w ，干燥时将玻璃盖打开旁置，每隔0 5 m i n 盖 好快速取出称量并作记录，操作时间控制在2 0 s 内，当橙皮水分含量到达安全水分 含量1 0 5 时停止干燥，干样密封保存。每批试验重复三次，取三次算数平均值。 7 上海海洋大学硕士学位论文 2 2 1 1 试验指标及测定方法 2 2 1 1 1 初始水分含量的测定 采用g b t5 0 0 9 3 - 2 0 0 3 食品中水分的测定方法。水分含量计算公式为： x 每【( m l m 2 ) m 1 x 1 0 0 式中：x 为样品中水分的含量，； m l 为样品初始重量，g ； l n 2 为样品恒重，g 。 2 2 1 1 2 干燥特性各参数计算方法与公式【5 眄3 】 干燥速率：相邻两次称重的差值a m ( g ) 与时间间隔a t ( m i n ) 的比值。 水份比：m i p ( m t m e ) ( m o m e ) ，m e 近似为0 。 式中：m t 为t 时刻物料含水率( 干基) ； m o 为初始含水率( 干基) ； m e 为平衡含水率( 干基) ； 干基含水率：m t = ( m 广- m 曲) r n a l , m t 为t 时刻物料干基含水率； m t 为t 时刻物料湿重； r n d b 为样品干基重。 2 2 1 2 薄层干燥模型 表2 2 为1 1 种常见的描述薄层物料干燥的数学模型。n e w t o n 模型是描述农产品 物料薄层干燥的最简单的模型，这种模型考虑了物料表面边界层对水分运动的阻 力团】。p a g e 模型和m o d i f i e dp a g e 模型用了两个常数来描述物料的薄层干燥，可以 用于描述稻谷、大豆、向日葵、玉米、人参及鳙鱼鱼片等多种物料的薄层干燥特 性。h e n d e r s o n - p a b i s 模型也用了两个常数来反映物料的薄层干燥，被用来描述带穗 谷物、小麦和玉米等物料的干燥。w a n ga n ds i n g h 模型中水份比与时间关系方程 为一元二次方程，也由两个常数来描述薄层干燥，而l o g a r i t h m i c 模型采用3 个常数， t o w t e r m ，a p p r o x i m a t i o no f d i f f u s i o n ，v e r m ae ta 1 ，t o w - t e r me x p o n e n t i a l 模型均 采用4 个常数， m o d i f i e dh e n d e r s i o na n dp a b i s 则采用了6 个常数来对各种物料的薄 层干燥进行描述，各自表达式如表2 2 所示。 8 上海海洋大学硕士学位论文 表2 2 常见的薄层干燥曲线模型 t a b 2 1t h i nl a y e rd r y i n gc u r v em o d e l sc o n s i d e r e d 采用o r i g i n 8 0 软件对各种条件下的干燥曲线进行薄层模型拟合，拟合优度参 数包括卡方x 2 ( r e d u c e dc h i s q u a r e ) ，残差平方和r s s ( r e s i d u a ls u mo f s q u a r e s ) 以及复相关系数a 两r - s q u a r e 。x 2 和r s s 越小，a d j r - s q u a r e 越大拟合度越耐5 0 1 。 2 2 1 3 模型拟合验证 将各种干燥条件下拟合度最高的模型拟合出的常数代入相应的模型，选取微 波功率7 1 0 w 和热风温度8 0 c 对半径为1 6 m m 的橙皮样品进行干燥，将实验值与模型 预测值进行比较验证。 2 3 结果与讨论 2 3 1 样品摆放方式对微波干燥的影响 图2 1 中( a ) 和( b ) 为两种摆放方式下微波干燥l m i n 时橙皮样品的红外成像， 采用数据处理软件将红外成像进行数值化处理得到温度数值分布，结果如图2 2 中 的( c ) 和( d ) 。由图可知，微波干燥橙皮l m i n 时，单圈摆放情况下的橙皮样品 表面温度分布较为均匀，大部分为7 2 ，而多圈摆放的橙皮样品温度由外而内逐 级降低，最外圈橙皮样品中心温度为7 2 ，次圈橙皮样品中心温度为6 4 c ，而最 内圈橙皮样品中心温度为5 6 c 。 一 9 上海海洋大学硕士学位论文 a ) 图2 1 两种摆放方式下微波千燥1 删n 时样品的红外成像图 f i g 2 - i t h e i n f r a r e d i m