果蔬渗透脱水技术与设备研究----申请表

1 附件 1 陕西科技大学大学生创新创业训练计划 项目申报表 推 荐 学 院机电工程学院 项 目 名 称 果蔬真空渗透脱水技术与设 备的研究 项 目 类 型创新训练项目 所属一级学科名称动力工程及工程热物理 所属二级学科名称过程装备与控制工程 项 目 负 责 人 谭礼斌 申 报 日 期2013 年 5 月 1 日 陕西科技大学 二 一三年四月 2 项目名称果蔬真空渗透脱水技术与设备的研究 项目类型 创新训练项目 创新创业项目 项目实施时间起始时间 2013 年 5 月 完成时间 2014 年 5 月 姓 名 年级学号 所在院系 专业 联系电话E mail 主持人 谭礼 斌 过控 101 201005050120机电工程学院 过程装备与控 制工程 187108328301364979930 李鹏过控 101 201005050113机电工程学院 过程装备与控 制工程 183921882661369226339 申请人或申请团队 成 员 姓名袁越锦研究方向化工机械设备与干燥技术及节能 指导教师 年龄 39行政职务 专业技术职务 副教授 3 主要成果 1 1 教学 教学 主讲 高等热力学 干燥原理及应用 工程热力学 传热 学 安全工程 及 粉体工程 等课程 2 2 科研 科研 主编 UG NX 6 0 建模基础与实例 化学工业出版社 参编 现代干燥技术 专著 教材 发表学术论文 30 余篇 其中 16 篇被 SCI EI 收录 获得国家发明专利 8 项 实用新型专利 10 项 目前主持的科研项目主要有国家自然科学基金项目 基于多尺度 理论的颗粒堆积多孔介质干燥热质传递机理分析与模型构建 51276105 经费 78 万元 陕西省自然科学基金项目 省教育厅自然科学基金项目 浙江温州市科技计划项目 陕西科技大学科研启动基金和自然科学基金项 目等 到位研究经费累计约120120余万元 3 3 代表性论文 发明专利 如下代表性论文 发明专利 如下 1 Yuejin Yuan Yingying Xu and Xiangdong Liu CFD modeling of subcooling process for beer fermentation liquid Asia Pacific Journal of Chemical Engineering 2009 4 1 99 106 SCI EI 收录 收录 2 袁越锦袁越锦 徐英英 杨彬彬 等 非固结多孔介质干燥的双尺度孔道网络模 型与模拟 工程热物理学报 2010 31 2 302 306 EIEI 收录 收录 3 袁越锦袁越锦 一种太阳能果蔬热风真空组合干燥设备及干燥方法 CN201110399465 5 发明发明 4 1 项目实施的目的 意义 1 研究意义 研究意义 近十几年来 我国果蔬产业得到了迅猛发展 据中国果品流通协会 2010 年 10 月统计显示 2009 年我国水果总产量 2 04 亿吨 包括果用瓜 比 2008 年增加 1240 万吨 增幅为 6 1 这是 我国自 2000 年来水果产量连续第九年增长 水果总产值超过 3100 亿元 约占农林牧渔产值的 6 占农业产值的 11 由于果蔬生产的季节性和地域性很强 而我国现有加工能力和水平还较 低 致使每年采收后腐烂损耗高达 20 30 造成农副产品资源的极大浪费 严重影响了农村经 济的发展 因此 为保证我国果蔬加工产业的持续健康发展 整合现有资源 培育龙头品牌 引 进新技术 新工艺 不断开发新品种 研究新设备就成为摆在我们面前的首要任务 在我国 虽然果蔬种植历史悠久 但果蔬加工产业仍然是一个新兴的产业 主要表现在加工 深度不够 技术装备较落后 产品品种较单一 产业不够集中 缺少在国际上有竞争力的品牌等 方面 正因为如此 我国果蔬采收损耗率高达 20 30 而发达国家只有 5 我国农产品产后产 值与采收自然产值之比为 0 38 1 而美国和日本分别为 3 7 1 和 2 2 1 我国 90 以上的水果用 于鲜销 发达国家则用 40 70 的水果进行加工 个别国家加工量占水果总产量的 70 80 从 以上数据可以看出 我国果蔬产量虽然很高 但加工比例很小 仍以鲜销为主 速食及半成品品 种也较少 加工量不及 10 而发达国家 70 以上的果蔬都经过加工 不但附加值大幅度提高 所 造成的浪费和污染也较小 综合效益明显提高 尽管常压热风干燥是蔬菜脱水最常用的方法 但 我国能打入国际市场的高档脱水蔬菜大都采用真空冻干技术生产 微波干燥和远红外干燥技术也在 少数企业中得到应用 流化床干燥机也是常见的一种方式 目前 在我国脱水蔬菜的加工方法 一是常压热风干燥 二是真空干燥 三是微波干燥 四 是远红外干燥 其中 90 以上是常压热风干燥 主要设备包括热风翻板式烘干机 热风隧道式烘 干机或烘房 西北地区普遍采用烘房形势 也有的用薰窑 以燃烧煤 柴作热源 通过抽风或鼓 风进行湿热传递 操作简单 成本低廉 但其主演 要的缺点是受热不均匀 烘烤时间长 温度 风速及产品出炉时间控制的较差 因而产品档次低 经济效益差 我国打入国际市场的高档脱水蔬菜大都是真空冻干技术生产的 由于冻冷干燥设备较昂贵 生产成本高 现仅有广东 山东 武汉 江苏和宁夏等地少数几家应用生产 面对强大的国际 国内市场需求 我国的冷冻脱水蔬菜生产基地还远未形成规模 对于微波干燥和红外干燥技术 虽然加热均匀 升温快 产品品质优良 营养成分能保持新鲜蔬菜的 97 以上 但因其技术含量 高 使用时对监控手段和供电条件要求严格 特别是大型设备 价格高 耗电量大 故应用很少 仅有青岛源发食品有限公司采用微波脱水技术 而目前在我国大多数中大型脱水生产企业基本上 已实现了锅炉带动的热风干燥形势 尤其是隧道式烘房基本上能满足普通脱水菜的生产效率和产 品的质量 我国现在运行的蔬菜脱水设备 有 80 以上由国外进口 这些进口设备制造技术精良 但价格昂贵 虽然国内 也涌现出大大小小几十家脱水蔬菜设备生产厂家 但除少数几家公司有 研制能力外 大部分的厂家设备质量不过关 无法满足出口质量的标准 因此 市场竞争力弱 总之 随着社会经济与人民生活水平的提高 消费者对蔬菜的需求已从数量的满足 转向对 营养型 安全而快捷型及周年均衡型等方面的需求 故适合这些消费特点变化的生产技术 加工 手段及流通方式 均具有良好的应用前景 考虑到我国的果蔬生产的现状 有必要结合自身需求 研制一种果蔬渗透脱水设备 5 2 果蔬生产脱水果蔬生产脱水 果蔬渗透脱水是指在一定温度下 将水果或蔬菜浸入高渗透压的溶液 即糖溶液或盐溶液 中 利用细胞膜的半渗透性使物料中水分转移到溶液中 达到除去部分水分的一种技术 与传统 的热风脱水相比 由于水分的转移而没有发生相的变化即无需加热 因而渗透脱水的脱水具有能 耗低 营养成分损失少的特点 由于它可以在较短的时间内除去水果 蔬菜里的水分而不损坏其 组织 使它们仍能保持原有风味 色泽 营养和品质 而且感观与新鲜时几乎一样 因此是一种 颇受看好的加工技术 在生产中 渗透脱水可以作为果蔬加工的一种前处理方式 与果蔬干燥 冷冻 罐藏等方法 组合使用 渗透脱水后的产品进一步干燥时使用果蔬的干制品 渗入到组织内部的糖分可对果蔬 制品起到一定的保护作用 从而可以避免或限制使用二氧化硫 同时增加了产品在贮藏期的色素 稳定性 另外 从生产角度来说 经渗透脱水的果蔬再行干燥时 产品的干燥时间可缩短 10 15 同时由于体积和重量的减少 使干燥的有效荷载增加 2 3 倍 从而大大节省了能耗 渗透脱水水果用来制作果酱时 可使产品的感官品质优于普通果酱 由于渗透脱水具有诸多好处 将使这一技术作为果蔬前处理方法而得到广泛的推广应用 应用的日益广泛 水果和蔬菜的人类摄取维生素 矿物质 有机酸 膳食纤维等营养成分和生理活性成分的主 要来源 其在平衡膳食中占有非常重要的地位 在人们日益追求安全 营养 保健 方便的绿色 食品中 脱水果蔬越来越受到人们的青睐 已成为我国出口创汇的主要产品之一 为了最大限度 的保留脱水果蔬的色香味和维生素等热敏性成分或生理活性成分 渗透脱水技术联合其它干燥技 术 如热风 冷冻 微波 远红外干燥技术等 目前 国际国内蔬菜加工的数量和需求不断上升 加工的方法不断更新 渗透脱水可以作为脱水蔬菜 速冻蔬菜 罐藏蔬菜的前处理方法 而通过 渗透脱水制得的中等水分的水果可作为甜点心 酸奶 冰淇淋等的原料 提高果品的利用价值和 经济效益 渗透脱水技术在不断完善自身技术方法和设备的同时 与其它食品加工技术结合的联合技术 在理论的建立 完善和应用中将向着更深更广的方向发展 将作为果蔬加工的前处理方法而得到 广泛的应用 果蔬渗透脱水与传统的热风脱水相比由于水分的转移而没有发生相的变化即无需加 热因而渗透脱水的脱水具有能耗低营养成分损失少的特点 由于它可以在较短的时间内除去水果 蔬菜里的水分而不损坏其组织使它们仍能保持原有风味色泽营养和品质而且感观与新鲜时几乎一 样 因此是一种颇受看好的加工技术 3 果蔬生产脱水主要工艺果蔬生产脱水主要工艺 脱水干制方法有自然晒干及人工脱水两类 人工脱水包括热风干制 微波干制 膨化干制 红外线及远红外线干制 真空干制等 目前蔬菜脱水干制应用比较多的是热风干燥脱水和冷冻真 空干燥脱水 冷冻真空脱水法是当前一种先进的蔬菜脱水干制法 产品既可保留新鲜蔬菜原有的 色 香 味 形 又具有理想的快速复水性 现将热风干燥脱水蔬菜和冷冻真空干燥脱水蔬菜加 工的工艺流程和方法介绍如下 1 热风干燥脱水蔬菜加工的工艺流程和方法热风干燥脱水蔬菜加工的工艺流程和方法 1 原料挑选 选择具有丰富肉质的蔬菜品种 脱水前应严格选优去劣 剔除有病虫 腐 烂 干瘪部分 以八成成熟度为宜 过熟或不熟的亦应挑出 除瓜类去籽瓤外 其他类型蔬菜可 用清水冲洗干净 然后放在阴凉处晾干 但不宜在阳光下曝晒 2 切削 烫漂 将洗干净的原料根据产品要求分别切成片 丝 条等形状 预煮时 因原料 不同而异 易煮透的放沸水中焯熟 不易煮透的放沸水 水温一般在150 以上 6 中略煮片刻 一般烫漂时间为2 4分钟 叶菜类最好不烫漂处理 3 冷却 沥水 预煮处理后的蔬菜应立即进行冷却 一般采用冷水冲淋 使其迅速降至常温 冷却后 为缩短烘干时间 可用离心机甩水 也可用简易手工方法压沥 待水沥尽后 就可摊开 稍加凉晒 以备装盘烘烤 4 烘干 应根据不同品种确定不同的温度 时间 色泽及烘干时的含水率 烘干一般在烘房 内进行 烘房大致有三种 第一种简易烘房 采用逆流鼓风干燥 第二种是用二层双隧道 顺逆 流相结合的烘房 第三种是厢式不锈钢热风烘干机 烘干温度范围为65 85 分不同温度干 燥 逐步降温 采用第一 第二种烘房时 将蔬菜均匀地摊放在盘内 然后放到预先设好的烘架 上 保持室温50 左右 同时要不断翻动 使其加快干燥 一般烘干时间为5小时左右 5 分检 包装 脱水蔬菜经检验达到食品卫生法要求 即可分装在塑料袋内 并进行密封 装箱 然后上市 2 冷冻真空干燥脱水蔬菜加工的流程 冷冻真空干燥脱水蔬菜加工的流程 1 原料挑选 叶菜类蔬菜从采收到加工不应超过24小时 人工挑选出发黄 腐烂部分 根茎 类蔬菜人工挑选出等外品 腐烂部分 并分级 2 清洗 去除蔬菜表面泥土及其他杂质 为去除农药残留 一般需用1 55 1 盐酸溶液或 0 05 0 1 高锰酸钾或600毫克 公斤漂白粉浸泡数分钟进行杀菌 再用净水漂洗 3 去皮 根茎类蔬菜应去皮处理 化学碱液去皮原料损耗率低 但出口产品一般要求人工去 皮或机械去皮 去皮后必须立即投入清水中或护色液中 以防褐变 4 切分成型 将蔬菜切分成一定的形状 粒 片状 切分后易褐变的蔬菜应浸入护色液中 5 烫漂 一般采用热水烫漂 水温随蔬菜品种变化 一般为100 以上 时间为几秒种到数分钟不等 烫 漂时 可在水中加入一些盐 糖 有机酸等其他物质 以改变蔬菜的色泽和增加硬度 6 冷却 烫漂结束后应立即冷却 水冷或冰水冷 冷却时间越短越好 7 沥干 冷却后 蔬菜表面会滞留一些水滴 这对冻结是不利的 容易使冻结后的蔬菜结成块 不利于 下一步真空干燥 方法一般采用离心甩干式 8 冻结 沥干后的物料快速急冻 冻结温度一般在 30 以下 为下一步真空干燥作好准备 9 真空干燥 预冻后的蔬菜放入真空容器由借助真空系统将窗口内压力降到三相点以下 由加热系统供 热给物料 使物料水分逐渐蒸发 直到干燥至水分终点为止 10 分检计量 冷冻干燥后的产品应立即分检 剔除杂质及等外品 并按包装要求准确称量 入袋待封口 11 包装 用双层塑料袋真空包装 由于产品氧化褐变 可用充氮包装 包后放入外纸箱中入库贮存 蔬 菜脱水机制作过程 洗菜洗菜 使用洗菜机或者人工洗菜 确保被脱水蔬菜无泥土 无杂质 切菜切菜 需要使用专业切菜机 按照要求的规格切菜 脱水脱水 蔬菜脱水 分为烘干脱水 AD 蔬菜 冷冻脱水 FD 蔬菜 包装包装 脱水完毕后的蔬菜 装入2层保鲜袋中 用真空封口机将保鲜袋封口 然后装入编织袋中 保存保存 最后将脱水蔬菜放入零度的冷藏室中保存 可以保存半年左右 7 洗菜 切菜 脱水洗菜 切菜 脱水 蔬菜脱水 分为烘干脱水 AD 蔬菜 冷冻脱水 FD 蔬菜 包装 保存包装 保存 最后将脱水蔬菜放入零度的冷藏室中保存 可以保存半年左右 3 3 其他其他 果蔬粉的加工将新鲜果蔬用热风干燥或真空冷冻干燥后粉碎成粉状 其水分含量低于 6 不仅最大限度地提高了原料的利用率 而且产品易于贮藏运输 果蔬粉能应用到食品加工的各个 领域 用于提高产品的营养成分 改善产品的色泽和风味 丰富产品的品种 目前 果蔬粉的加 工正朝着超微粉碎的方向发展 超微粉碎加工技术在不破坏其组织结构的情况下 可以使其细度 高达 2000 目 产品表面积大 孔隙率较高 包容性强 产品的品质也得到充分改善 自然风味得 以进一步发挥 物料的分散性 溶解性 吸附性也可得到显著改善 原料的利用率还可大大提高 果蔬干制品经超微粉碎后颗粒可以达到微米级 食用更加方便 更易消化吸收 口感也更好 而 且果蔬中的膳食纤维也能被充分利用 减少了废渣 符合当今食品行业 高效 优质 环保 的 发展方向 表 1 1 渗透脱水技术在果蔬加工中的应用 应用举例 部分脱水 固体原料 配合其它加工手段 巴士灭菌 低温冷藏 冷冻 进一步干燥脱 水 常压气体干燥 真空干燥 冷冻干燥 微波 干燥等 腌制糖渍 浸糖 盐渍 浸盐 调整产品配方 目的在于 获得更好的感官品质 改善产品的结构 通过添加钙离子 酶制剂 来突出产品的结构特点 弹性 咀嚼性等 强化营养 添加一些功能因子 延长保质期 添加生物防腐剂 化学防腐剂 综合运用上述三种手段开发保质期更长的微加工果蔬产品 4 果蔬渗透脱水开发国内外研究现状和前景果蔬渗透脱水开发国内外研究现状和前景 1 1 果蔬渗透脱水的现状果蔬渗透脱水的现状 用来进行蔬菜脱水的方法有以下几种 渗透脱水 热风干燥 微波干燥 真空干燥 红外辐射干 燥等 果蔬渗透脱水是指果蔬在一定温度下 浸入一高渗透压的溶液中 除去其中部分水分的一 种方法 因植物细胞壁是一种半渗透膜 具有部分选择性 因此在渗透脱水时 存在两个相反的 质传递 8 过程 植物细胞中的水分透过膜进入溶液 溶液中的溶质也有一部分渗透到细胞中去 在目前节 能的大背景下 渗透脱水成为了热点 热风干燥需要的时间长 耗能大 生产成本大 而且果蔬 品质不好保证 常常被氧化 微波干燥是目前研究的比较成熟而且应用前景也很广阔的一种脱水 方法 也可以与其它方式结合进行联合脱水 真空干燥主要利用水分的沸点是随着压力的降低而 减小的原理 可以在较低的温度下对果蔬进行脱水 有利于保持果蔬的原味 红外辐射是 当红 外线频率和分子结合的振动频率相一致时 红外线能量就能转换为分子的振动能量 高分子物质 温度就上升 这就是红外线辐射加热的机理 果蔬体积小 脱水效果明显 果蔬组织结构的严实程度 初始不溶性固形物与可溶性固形物的含量 细胞间距 水溶性果胶和原果胶的比例 酶活性的大 小等等都是制约脱水效果的因素 水果外表皮蜡质含量越低 除水效果越明显 因此 果蔬渗透脱水 前往往进行皮处理 主要是使用一些化学物质除去果皮中的蜡质层 增加半透膜的脱水作用 一般 使用 C10 C18 的脂肪酸乙酯对果皮进行处理 Constantine 等人 1984 研究得出 用 1 的油酸 乙酯来浸泡甜玉米和未成熟的玉米 30s 然后进行空气干燥 其脱水效果大大提高 Punting 等人 1970 研究发现处理樱桃 葡萄 杏子的油酸乙酯的最佳浓度分别为 1 2 和 2 5 Marco Riva 报道经油酸乙酯处理的葡萄的脱水效果大大提高 这些实验研究表明 水果表皮对 水的渗透性是制约渗透脱水效果的因素 加拿大的 L Yu 等人 1997 对樱桃和蓝莓的皮处理进行 研究 选用以下三种方法 a1 蒸汽处理 30s b1 在 90 条件下在热水中浸泡 30s c1 用 1 的豆 蔻酸乙酯在 30 条件下浸 1min 实验证实 经以上处理的樱桃和蓝莓再进行渗透脱水时 其脱水 效果大增 而且可缩短随后进行的空气干燥时间 特别是在 13718kPa 压力下 经过 30s 蒸汽处理的 试样 其渗透脱水效果最佳 2 2 渗透脱水的应用前景渗透脱水的应用前景 渗透脱水可以在较短的时间内除去果蔬的水分而不损坏果蔬的组织结构 经过渗透脱水的果蔬 产品仍具有果蔬应有的风味 色泽 质构 营养品质 其产品的感官品质相当不错 与新鲜果蔬几 乎一样 渗透脱水可以作为果蔬加工的一种前处理方式 与果蔬干燥 冷冻 杀菌 罐藏等方法 组合使用 渗透脱水后的产品进一步干燥生产果蔬干制品 渗入到组织内部的糖分可对果蔬制品起 到一定的保护作用 可以避免或限制使用二氧化硫 同时增加了产品在储藏期间的色素稳定性 少 量糖分的渗入可使产品比普通产品更温和可口 从生产的角度来说 经渗透脱水的果蔬再进行干燥 产品的干燥时间可缩短 10 15 同时由于体积和重量的减少 使干燥的有效荷载增加了 2 3 倍 从而大大节省了能耗 渗透脱水后的产品用来制作罐头可使用产品的感官品质优于普通罐 头产品 这一步关键是是将水果处理至 20 24 Bricks 使水果的天然风味物质增加 在以后的加热 处理时 颜色和质地的稳定性提高 并且由于重量和体积的减少 装罐能力提高 渗透脱水后的产品 进行冷冻干燥使原料体积变小及固形物增加 冷冻干燥的荷载和加工能力可提高三倍 果蔬的冷冻 往往需要消耗大量的能源以冷冻新鲜原料中所含的大量水分 经渗透脱水后 果蔬水分含量减少 冷冻期间能源消耗降低 同时 由于重量和体积减少 包装 运输及销售处理等过程中的费用相应减 少 而且 这样的冷冻产品解冻时组织破坏明显减少 与冷冻前的空气干燥相比 既节省了能源 又 避免了新鲜原料因空气干燥造成的品质下降 渗透脱水后的葡萄若用来榨汁 由于糖酸比提高 再 经发酵制得的葡萄酒的感官品质也得以提高 由于渗透脱水在果蔬的品质保持和能源消耗方面的 优势 它作为果蔬加工的前处理方法得到了国际食品界的广泛关注 是一些发达国家努力探索的一项 课题 加拿大 法国 英国 德国 意大利 希腊 比利时 西班牙 瑞士 荷兰的十三个课题组 正对渗透脱水的应用进行研究 被研究的不光是果蔬 还有鱼 肉等 在大规模工业应用时 亟待 解决的问题还有渗透溶液的在线管理 如何来控制溶液的浓度 如何来回收溶液 如何来确保渗 透溶液的微生物指标的安全性等等 目前 快餐业蓬勃发展 汉堡包 三明治 比萨饼的制作需大 量的中等水分含量的蔬菜 如 西红柿 花菜 蘑菇 胡萝卜等等 渗透脱水是制备这些脱水蔬菜的 优选方法 9 目前 国际国内蔬菜加工的数量和需求不断上升 加工的方法不断更新 渗透脱水可以作为脱水菜 速冻菜 罐藏菜的前处理方法 我国尽管是世界上第一水果生产国 但高产并没有高效 我国长期 以来重视水果的采前栽培 病虫害防治 却忽视采后处理 致使水果在分级 包装 运输等过程中 腐烂损失严重 每年约有 25 的产品因变烂而不能利用 果品加工业是实现水果采后减损增值的 主要途径之一 通过渗透脱水制得的中等水分的水果可作为甜点心 酸奶 冰淇淋等的原料 这 样可以提高果品的延伸效益 随着应用性研究的深入 渗透脱水将作为果蔬加工的前处理方法而得 到广泛应用 参考文献参考文献 1 濮良贵 机械零件 M 北京 高等教育出版社 1982 2 陈萃仁 蘑菇渗透脱水规律的研究 J 食品与发酵工业 1998 17 19 3 邱伟芬 果蔬渗透脱水的研究进展及应用前景 食品科技 2000 31 32 4 李丙智 我国苹果生产现状与发展 J 西北园艺 2002 1 6 7 5 胡昊磊 赵金红 孙亚松等 果蔬渗透脱水过程动力学研究 J 干燥技术与设 备 2007 4 193 193 6 潘永康主编 现代干燥技术 M 北京 化学工业出版社 1998 577 7 文怀兴 食品真空干燥技术与设备 农机与食品机械 J 1999 3 18 21 10 2 项目研究内容和拟解决的关键问题 1 研究内容研究内容 本项目针对目前果蔬渗透脱水技术进行调研研究 设计出一套完整的果蔬渗透脱水设备 主要研 究内容分为以下三个方面 1 果蔬渗透脱水技术的研究 包括渗透溶液种类 浓度 温度 切片大小 渗透脱水时间 水果样品和渗透液的比例 压力 搅拌方式等诸多因素对渗透脱水效果的影响 为果蔬渗透脱水 过程的工艺参数的选择提供依据 2 依据相应较佳的工艺参数 进行果蔬渗透脱水设备的整机设计 数字化样机的建立及其动 态仿真以及有限元分析 3 果蔬渗透脱水设备试验样机的加工与制作 2 2 研究目标 研究目标 1 针对果蔬渗透脱水过程的相关影响因素的参数 通过实验 确定其大概的成型范围 为实 际 11 果蔬渗透脱水过程的工艺参数的选择提供依据 2 设计出一套完整的果蔬渗透脱水设备 利用三维造型软件建立果蔬渗透脱水的数字化样机 并进行动态仿真 3 加工出试验样机 并进行果蔬渗透脱水的调试试验 3 3 拟解决的关键问题 拟解决的关键问题 1 果蔬渗透脱水过程工艺参数的选择是需要解决的关键问题 预计通过查阅相关文献 做大 量实验 确定其大概范围 为进行果蔬渗透脱水设备的设计时对果蔬渗透脱水过程工艺参数的选 择提供依据 2 进行果蔬渗透脱水设备的设计时 果蔬渗透脱水放大工艺过程中 有三个主要问题需要解 决 果蔬样品与渗透液的有效接触 果蔬原料的密度低于渗透液的密度 果蔬原料常常漂浮 在渗透液表面上 有效利用大量的渗透液 有效地循环利用渗透液降低生产成本 减少废物排放 三 项目研究与实施的基础条件 1 课题组成员在指导老师的带领下进行了大量的果蔬渗透脱水技术的前期研究工作 我们一 直关注着果蔬渗透脱水技术的国内外研究进展 搜集的大量的文献资料 向指导老师咨询了大量 的与果蔬渗透脱水技术相关的知识和技术要点 为我们对果蔬渗透脱水技术及其设备研究这个课 题的研究工作建立了良好工作基础 2 指导教师袁越锦老师具有多年 高等热力学 干燥原理及应用 工程热力学 传热 学 安全工程 及 粉体工程 等课程的教学经验 主要从事化工机械设备与干燥技术及节能 等方面的科研与教学工作 主编 UG NX 6 0 建模基础与实例 化学工业出版社 和参编 现代 干燥技术 专著 教材 共 2 部 近年来在国内外学术期刊上公开发表学术论文 30 余篇 其中 16 篇被 SCI EI 收录 获得国家发明专利 8 项 实用新型专利 10 项 指导教师对化工机械设备的优化设计与强化传热传质技术及工业节能和真空干燥技术与果 蔬的绿色精深加工等方面有很好的研究基础 可以很好的指导本项目的实施过程 3 我们都是大三学生 拥有良好的专业知识背景 能很好的思考和解决项目实施过程中遇到 的问题 12 四 项目实施方案 1 方案设计构思 方案设计构思 1 渗透方式的选择 渗透液在样品外部 样品浸泡在渗透液中 渗透液有搅拌 连续 间歇 或没有搅拌 渗透 液淋浴样品等形式 渗透液在样品外部样品浸泡在渗透液中渗透脱水的特点是通过渗透液从固体样品中取出水分 固体样品一般组织结构比较脆 比重小 渗透处理时样品被浸泡在比重大 粘度高的渗透液中 2 渗透效率的问题 工业上大部分采取搅拌的方式来提高效率 渗透液搅拌状态对渗透脱水过程中样品水分损失 和可溶性固形物搅拌有助于高浓度 高粘度渗透液中样品中的物质扩散 但是考虑到搅拌可能会 对原料造成损伤 我选择另一种方式也就是振荡来替换这种方式不但可以避免损伤原料 使得苹 果片与糖浆接触的更充分 同时解决糖浆浓度不均温度不均的问题 不但提高了渗透脱水的质量 而且也加快了速度 节省了时间 提高了效率 更加具有经济性 3 浮料 为了填料方便 结构简单 成本低 通过一个循环泵的工作从振荡槽底部抽取糖浆 再从振 荡槽的外围管道开孔通过类似喷淋的把糖浆液喷洒下来 冲力比较大一点 把浮料打下 这和空 气压缩机的上下振荡形成扰流的作用不谋而合 可以把原料充分的调动起来 避免原料一直漂浮 在液面的表面 4 渗透液的循环使用 在渗透脱水过程中 苹果中的水分流向渗透液中 渗透液浓度下降 脱水能力下降 伴随着 风味物质 色素 各种酸类 蛋白质 果胶类物质渗入渗透液中 渗透液的化学特性 物理化学 特性 感官特性等也随着渗透脱水过程的进行而逐渐改变 所以准备用消毒机和溶质添加桶保证 糖浆的浓度 质量等从而解决有效利用大量的渗透液 有效地循环利用渗透液降低生产成本的问 题 2 渗透脱水设备方案图设计 经过构思确定设备 机械振荡式渗透脱水设备结构简单 渗透溶液设计有回流管道 能够有 效调节渗透溶液浓度 同时设置气压缸的上下运动 振荡马达的左右方向的机械振动 加上原料 框下方压缩空气管的扰流 以及循环泵的喷淋作用可以强化渗透脱水过程的进行 进而最大限度 的提升传质效率 具体结构见下图 果蔬渗透脱水设备果蔬渗透脱水设备 1 空气压缩机 2 空气过滤器 3 框状压缩空气管 4 网格状原料框 5 振荡槽 6 高度杀菌机 7 溶液添加桶 8 循环泵 9 喷液管 10 竖直布置气压缸 11 振荡马达 13 1 234 56 7 8 9 10 11 该机械振荡式果蔬渗透脱水设备的组成 a 该设备包含一个振荡槽 其振荡槽四侧底端各设有一个支座 b 槽体右侧设计有一个浸