辣椒热风干燥特性的研究.doc

辣椒热风干燥特性的研究张建军 ，王海霞 ，(1西南大学工程技术学院，重庆400716； 2马永昌 ，郑严重庆大学机械工程学院，重庆400044)摘要：为了为辣椒热风干燥及设备参数的调整提供理论依据，该文对辣椒进行热风干燥试验，研究其在不同热风温度、风速和装载厚度条件下的热风干燥特性。分析试验得出的不同条件下的干燥特性曲线，然后运用Matlab软件对散点图进行有效拟合，并将其转化成干燥速率曲线。结果表明：温度对辣椒干燥的影响最大，其次为风速和装载厚度；辣椒的干燥过程在初期的大多数时间内处于恒速干燥阶段，然后则处于缓慢降速干燥阶段。关键词：辣椒：热风干燥； 干燥特性中图分类号：$375 文献标识码：B 文章编号：1002 6819(2008)3 029804张建军，王海霞，马永昌，等辣椒热风干燥特性的研究J】农业工程学报，2008，24(3)：298-301Zhang Jianjun，Wang Haixia,Ma Yongchang，et a1Experimental research on hotair drying properties of capsicumJTransactions of theCSAE，2008，24(3)：298-301(in Chinese with English abstract)0 引 言地辣椒又称辣子、大椒、番椒、海椒，原产南美热带。辣椒不仅作为调味品，而且还富有营养价值，辣椒富含维生素A源r13胡萝卜素和13隐黄质1。辣椒入药，温中散寒，健胃消食，所含一些氧化类胡萝卜素能保护胃粘膜而起抗溃疡与抗癌变作用【”。中国是辣椒种植大国，种植面积40万hm2，品种多达数十种，干辣椒出口量约为国际贸易量的一半。但是辣椒收获季节正值雨季，一般情况下，秋雨频率达7080以上，不能及时干燥而霉烂的现象十分严重2】。辣椒经过干燥后，水分含量低，体积变小，质量轻，贮藏、包装、运输都比较方便。国外辣椒干燥在热风温度对辣椒质量影响方面有一定研 ， 目前，国内辣椒加工大多数是手工作坊式的，工业化程度不高，规模小，技术含量低，对辣椒干燥的规律研究不够深入，生产上不能对干燥过程进行有效控制。文献2】介绍辣椒热风干燥工艺参数：温度6080，装料厚度200300 rnrn。但温度较高，厚度大，质量不稳定。热风干燥在其他农产品上的应用研究较多，如水稻、小麦、水果及其他经济作物的干燥 】。为此，本文对辣椒的热风干燥特性进行研究，分析了热风干燥工艺参数包括温度、风速和装料厚度等对辣椒质量的影响和辣椒热风干燥的规律，为辣椒热风干燥及设备参数的调整提供理论依据。1 材料与方法11 试验材料新鲜七星辣椒：皮薄、色红、无病斑、含水率(湿基)84。12 主要设备干燥箱(DHG-9146A型，上海精宏实验设备有限公司)；电子天平(JA5002型，济南路航试验机设备有限公司)；风速收稿日期：20060621修订日期：20071117作者简介：张建军(1961一)男，副教授，四川岳池人，主要从事农业机械及干燥技术研究与教学工作。重庆西南大学工程技术学院，400716。Email：zhjj61163com仪(AVM05型，上海君达仪器仪表有限公司)等。13 试验方法131 工艺流程新鲜辣椒挑选一清洗一沥干一烘干一回潮一包装挑选出颜色均匀、形状规则的新鲜红辣椒，进行清洗、沥干，然后进行烘干试验。烘干过程中，选用低温干燥，这样可以保证辣椒颜色、香味均属上乘； 同时注意适量通风、排湿，避免辣椒产生褐色反应而降低质量；应及时进行椒盘倒位，使辣椒干燥均匀，保证整体质量。辣椒烘干过程结束后，含水率很低，质地焦脆，极易破碎，故应在室内放置进行回潮，使其吸收一定量的水分变软，才能进行包装贮藏。132 干燥试验设计将辣椒干燥试验的影响因素取为空气温度、空气流速和装载厚度，来分析辣椒干燥速度与温度、风速和装载厚度等因素之问的关系【 ， ， ，进行以下试验安排，。每次试验，将挑选后清洗沥干的辣椒鲜果按照试验方案表(表1)均匀摊在20 crux20 cm 的网状托盘上，调整试验装置的风温、风速恒定后，将托盘平放于试验装置的干燥室内，托表1 不同条件下的干燥试验方案Table l Arrangement ofdrying experiment under various托盘位于干燥室的中心位置。试验开始后，每隔一定时问迅速取出在电子天平上称重，同时记录下环境条件(室内的温、湿度)和干燥装置上显示的数据。在试验中不断观察试样的变化情况。当辣椒干燥至国标规定含水率(14) ，时 （15）停止干燥。取出冷却后放入保鲜袋中贮存。然后进行下一组试验，以此类推，直至试验全部完成。2 结果与分析根据试验结果绘制出相应的辣椒干燥特性曲线(图13)。图1 不同温度条件下的干燥特性曲线Fig1 Drying property curves under varioUS air temperatures由图1可见，在风速、装料厚度恒定的情况下，随着温度的升高，辣椒含水率与干燥时间的曲线的曲率有所增大，即温度越高干燥速率越快，干燥周期越短。但是经过干燥试验结果对比，发现辣椒在6070C干燥速度明显增加，在此温度段干燥后的辣椒表面呈暗红色，椒角发黑，且味道有炭化味，外观不美，质量变差。而4555温度段干燥后的辣椒表面颜色红亮，外形圆整饱满，气味较为正常。可见，在较低温度下，虽然干燥速度较慢，但是可以提高辣椒干果的品质；较高温度时则恰恰相反。因此，辣椒干燥适宜的温度应在4555。干燥时问h图2 不同风速条件下干燥特性曲线Fig2 Drying property curves under various air velocities由图2可见，在温度、装料厚度恒定的情况下，辣椒含水率与 f燥时间曲线的曲率随着风速的增大而增大，但增加幅度不大，风速为08 ms时辣椒含水率下降最慢。辣椒干燥的风速宜取142 ms。从图3中看出，同样温度和风速的条件下，在试验范围内的不同厚度对于辣椒干燥速率的影响不大。这是因为试验中辣椒的装料厚度没有堆积到对辣椒干燥产生明显影响的高度。另外，辣椒装载空隙比较大，从而热风穿透性好，在试验厚度范围内，对辣椒干燥速度的影响很小，厚度太小生产效率低，其装料厚度范围4560mm较为合适。图3 不同厚度条件下的干燥特性曲线Fig3 Drying property curves under variousloading thickness干燥特性曲线的拟合和转化在实际工程应用和试验中，经常需要得到一条光滑的数据曲线或直线，实际上只能测得一些分散的数据，因而在许多情况下，需要利用这些不连续的点，运用最dx-乘法等算法，利用多项式或其他的已知函数生成一个新的多项式或已知函数来，对已知的数据点进行逼近，实际最常用的曲线拟合是多项式曲线拟厶I 。， 。由于辣椒干燥时问和含水率之间是非线性关系(图1)，选择多项式回归模型如下：y=bo+白 + +b+s式中Y辣椒含水率，； 辣椒干燥时间，min；bo，bl， ，b 0f阶多项式系数； P 服从正态分布N(0 、的随机变量。为提高回归方程的可靠性和回归曲线的精度，采用Matlab软件来对回归曲线进行拟合，得到不同条件下拟合方程：1)不同温度条件下：45 ： y=OO008x +00171 一37043x+836753标准偏差：1634850 ： y=O003lx3-O 0079xz一4 5170x+835221标准偏差：1905655C： y=O0073x。+00202x265886x+844377标准偏差：1857660C： y=0O161x。+0 0393x289880x+869145标准偏差：0794065 ： y=O、0347x +0O141x 112757x+867177标准偏差：1181470 ： y=OO050x +07320x2159048x+873345标准偏差：130292)不同风速条件下：08 ms： y=O0028x3-00l1 一43920x+841112标准偏差：1077414 ms： 00060x3-00612x248808x+83948760 nqln- 一0002 +01528x261550x+838916标准偏差：10295由拟合前后数值的比较和曲线拟合程度可以看出，各条件下的多项式回归拟合度较好，回归系数显著。为了更直观地表现出干燥时间一干燥速率之间的关系，特对干燥时间一辣椒含水率曲线进行转换，得到干燥速率一物料平均湿含量曲线，如图4所示。图4 辣椒不同条件下的干燥速率曲线Fig4 Drying rate curves under various conditions从图4a可见，辣椒的干燥速率在温度不同的时候变化非常大，干燥速率随着温度的升高明显加快，并且曲率增大。由于辣椒皮质致密的特点，在45-55温度段辣椒开始干燥时有一较明显的恒速干燥阶段，然后就处于稍微平缓的降速干燥阶段；而在60*C温度以上时，此阶段就不太明显甚至没有，辣椒处于平缓的降速干燥阶段。图4b中，辣椒在不同风速下的干燥速率曲线变化与图4a中的不同温度下的曲线相似， 由于辣椒的皮质致密，辣椒升温较慢，所以在刚开始干燥时期，辣椒干燥速率有所增大，但是此阶段非常短暂。然后辣椒进入恒速干燥阶段，最后在较长时间处于降速阶段。随着风速的增大，速率曲线曲率增大，辣椒的干燥速率加快。图4c中，在不同装料厚度条件下，辣椒开始有一小段时间降速干燥，中间段有一近恒速干燥阶段，最后处于降速阶段。从图中可见，随着辣椒的厚度增加，辣椒干燥速率逐渐降低。4 结论1)辣椒热风干燥适宜的工艺参数为：热风温度45-55，风速1_4-2 rns，装料厚度45-60lnrfl。2)热风温度和风速对辣椒干燥速率有较大影响。干燥速率随着温度的升高明显加快，随着风速的增大，辣椒的干燥速率加快。装料厚度由于没有堆积到影响显著的高度，所以在试验范围内影响较小。3)辣椒干燥特点，在干燥初期的大多数时间内，辣椒处于恒速干燥阶段，然后则处于缓慢降速干燥阶段。参考文献1 庄灿然中国干制辣椒M北京：中国农业科技出版社，1995：1-22 刘惠民辣椒干燥工艺及设备JJ中国农村科技，1999，(7)：38393 Minguez-Mosquera M I，Jaren-Galan M，Garrido-Fernandez JInfluenceof the industrial drying processes of pepper fruits(Capsicum annum cvBola)forpaprika011the carotenoid contentJ_JournalofAgricultuml andFoodChemistry， 1994，42： 1190一l1934 Ybrahim Doymaz，Mehmet PalaHotair drying characteristics of redpepperJJournal ofFood Engineering，2002，55：331-3355 Hossain M A，Bala B KThin layer drying characteristics for greenchilliJDrying Technology,2002，20(2)：489-5056 赵永玲，张仲欣，姬江涛，等小麦烘干工艺参数的试验分析JJ洛阳工学院学报，2000，2l(4)：l一57 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