凉瓜热风干燥动力学研究

广东农业科学2011年第17期凉瓜热风千燥动力学研究刘娥!,张宏康!,刘双水2,佘绍文2(1仲恺农业工程学院轻T食品学院,广东广州51025;2饶平县凌旭茶叶有限公司,广东饶平515726)摘嬃:研究一定条件下风速与风温对经烫漂预处理的凉瓜薄层热风干燥过程的影响,拟合干燥曲线方程,并计算临界含水量、传热膜系数α与传质系数k等动力学参数结果表明:干燥方程符合Pagr模型;随风速增大,α与k均增大,但风温对两者影响不大。在温度75℃、风机频率50H的条件下干燥得到的凉瓜成品质地硬脆,呈暗绿或褐黄色,品质好。关键词:凉瓜;热风干燥;动力学中图分类号:TS205.1文献标识码:A文章编号:1004-874X(2011)17-0069-03Study on the drying dynamics of balsam pearLIU E, ZHANG Hong-kang, LIU Shuang-shui2, SHE Shao-wen2(1. The College of Light Industry and Food Science, Zhongkai University of Agriculture and EngineeringGuangzhou 510225, China 2.Raoping Lingzu Tea Co. Ltd, Raoping 515726, China)Abstract: The influence of the wind speed and temperature on the dry course of thin layer of the balsam pear by pretreatmenthot air under certain condition were studied. The dry curve equations were fitted the dynamics parameter such as the criticalcontent, heat transmission membrane coefficient a, and quality transmission coefficient kh were calculated. The results showed that theon the two coefficient. Products dried at conditions of 50 Hz and 75C obtained good characteristics with good texture and color tle effectdry equation accords with the Page model. As the wind speed rises, a and kh were increased but the wind temperature had a little effectKey words: balsam pear; hot wind drying: drying dynamics凉瓜又称苦瓜,一年生草本植物,原产亚洲热带地中的氧化酶系统,防止褐变和维生素的氧化,加快干燥速区,广泛分布于热带、亚热带和温带地区,可制成凉瓜茶度,使干制品复水时易重新吸水。但过度漂烫会导致蔬菜饮用,对血脂、血压、血糖以及肥胖症有良好的抑制和调色泽、风味和组织劣变及营养成分损失,同时也会过多地节作用,是高血压和糖尿病患者理想的饮品,具有补胆、消耗能源。因此,漂烫时间与温度的选择应该适宜。干燥时润肝、利尿、助消化、美容护肤、预防青春痘等功效。凉瓜采用DCL-B型隧道式干燥器,试验时干燥条件恒定,采用茶的加工过程中,干燥是一道十分重要的工序,传统的晒减重法测定物料质量随时间的变化情况,至质量不变时停制方法受天气条件影响很大,严重制约凉瓜茶的生产发止试验。物料的初始状态为预处理后的凉瓜。展。采用现代干燥设备进行凉瓜茶干制是解决凉瓜茶生12.2项目测定物料干基含水量为水分质量与绝干物产瓶颈的可行方法之一。但目前有关凉瓜的热风干燥特料质量之比,用X表示,单位为kg水/kg绝干物料,即:性还不明确,相关研究鲜有报道。本研究选择凉瓜中的优X=(水分质量/湿物料中于物料的质量)×100%;临界秀品种珠瓜为原料,对其适当预处理后进行热风干燥,测含水量Xc为恒速阶段转入降速阶段的转折点所对应的定其干燥曲线和干燥速率及临界湿含量等干燥特性参含水量(kg水/kg绝干物料);某时刻t的干燥速率:数,探讨风温、风速对干燥过程的影响,着重研究干燥动U=(G-1-G1,)MA(t-n-t-)力学,拟合干燥方程,推算临界含水量,研究风温、风速对式中,A为干燥接触面积(m2);G--C灬为tt1时刻物料传热膜系数a及传质系数kn的影响,为凉瓜茶的工业生质量(kg);U为t时刻干燥速率(kg水/m28)。产提供基础数据。2结果与分析1材料与方法21干燥风速对干燥过程的影响11试验材料在相同的十燥环境中,不同的风机频率对应不同的风以市售新鲜凉瓜为试材。压及不同的气流速度,频率越高,风压越大,气流速度越12试验方法大。因此,可以通过调节风机频率的大小,从而控制风速对121工艺流程原料选择→清洗→沥干→切片→称干燥的影响。苦瓜片经过95℃的热水烫漂Imin之后,在重→热烫→干燥→冷却→包装→贮藏。漂烫会破坏蔬菜干球温度80℃的条件下考察了风机频率分别为40、50Hz对干燥过程的收稿日期:2011-06-21中国煤化工基金项目:广东省省部产学研资助(2010B0904000)在其他条CNMHG越大,经相同时作者简介:刘娥(1990-),女,E-mail:liue20101104@hotmail.com间处理后干燥切黑必;m达到相同的含水通讯作者:张宏康(1972-),男,博士,副教授,E-ml1 hkuzhkt@量,风机频率应越大,所需的干燥时间则越短。其原因是风163.com机频率越大,气流速度越快,空气中含水量越小,空气与凉1212嘲挈1060℃频率40Hz频率50Hz86420708090100110时间(min)时间(min)图1不同频率下的干燥曲线图3不同干燥温度下的干燥曲线10098兰哥频率40Hz频率50Hz212干基含水量(kg水/kg绝干物料平均含水量(kg水/kg绝干物料)图2不同频率下的干燥速率曲线图4不同干燥温度下的干燥速率曲线瓜片之间的传质推动力一湿度差就越大,干燥速度也就23动力学分析越大。因此,提高风机频率对干燥过程有利,但应以不带23,1千燥方程薄层干燥方程的模型方程国为:(-X*出物料为宜;但风机频率不宜过大,因频率越大能量损耗X-X*)=exp(-KT),对上式线性化后得出:也越大。从图2可以看出,物料进入干燥机后干燥速率迅n(-In(X-X*(Xo-X*))=NIn+In速提高,进入恒速阶段,之后干燥速率开始减小,曲线逐式中,T为时间,s;KN为干燥方程常数;X为干基含水渐变陡,直至干燥结束。量;X为初始含水量;X*为平衡含水量。22干燥温度对干燥过程的影响分别对干燥温度为80℃,风机频率分别为40、50Hz,将经过95℃热水漂烫1min后的苦瓜片,在风机频以及风机频率固定在50Hz,干燥温度分别为60、70、75率为50Hz的条件下,研究不同温度对其干燥过程的影80℃的6组试验数据,用最小二乘法线性回归,结果见表响,试验结果见图3、图4。从图3、图4可以看出,在其他1、表2。从表1表2可以看出,各条件下的试验点线性关条件相同的情况下,温度越高,经相同时间干燥物料的含系均很好,在试验范围内干燥温度与风机频率的变化均水量就越低。这是由于干燥温度越高,空气相对湿度越对方程参数K与N有影响,风机频率对N影响较明显。但低,空气与物料之间的水含量差越大,传热推动力(温度经进一步二元线性回归,无法将K、N用t、P风机频率)的差)、传质推动力(湿度差)就越大,干燥速率也就越大,二元线性关系进行关联。要达到一定的含水量所需时间就越短四。由图4可见,恒各条件下干燥方程为:干燥温度为80°℃的条件下,风速干燥过程中,在60-70℃以及75-80℃期间,其恒速速机频率40Hz时:(X-X*)(X-X)=exp(-0.0777547∞);风率增幅较大,而70~75℃速率增幅较小,从热量损耗考机频率为50Hz时:(X-X*)/XσX*)=exp-0.047222050°);虑,干燥温度就不宜过高。又因物料为热敏性物质温度风机频率为50Hz的条件下,干燥温度60℃时:(X-过高,营养成分被破坏得越多,因此温度以75℃千燥为Xx-X*)=exp(0.097647706);干燥温度70℃C时:(X-X*宜(X-X*)=exp(-0.0001272);干燥温度75℃时:(X-X*)表1不同干燥风速的干燥参数风机频率相关系数初始含水量平衡含水量临界含水量KiO(R2)(kg水/kg绝干物料(kg水/kg绝干物料)(kg水/kg绝干物料)0.5059777540991410.7262004176.14290.57654.722209864110809004055.9653表2不同干燥温度的干燥参数度相关系数初始含水量NK×102(kg水/kg绝干物料)中国煤化x,临界含水量kg水/kg绝干物料)0.45790.9811.1154CNMHG 7.028870l.21500012209730l1.13540.n980.4714968880989711.1622003768.38710.5764.7222098641108090.040559653(X-X*)=exp(-0.096888704);干燥温度80℃时:(X-X*)算,由图4可知,此条件下X*0.0376kg水/kg绝干料,(XX*)=exp(0.047222。X=1.l622kg水/kg绝干料,经推算,该条件下的理论临232临界含水量恒速干燥速率U;=Gc(XxσXc)/ST;降界含水量Xc=8.3871kg水/kg绝于料试验的临界含水量速干燥速率U=Gc(XXc)STn(Xc-X*)XxX+)kc=8.3871kg水/kg绝干料,试验结果与理论结果吻合较式中,Cc为绝干物料质量kg;S为干燥面积,m2好在两干燥阶段的分界点,即临界点处,应有U=U,23恒速阶段传热膜系数α计算与关联由α(-t)=即Gc(X-Xc)ST=Gc(XX*)Tn(xc-X*)(X2X+),则(XxN得到:=N/(-)式中,a为传热系数kW/(m2K);tXc)T=(XoX*TiIn[(c-X*)(xxX*)为于球温度,℃;为湿球温度,℃;N为水分汽化速率,kg干燥时间TT2由干燥方程求得。现对于燥温度为水/m2s);r为L下水的汽化潜热kkg。不同风机频率、75℃、风机频率50Hz的试验数据进行临界含水量的推不同温度下的a值分别见表3、表4衰3不同风速的传热膜系数风机频率干球温度湿球温度水分汽化速率汽化潜热恒速阶段传热膜系数(kW/mK)80334046x1023074003487373×1042307400365衰4不同温度下的传热膜系数234恒速阶段传质系数k计算与关联由N=kg(H干球温湿球温干燥速率汽化潜热恒速阶段传热膜)°得到:k=NH-H),式中:H为L下空气的饱和湿度度(℃)度(℃)(kg水m)(kJkg)系数(kwm2k)kg水汽/kg干空气;H为湿度kg水汽/kg干空气。不同风5028.64.780X1042355.1003596823x104343.200400机频率、不同温度下的k值分别见表5表6。表5数据表31.67454x102319300398明随风机频率增大,传质系数kH也增大;而由表6中数据33.47373x1042307400365可知,温度对传热膜系数的影响不明显。表5不同风速的传质系数k风机頻率湿球温度下空气的饱和湿度湿度水分汽化速x10恒速阶段传质系数(kgkg汽十气)kgkg汽干气)003800157.046003060038001573730032l表6不同温度的传质系数k温度湿球温度下空气的饱和湿度湿度水分汽化速率x10恒速阶段传质系数(kg/kg汽十气)(kgkg汽干气)(kg/m2s△H)0.0240.0341002700127500350013745400339003800157373003213结语参考文[张德权艾启俊蔬菜深加工新技术M北京:化学工业出版社在温度75℃,风机频率50Hz的条件下干燥得到的2003:150,194凉瓜成品,质地硬脆呈暗绿或褐黄色,仍带有凉瓜的苦四诸爱土葱薄层脱水动力学研究门渐江科技学院学报,2018涩味。所得茶汤颜色透明,凉瓜干的复水性良好。试验结(1):31-34.果表明,不同条件下的干燥曲线和速度曲线趋势相同,风3]刘琨康红木暮酒糟临界含水量与干燥曲线化学工程9907温愈高、风量愈大,干燥曲线愈陡、速度曲线愈高、恒速阶(3)21-23段愈短。各条件下的干燥曲线均符合Page方程理论与试4黄少烈邹华生化工原理M北京科学出版社20054-560验的临界含水量吻合较好。传热膜系数a与传质系数k1S]王俊,张京平洋葱干燥过程中热量传递模柳浙江农业学报,1998,10(5):2受风量影响明显,且随风量增大而增大但两者均基本不王俊嗡擎仓中国煤化工改系数j食品科学,受干燥温度影响。1998.192:17CNMHG