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文档简介
1、天津科技大学外文资料翻译天津科技大学本科生外文资料翻译学 院 机械工程学院 专 业 2012过程装备与控制工程 题 目 红外烤馕装置设计 姓 名 马天宇 指导教师(签名) 2016年3月30日桃子的远红外线和微波干燥摘要关于远红外和微波干燥桃子和远红外与微波一起干燥其他食品的可用信息非常之少,人们做了很多实验用来研究微波和远红外脱水特性以及继远红外之后微波干燥桃子的两阶段干燥过程。随着微波干燥功率和红外干燥功率的增加, 桃子的脱水率增加,整个干燥能耗降低。桃子在被红外线或者微波干燥时经历了两次下降率,第一个坠落速率周期发生在桃子含湿量高于1.7(干基,d,b)的时候,第二次则是在湿含量不到1.
2、7(d,b)的时候。当湿含量少于1.7时,相同的水分损失消耗更多的能量,并且会得到一条陡峭的曲线来描绘能量-湿含量的关系。然而,与微波干燥不同的是,加速脱水速率周期在远红外干燥的初期存在。相比于红外干燥能力的效果,微波干燥功率交换水分含量在前者远红外干燥转变为后者的微波干燥(三个因素)的能源消耗率和感官质量(指标)是显著的。红外干燥功率与水分含量对双指标的交互作用显著。微波干燥功率的二阶效应和红外干燥与微波干燥相互影响的能量消耗速率并不明显。交换水分含量的二阶效应、在交换水分含量与微波干燥功率相互影响下的效果并不显著。关键词:微波;干燥;桃子;红外;质量;特点1.简介热空气干燥的食物的主要缺点
3、是能源效率低、存在质量损失和需要较长的干燥时间。(Boudhrioua, Giampaoli, & Bonazzi, 2003)。由于食品材料的导热系数低,在常规加热过程中,热传导到食品内部的热量是有限的。为了消除这个问题,防止重大质量损失并实现快速和有效的热处理,越来越多的人们开始采用红外线和微波食品干燥。红外辐射与传统的干燥比起来具有明显的优势,比如较高的干燥速度,节能,以及均匀的温度分布,他为我们提供了一个质量更好的产品 。因此,红外线干燥可以作为一种节能干燥方法。目前,很多烘干机采用红外辐射,以提高干燥效率,节省空间,提供清洁的工作环境等等。( Ratti & Muju
4、mdar, 1995; Yamazaki, Hashimoto, Honda, & Shimizu, 1992)。Attempts曾报道过农业材料的红外线干燥应用。使用这种间歇红外和连续对流加热的厚的多孔材料,可以使干燥时间同单独对流相比缩短44.4倍,更不要说还可以保持良好的食品质量和高能源效率。(Dostie, Seguin, Maure, Ton-That, & Chatingy, 1989)。在高发射率红外线发射器的干燥下,土豆在干燥过程中的干燥率非常之高(Masamura et al., 1988)。当给远红外加热器供给的电力提升后,干燥速率也呈现出增长趋势,因此我们
5、可以观察到样品的温度也会变高。远红外和近红外干燥,使用三种类型的颗粒床,并且从传热的观点上看热空气干燥的定量比较已经被Hashimoto, Hirota, Honda, Shimizu, and Watanabe (1991).报道。红外线在干燥技术中很重要,但它并不是适合于所有的干燥过程。它穿透并在材料的内部产生热量使其被干燥,但它的穿透力是有限的(Wang & Sheng, 2004)微波干燥与传统的热风干燥和红外干燥相比有着更快速,更均匀,更高效的能源效率等优点。在这种情况下,水分的移除更快,此外在向固体传热的时候由于没有对流而导致速度明显下降。相比于传统的加热干燥设备,微波的能
6、量更为集中,因此只需要2035%的面积即可。然而正如我们所知道的一样,如果没有妥善的应用微波,就会导致产品的质量非常之差(Yongsawatdigul & Gunasekaran, 1996a; Drouzasm & Dchubert, 1996).对微波应用来说,已经有报道指出,在一个涉及初始强制空气对流干燥的两阶段干燥过程中,若使用微波干燥来结束进程,将能在节能省时的基础上,产出质量更好的产品 (Feng & Tang, 1998)。在绝大多数食物尤其是水果蔬菜的系统中,水在介电物质组成成分中占了相当大的一部分。因此,这些产品
7、对微波非常敏感,并且只要有水分残留,它们就能快速高效的吸收微波 (Feng, Tang, & Cavalieri, 2002)。因此,微波干燥技术有一个非常明显的优势,即能按比例的高能吸收水分。蛋白质、脂类和其他成分也能吸收微波能量,但是相对来说不敏感(Mudgett & Westphal, 1989)。微波干燥蔬菜的技术还有另一个优点,那就是内部生成热载荷(Wang, Zhang, Wang, & Xu, 1999)。在微波干燥系统,微波可
8、以很容易地穿透惰性干燥层,直接被食物中的水分吸收。能量的快速吸收导致水分迅速沸腾蒸发,进而造成水蒸气快速逃逸的向外通量(Feng, Tang, Cavalieri, & Plumb, 2001)。除了可以提高干燥速度外,这种向外通量可以防止食物的组织结构向内收缩坍塌,而这种状况在大多数传统的风干技术中经常发生。因此,经微波干燥处理的产品会有更好的复水特性(Al-Duri & McIntyre, 1992; Wang, Xiong, & Yu,
9、;2004; Wang & Xi, 2005)。近年来,作为各种食品,如水果,蔬菜,零食和乳制品替代干燥方法的微波干燥已经得到普及。几种食品产品已经由微波真空应用和/或一个组合微波辅助对流过程成功地干燥。这些产品包括原味酸奶(Kim and Bhowmik (1995)),蔓越橘Yongsawatdigul and Gunasekaran (1996b),胡萝卜片(Lin, Durance, and Scaman (1998)),模型水果凝胶Drouzas and Saravacos (1999),脱脂牛奶、全脂牛奶酪蛋白粉、黄油和新鲜的意大利面
10、Al-Duri and McIntyre (1992),土豆片Bouraout, Richard, and Durance (1994),葡萄Tulasidas, Raghavan, and Norris (1996),苹果和蘑菇Funebo and Ohlsson (1998),西洋参根Ren and Chen (1998),苹果Prothon等(2001),蓝莓Feng等(2000)。也有人建议,微波能量应该在下降速率周期或在低湿含量时使用以完成干燥(Kostaropoulos & Saravacos, 1995; Funebo & Ohlsson, 1998) 微波可能有
11、利于空气干燥的最后阶段。因为在常规的干燥系统快结束时效率最低,干燥系统使用三分之二的时间用来干燥剩下的三分之一的水分(Al-Duri & McIntyre, 1992)。然而,针对桃子的远红外线和微波干燥特性以及用微波干燥食品的信息很少被报道。几乎没有什么关于非正统微波干燥食品的详细信息是可用的,如涉及微波干燥后远红外干燥过程的这两个阶段。本研究的目标是:1. 研究桃的远红外和微波脱水特征并讨论在脱水干燥能力的影响特点和能源消耗。2. 确定交换水分含量(在前者的远红外干燥转换为微波干燥时候突破点的水分含量),红外线干燥功率、微波干燥功率对感官质量,复水率和能耗率的影响。3. 获得感官质
12、量和能量消耗率的最优组合。2材料与方法2.1材料熟桃(一种来自中国的农业黄桃2号,通常被用来加工成食品)被选作所有干燥实验的试验品。选择的桃子要求初始水分含量在9.36kg H2O/kg的干固体(干基,D),在2003年7月14日于浙江大学实验农场园艺系获得,并且在4±0.5°C的环境储存5天。桃子的长度是75-83mm的长度(从枝干到花萼)和70-80mm的横径。在进行干燥前,桃子要被去核、切成两半之后被切成5×5±0.2mm的条状。初始水分含量确实使用:真空烘箱701C温度,绝对压力3千帕,加热时间12小时(GB / T8858-88,中国国家标准)
13、。初始干燥的质量是300g。2.2干燥设施由实验室微波炉组成的干燥设备(WEG-800A,济南,中国,图1),在2450MHz微波频率下运行。能量输入由微处理器控制,以10W为增量在101000W间变化。微波炉左上角设置了允许引入空气的出口。微波谐振腔的尺为445×420×285mm。微波炉通过控制面板进行操作,它可以控制微波输入功率和放射时间 (1s100h)不同质量的桃子切片在不同微波功率下进行干燥处理,微波干燥强度表示为每单位质量(初始质量)的功率。在微波干燥考察的因素是使用两个重复的微波功率强度(0.50,0.70和1.00千瓦/千克)。将一个包含样品的盘子放置在一
14、个转盘的中心,它的内部(底部)安装有微波腔。为了去除水蒸汽,在微波炉中设置了风口风扇。做实验时出口空气流速设置在每秒1米。根据预先设定的功率和时间安排进行干燥。每5分钟使用数字天平测量称重盘上的水分含量并记录。(JY10001,1000, 70.01 g)。图1.微波干燥装置的方案图远红外热源试验机示意图如图2所示(wang,2002)。远红外加热器是由工作在220 V、最大功率为2.4千瓦碳化硅(碳硅)制成。干燥室是由一个450mm×450mm,高600mm的垂直胶合板柱组成。隔离墙由镀铝钢的50mm厚的绝热层之间形成。用金属丝网制成的样品盘平行于远红外加热器,整个实验里加热器之间
15、的距离和桃子样本保持恒定在160mm。辐射强度是经过调节电压,从而在加热器的输出改变。远红外强度通常表示为每单位面积的辐射功率(千瓦/平方米)。在干燥前,将食物样品放置在金属丝网托盘(450毫米×450毫米)中,并计算每单位面积的初始质量。因此,辐射在单位质量上桃子的强烈的远红外线的功率是给定的(千瓦每千克,初始质量的桃子的功率)。干燥实验在三个辐射强度(0.50,0.70和1千瓦/千克)上重复进行了2次。为了水蒸气可以排除,干燥炉上设置了出口风扇(如图2)。这个实验的出口空气流速为1米每秒。微波或红外线被应用到样品的重量减少到对应于约0.1 D水分含量。2.3干燥指标2.3.1感官
16、质量由一组五个训练有素的法官和六个未经训练的法官对桃子干燥过程进行的完整的感官评价(包括:作者,大学毕业生和食品实验室助理)。小组成员被要求说明他们对每个样本基于视觉的颜色质量属性、外部的扭曲和气泡的偏好(见表1)。有黄色表面的样品表示被标记为4分,没有扭转在外部或没有空气泡沫样品被记为3分。用2来标记有着显著视觉颜色的样本,以及1来标记在外部扭转或没有空气泡沫的样本。图2.远红外干燥设备的方案图2.3.2能源消耗和能源消耗率在干燥过程中,电能被消耗,并使用电表进行记录。在干燥前,在转盘上测量了无负载的消耗,出口气流速度选择1米/秒。在干燥过程中,测量整体电能消耗。用整个电能减去无负载消耗来计
17、算样品干燥时的能量。在整个干燥过程中,确定消耗的能量与损失水的数量的关系,并将单位损失的水(千克)消耗的电能值表示为消耗率。能源消耗率= 消耗能量值/脱水后水分含量2.4实验设计为了探讨远红外干燥与微波干燥对桃干质量的影响,干燥过程分为先用远红外干燥后用微波干燥的两个阶段。表格1 感官质量评定量表(Y2,全量表14)属性评价值显著度视觉颜色(1)外部扭曲(2)气泡(3)黄色(4)微黄(3)鼻色(2)棕色(1)无扭曲(3)轻微扭曲(2)扭曲(1)无(3)小气泡(2)大气泡(3)211总共:Y2=21+2+3二次回归正交设计(QORD)(Khuri&康奈尔,1989)第一次在研究中使用。Q
18、ORD由有五个水平的三阶因素组成。其实质是交换水分含量(即前者的含水率由红外干燥转化为后者的微波干燥,0.858-2.143d.b,将样品置于数字天平的经过称重的托盘上,以五分钟的时间间隔测量并记录样品的水分流失,直到样品重量降低到对应于含水量的水平)。红外干燥功率(0.88-3.32千瓦/千克,对初始样品质量),微波干燥功率(0.88 -3.32千瓦/千克)对于QORD的优化矩阵实验总结于表2。QORD有八个实验点(运行编号1 - 8),六星点的轴向距离为1.285(运行编号。914),在设计的中心点有两次重复(运行编号15 - 16)用于实验误差的测定。表示的这种类型的全二阶多项式模型方程
19、(1)是用来评估干燥指数(反应变量,Y)作为因变量的函数(实际的水平,Z)即交换水分含量(表示通过下标1,Z1)、红外线干燥功率(简记为下标2,Z2),微波干燥功率(简记为下标3,Z3)和它们之间的相互作用。Y=b0+b1Z1+b2Z2+b3Z3+b11Z12+b22Z22+b33Z23+b12Z1Z2+b13Z1Z3+b23Z2Z3(1)使用SAS软件(SAS,1999)进行方差分析。均值多重比较采用邓肯多范围测试(DMRT)。所有的统计都被确定在10%等级(P0.1)。3结果与讨论3.1脱水特性3.1.1微波功率效应改变微波功率对脱水特性的影响如图3所示。在同一水分含量下,随着微波功率的提
20、升,干燥速率也呈现出上升的趋势。结果表明,因为在样品中产生更多的热量,所以在更高的微波功率加热过程中的样品内的传质更迅速。(Lin等, 1998). 桃样品干燥过程中未观察到一个恒定的速率周期。在这项研究中,样品的整个干燥过程发生在下降速率周期内。这与冯唐,和卡瓦列里(1999)提出的用微波和喷动床干燥器干燥苹果时的速率不恒定这一看法一致。干燥曲线有2个下降速率周期,第一降速时期是在水分含量约1.7(干基)以上,第二次则在1.7以下。这与较早前对香蕉干燥的报道(maskan,2000)和苹果干燥(冯唐,马丁森,&费尔曼,1999)相似。水分含量1.7 (干基.)反映了高脱水率转化为低脱水率的拐点。图3.微波干燥脱水率与含水率同时也研究了功率输入对能耗的影响,图4表明了能量消耗与水分含量的关系。令人意外的是,在三个功率下相同的初始质量和相同的水分损失耗费的能量是不同的。微波干燥功率越低,能量消耗越多。原因之一可能是在低功率下干燥时间较长,导致能量消耗的增加。在图4里,相同的水分损失消耗了更多的能量,并且当水分含量小于1.7(干基)时,我们可以描绘出一条稍微陡峭的曲线。在第二下降速率期间,桃子的水分含量更少,水的移动主要是由于共质体运输方式,当出现了相同的水分损失时,会消耗更
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