微波干燥下枸杞干燥特性研究,农业机械化论文

微波干燥下枸杞干燥特性研究,农业机械化论文当代药理学研究证实枸杞可调节机体免疫功能，能有效抑制肿瘤生长和细胞突变，具有延缓衰老、抗脂肪肝、调节血糖和血脂等方面的作用。枸杞鲜果收获时水分含量高，富含多糖成分，如不能及时枯燥会出现变质霉烂现象，严重影响枸杞干果的产量和品质，大大降低了经济效益［1］。传统的热风枯燥与自然晾晒枯燥存在枯燥时间长、能耗大、枯燥品质差等状况。微波枯燥不同于热风及其它枯燥方式，由于其独特的加热特性，物料枯燥速度快、干后品质和热利用率高，在医药、食品工业、化工、烟草，以及农产品加工等领域越来越得到重视［2］。国外在十几年前就开场微波枯燥粮食和果蔬的研究，最近几年国内也有关于微波枯燥技术应用于粮食种子的枯燥、果蔬的枯燥脱水、药材等的深加工和水产品的枯燥等的研究，有些已成功应用并获得显着的经济效益［3－5］。但尚未见到有关枸杞微波枯燥特性研究的文献报道，故进行枸杞微波枯燥试验研究，旨在分析枸杞微波枯燥特性及其对干后品质和能耗的影响，进一步讨论微波技术在枸杞枯燥中的应用。1微波枯燥机理和枸杞枯燥特性1．1微波加热原理微波是频率在300MHz～300GHz的具有穿透特性的电磁波。微波加热利用的是介质损耗原理:物料中的水分子是极性分子，在微波作用下，其极性取向随着外电磁场的变化而变化。水分子以高速改变方向且方向一致产生振动，无数的极性分子相互之间摩擦产生摩擦效应，结果一部分能量转换为分子热运动动能，即以热的形式表现出来，进而物料被加热［6］。1．2微波加热的特性1．2．1能量利用率高、安全无害因微波加热设备吸收热量极少，并且还反射微波，所以热能绝大部分都能够作用在物料上，热能利用率很高。微波加热一般可节电30%～50%，且微波加热不产生烟尘及有害气体，既不污染食品，也不污染环境。1．2．2加热速度快、加热均匀性传统的加热方式，不管是传导加热、对流加热还是辐射加热，热源均在被加热物料外部，温度的升高是由外及里，将物料外表加热之后热量才能传导到物料内部，这就要遭到傅立叶定律的限制。通常被加热物料都是热的不良导体，有很大的热阻，加热时间自然很长。微波加热热量在被加热物料内部产生，内外一起热，不仅温度均匀，且不会带来夹生现象。1．2．3穿透能力穿透能力是指电磁波穿透到物体内部的本领，电磁波透入介质外表并向里传播时，能量不断被吸收转换为热能。微波所携带的能量由表向里呈指数衰减，电磁波的能量衰减到只要外表处的1/e21/2．72213．5%时所能透入的介质的深度D，称为穿透深度。以我们国家常用加热频率来讲，通常被枯燥物料的D值大约为几厘米到几十厘米的范围。故被枯燥物料的尺寸大小，主要取决于穿透深度。1．2．4易于控制、反响灵敏微波加热控制只需要调整微波输出功率，物料加热情况能够霎时改变，便于连续生产。微波加热容易实现自动化控制，能够有效提高劳动效率、改善劳动条件。1．3枸杞的枯燥特性典型农副产品枯燥经过一般分为加速枯燥阶段、恒速枯燥阶段和降速枯燥阶段。研究表示清楚，降速阶段可将枸杞半干果含水率由25%～30%枯燥至13%～15%的枸杞干果。降速枯燥阶段耗时约占枸杞整体枯燥阶段耗时的30%～40%，耗能约占整体枯燥耗能40%～50%。故缩短枸杞枯燥降速阶段时间与耗能成为枸杞枯燥的重点研究问题。2试验装置和方式方法2．1试验材料试验采用的枸杞品种为宁杞2号，产于宁夏银川市西夏区，采收后枸杞鲜果的平均初始含水率为82．1%(湿基含水率)。2．2试验仪器与设备试验所用微波枯燥装置是用美的微波炉厂生产的KD23－DA(X)型微波炉改制而成。枯燥经过中任意时刻物料质量经YZC－1C应变式称重传感器(精度等级0．05g)测量，在T3805型质量显示仪(读数精度为0．5g)上显示。枯燥时枸杞物料内部温度测量采用E型热电偶，测量结果传送至TM－902C型测温仪(测量精度为1℃)上显示。主要测量数据通过ＲS232与计算机建立连接，并在计算机上进行分析、显示和处理。试验装置和测定系统如此图1所示。2．3试验方式方法及测定方式方法2．3．1枸杞微波枯燥前预处理枸杞鲜果初始含水率高、糖份含量高，直接采用微波枯燥容易造成枸杞皮膨起破裂、籽外出、糖份外溢及产品感官状态差的现象。故在进行微波枯燥前对枸杞鲜果利用自制太阳能组合枯燥系统(CSDE)对枸杞预枯燥，将枸杞鲜果枯燥至半干状态，含水率约为23%～26%。枸杞预处理工艺流程为:鲜果挑选、清理杂质清洗(洗去鲜果外表的灰尘)去梗晾干外表自然水CSDE系统枯燥冷却微波枯燥。2．3．2试验方式方法称取一定质量枸杞半干果，均匀平铺在带孔物料盘上，加热时物料盘放置于改制微波炉转盘上，随转盘转动遭到均匀加热。枯燥经过中，每隔一定间隔时间记录枸杞质量，并换算成含水率，绘制含水率随枯燥时间变换的枯燥曲线，直至枸杞含水率到达安全储藏含水率(13%)，结束试验。含水率计算公式为［7－8］式中Xtt时刻的含水率(%);X0枯燥前的初始含水率(%);m0枸杞的初始质量(g);md枸杞的干物质质量(g);mtt时刻的枸杞质量(g)。2．3．3测定标准与计算方式方法枸杞半干果初始含水量的测定:按GB/T5009．3－2003(食品中水分的测定方式方法〕。枸杞多糖保存率的测定:按GB/T18672－2005。降水速率计算公式为=m/t(3)式中m相邻两次测量的失水质量(g);t相邻两次测量的时间间隔(min)。3结果与讨论3．1微波组合枯燥与传统组合枯燥比照试验分为组1至组3，称取枸杞鲜果300g，测得枸杞鲜果初始含水率为83．4%，分为3组。组1采用自然晾晒枯燥，组2采用CSDE枯燥方式进行枯燥，组3采用CSDE微波组合枯燥方式进行枯燥。试验结果如此图2所示。由图2能够得出下面结论:①微波枯燥作用于枸杞枯燥降速枯燥阶段能够大幅缩短枸杞枯燥周期。②CSDE微波组合枯燥较CSDE组合枯燥缩短时间约11h，约占整个枯燥周期的28%。③CSDE微波组合枯燥较自然晾晒缩短时间约65h，约占自然晾晒枯燥周期的72%。3．2微波功率对枸杞失水特性的影响试验分为组1～组5，分别对应微波功率0．5、0．75、1．0、1．25、1．5kW。采用CSDE枯燥系统枯燥至半干状态，称重枸杞半干果100g，均匀平铺在枯燥盘中，组1至组5半干枸杞初始含水率分别为24．1%、24．7%、23．3%、25．3%、24．5%。后采用微波枯燥至含水率不变，测量最终含水率。不同微波功率下枸杞微波枯燥曲线和降水速率变化曲线如此图3和图4所示。由图3，图4能够得出下面结论:①在装载量一样的情况下，微波功率越高，枯燥曲线斜率越大，所需的枯燥时间越短。②枯燥分为加速、恒速和降速3个阶段，物料失水主要处于恒速枯燥阶段。微波功率越高，物料恒速阶段越长。③在枯燥初期，物料含水率高，对微波的吸收能量较强，物料温度快速上升，迅速进入恒速枯燥阶段，物料温度趋于稳定。随着微波功率的增大，枸杞枯燥速率增大。3．3微波功率对枸杞枯燥品质的影响试验与3．2试验同步进行，待微波枯燥后，对枸杞枯燥品质进行直观检测，对枸杞多糖保存率进行测定，汇总结果如表1所示。由表1能够得出下面结论:①CSDE微波组合枯燥所需枯燥时间最短，平均为25h17min，枸杞干果含水率最低，平均为13．2%。②枸杞干果从多糖保存率来讲，自然晾晒多糖保存率＜CSDE微波组合枯燥＜CSDE组合枯燥。微波组合枯燥多糖保存率平均为15．7%。③从枸杞干果感官状态来讲，采用CSDE微波组合枯燥方式的产品，果皮呈紫红色，有枸杞应有的滋味和气味。随着微波功率的增加，少些产品有膨胀破裂;微波功率1．5kW时，有约15%产品破裂，糖份外溢，粘手。故微波枯燥用于枸杞枯燥降速阶段不宜采用过大的微波功率。3．4装载量对枸杞失水特性的影响试验分为组1至组3，微波功率采用1．0kW，称取半干枸杞600g，测得初始含水率为25．2%。组1枸杞质量100g，平铺物料层厚度为1cm;组2枸杞质量200g，平铺物料层为2cm;组3枸杞质量300g，平铺物料层厚度为3cm。对不同枸杞层质量与厚度进行微波枯燥，枯燥曲线如此图5所示。由图5能够得出下面结论:①在微波功率一样的情况下，装载量越大，枯燥曲线越平缓，枯燥所需时间越长。②组3枯燥时间较组1枯燥时间增加约18．2%。4结论1)微波枯燥作用于枸杞枯燥降速枯燥阶段能够大幅缩短枸杞枯燥周期。CSDE微波组合枯燥较自然晾晒缩短时间约65h，约占自然晾晒枯燥周期的72%。2)枯燥功率和物料层厚度是影响微波枯燥时间的重要因素，微波功率越大，物料层厚度越小，则物料枯燥时间越短。3)微波功率和物料层厚度对干后产品品质有较大影响，微波功率为1kW，物料层厚度为平铺2cm时，干后产品多糖保存率和感官品质最好。以下为参考文献:［1］袁宝财，达海莉，李晓瑞．宁夏枸杞的生物学特性及开发利用前景［J］．河北林果研究，2001，16(2):151－153．［2］陈燕，陈羽白．荔枝的微波枯燥特性及其对品质的影响研究［J］．农业工程学报，2004，20(4):192－194．［3］朱德泉，王继先，朱德文．玉米微波枯燥特性及其对品质的影响［J］．农业机械学报，2006，37(2):72－75．［4］朱德泉，王继先，朱德文，等．小麦微波枯燥特性及其对品质的影响［J］．农业工程学报，2006，22(4