微波干燥下枸杞干燥特性研究,農(nóng)業(yè)機械化論文

微波干燥下枸杞干燥特性研究,農(nóng)業(yè)機械化論文當代藥理學研究證實枸杞可調節(jié)機體免疫功能，能有效抑制腫瘤生長和細胞突變，具有延緩衰老、抗脂肪肝、調節(jié)血糖和血脂等方面的作用。枸杞鮮果收獲時水分含量高，富含多糖成分，如不能及時枯燥會出現(xiàn)變質霉爛現(xiàn)象，嚴重影響枸杞干果的產(chǎn)量和品質，大大降低了經(jīng)濟效益［1］。傳統(tǒng)的熱風枯燥與自然晾曬枯燥存在枯燥時間長、能耗大、枯燥品質差等狀況。微波枯燥不同于熱風及其它枯燥方式，由于其獨特的加熱特性，物料枯燥速度快、干后品質和熱利用率高，在醫(yī)藥、食品工業(yè)、化工、煙草，以及農(nóng)產(chǎn)品加工等領域越來越得到重視［2］。國外在十幾年前就開場微波枯燥糧食和果蔬的研究，最近幾年國內也有關于微波枯燥技術應用于糧食種子的枯燥、果蔬的枯燥脫水、藥材等的深加工和水產(chǎn)品的枯燥等的研究，有些已成功應用并獲得顯著的經(jīng)濟效益［3－5］。但尚未見到有關枸杞微波枯燥特性研究的文獻報道，故進行枸杞微波枯燥試驗研究，旨在分析枸杞微波枯燥特性及其對干后品質和能耗的影響，進一步討論微波技術在枸杞枯燥中的應用。1微波枯燥機理和枸杞枯燥特性1．1微波加熱原理微波是頻率在300MHz～300GHz的具有穿透特性的電磁波。微波加熱利用的是介質損耗原理:物料中的水分子是極性分子，在微波作用下，其極性取向隨著外電磁場的變化而變化。水分子以高速改變方向且方向一致產(chǎn)生振動，無數(shù)的極性分子相互之間摩擦產(chǎn)生摩擦效應，結果一部分能量轉換為分子熱運動動能，即以熱的形式表現(xiàn)出來，進而物料被加熱［6］。1．2微波加熱的特性1．2．1能量利用率高、安全無害因微波加熱設備吸收熱量極少，并且還反射微波，所以熱能絕大部分都能夠作用在物料上，熱能利用率很高。微波加熱一般可節(jié)電30%～50%，且微波加熱不產(chǎn)生煙塵及有害氣體，既不污染食品，也不污染環(huán)境。1．2．2加熱速度快、加熱均勻性傳統(tǒng)的加熱方式，不管是傳導加熱、對流加熱還是輻射加熱，熱源均在被加熱物料外部，溫度的升高是由外及里，將物料外表加熱之后熱量才能傳導到物料內部，這就要遭到傅立葉定律的限制。通常被加熱物料都是熱的不良導體，有很大的熱阻，加熱時間自然很長。微波加熱熱量在被加熱物料內部產(chǎn)生，內外一起熱，不僅溫度均勻，且不會帶來夾生現(xiàn)象。1．2．3穿透能力穿透能力是指電磁波穿透到物體內部的本領，電磁波透入介質外表并向里傳播時，能量不斷被吸收轉換為熱能。微波所攜帶的能量由表向里呈指數(shù)衰減，電磁波的能量衰減到只要外表處的1/e21/2．72213．5%時所能透入的介質的深度D，稱為穿透深度。以我們國家常用加熱頻率來講，通常被枯燥物料的D值大約為幾厘米到幾十厘米的范圍。故被枯燥物料的尺寸大小，主要取決于穿透深度。1．2．4易于控制、反響靈敏微波加熱控制只需要調整微波輸出功率，物料加熱情況能夠霎時改變，便于連續(xù)生產(chǎn)。微波加熱容易實現(xiàn)自動化控制，能夠有效提高勞動效率、改善勞動條件。1．3枸杞的枯燥特性典型農(nóng)副產(chǎn)品枯燥經(jīng)過一般分為加速枯燥階段、恒速枯燥階段和降速枯燥階段。研究表示清楚，降速階段可將枸杞半干果含水率由25%～30%枯燥至13%～15%的枸杞干果。降速枯燥階段耗時約占枸杞整體枯燥階段耗時的30%～40%，耗能約占整體枯燥耗能40%～50%。故縮短枸杞枯燥降速階段時間與耗能成為枸杞枯燥的重點研究問題。2試驗裝置和方式方法2．1試驗材料試驗采用的枸杞品種為寧杞2號，產(chǎn)于寧夏銀川市西夏區(qū)，采收后枸杞鮮果的平均初始含水率為82．1%(濕基含水率)。2．2試驗儀器與設備試驗所用微波枯燥裝置是用美的微波爐廠生產(chǎn)的KD23－DA(X)型微波爐改制而成?？菰锝?jīng)過中任意時刻物料質量經(jīng)YZC－1C應變式稱重傳感器(精度等級0．05g)測量，在T3805型質量顯示儀(讀數(shù)精度為0．5g)上顯示?？菰飼r枸杞物料內部溫度測量采用E型熱電偶，測量結果傳送至TM－902C型測溫儀(測量精度為1℃)上顯示。主要測量數(shù)據(jù)通過ＲS232與計算機建立連接，并在計算機上進行分析、顯示和處理。試驗裝置和測定系統(tǒng)如此圖1所示。2．3試驗方式方法及測定方式方法2．3．1枸杞微波枯燥前預處理枸杞鮮果初始含水率高、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、糖份外溢及產(chǎn)品感官狀態(tài)差的現(xiàn)象。故在進行微波枯燥前對枸杞鮮果利用自制太陽能組合枯燥系統(tǒng)(CSDE)對枸杞預枯燥，將枸杞鮮果枯燥至半干狀態(tài)，含水率約為23%～26%。枸杞預處理工藝流程為:鮮果挑選、清理雜質清洗(洗去鮮果外表的灰塵)去梗晾干外表自然水CSDE系統(tǒng)枯燥冷卻微波枯燥。2．3．2試驗方式方法稱取一定質量枸杞半干果，均勻平鋪在帶孔物料盤上，加熱時物料盤放置于改制微波爐轉盤上，隨轉盤轉動遭到均勻加熱?？菰锝?jīng)過中，每隔一定間隔時間記錄枸杞質量，并換算成含水率，繪制含水率隨枯燥時間變換的枯燥曲線，直至枸杞含水率到達安全儲藏含水率(13%)，結束試驗。含水率計算公式為［7－8］式中Xtt時刻的含水率(%);X0枯燥前的初始含水率(%);m0枸杞的初始質量(g);md枸杞的干物質質量(g);mtt時刻的枸杞質量(g)。2．3．3測定標準與計算方式方法枸杞半干果初始含水量的測定:按GB/T5009．3－2003(食品中水分的測定方式方法〕。枸杞多糖保存率的測定:按GB/T18672－2005。降水速率計算公式為=m/t(3)式中m相鄰兩次測量的失水質量(g);t相鄰兩次測量的時間間隔(min)。3結果與討論3．1微波組合枯燥與傳統(tǒng)組合枯燥比照試驗分為組1至組3，稱取枸杞鮮果300g，測得枸杞鮮果初始含水率為83．4%，分為3組。組1采用自然晾曬枯燥，組2采用CSDE枯燥方式進行枯燥，組3采用CSDE微波組合枯燥方式進行枯燥。試驗結果如此圖2所示。由圖2能夠得出下面結論:①微波枯燥作用于枸杞枯燥降速枯燥階段能夠大幅縮短枸杞枯燥周期。②CSDE微波組合枯燥較CSDE組合枯燥縮短時間約11h，約占整個枯燥周期的28%。③CSDE微波組合枯燥較自然晾曬縮短時間約65h，約占自然晾曬枯燥周期的72%。3．2微波功率對枸杞失水特性的影響試驗分為組1～組5，分別對應微波功率0．5、0．75、1．0、1．25、1．5kW。采用CSDE枯燥系統(tǒng)枯燥至半干狀態(tài)，稱重枸杞半干果100g，均勻平鋪在枯燥盤中，組1至組5半干枸杞初始含水率分別為24．1%、24．7%、23．3%、25．3%、24．5%。后采用微波枯燥至含水率不變，測量最終含水率。不同微波功率下枸杞微波枯燥曲線和降水速率變化曲線如此圖3和圖4所示。由圖3，圖4能夠得出下面結論:①在裝載量一樣的情況下，微波功率越高，枯燥曲線斜率越大，所需的枯燥時間越短。②枯燥分為加速、恒速和降速3個階段，物料失水主要處于恒速枯燥階段。微波功率越高，物料恒速階段越長。③在枯燥初期，物料含水率高，對微波的吸收能量較強，物料溫度快速上升，迅速進入恒速枯燥階段，物料溫度趨于穩(wěn)定。隨著微波功率的增大，枸杞枯燥速率增大。3．3微波功率對枸杞枯燥品質的影響試驗與3．2試驗同步進行，待微波枯燥后，對枸杞枯燥品質進行直觀檢測，對枸杞多糖保存率進行測定，匯總結果如表1所示。由表1能夠得出下面結論:①CSDE微波組合枯燥所需枯燥時間最短，平均為25h17min，枸杞干果含水率最低，平均為13．2%。②枸杞干果從多糖保存率來講，自然晾曬多糖保存率＜CSDE微波組合枯燥＜CSDE組合枯燥。微波組合枯燥多糖保存率平均為15．7%。③從枸杞干果感官狀態(tài)來講，采用CSDE微波組合枯燥方式的產(chǎn)品，果皮呈紫紅色，有枸杞應有的滋味和氣味。隨著微波功率的增加，少些產(chǎn)品有膨脹破裂;微波功率1．5kW時，有約15%產(chǎn)品破裂，糖份外溢，粘手。故微波枯燥用于枸杞枯燥降速階段不宜采用過大的微波功率。3．4裝載量對枸杞失水特性的影響試驗分為組1至組3，微波功率采用1．0kW，稱取半干枸杞600g，測得初始含水率為25．2%。組1枸杞質量100g，平鋪物料層厚度為1cm;組2枸杞質量200g，平鋪物料層為2cm;組3枸杞質量300g，平鋪物料層厚度為3cm。對不同枸杞層質量與厚度進行微波枯燥，枯燥曲線如此圖5所示。由圖5能夠得出下面結論:①在微波功率一樣的情況下，裝載量越大，枯燥曲線越平緩，枯燥所需時間越長。②組3枯燥時間較組1枯燥時間增加約18．2%。4結論1)微波枯燥作用于枸杞枯燥降速枯燥階段能夠大幅縮短枸杞枯燥周期。CSDE微波組合枯燥較自然晾曬縮短時間約65h，約占自然晾曬枯燥周期的72%。2)枯燥功率和物料層厚度是影響微波枯燥時間的重要因素，微波功率越大，物料層厚度越小，則物料枯燥時間越短。3)微波功率和物料層厚度對干后產(chǎn)品品質有較大影響，微波功率為1kW，物料層厚度為平鋪2cm時，干后產(chǎn)品多糖保存率和感官品質最好。以下為參考文獻:［1］袁寶財，達海莉，李曉瑞．寧夏枸杞的生物學特性及開發(fā)利用前景［J］．河北林果研究，2001，16(2):151－153．［2］陳燕，陳羽白．荔枝的微波枯燥特性及其對品質的影響研究［J］．農(nóng)業(yè)工程學報，2004，20(4):192－194．［3］朱德泉，王繼先，朱德文．玉米微波枯燥特性及其對品質的影響［J］．農(nóng)業(yè)機械學報，2006，37(2):72－75．［4］朱德泉，王繼先，朱德文，等．小麥微波枯燥特性及其對品質的影響［J］．農(nóng)業(yè)工程學報，2006，22(4