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莴笋渗透脱水传质动力学及渗后热风干燥特性研究

作　者: 王妮
导　师: 杨薇
学　校: 昆明理工大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 渗透脱水传质动力学参数优化有效扩散系数莴笋
分类号: TS255.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

渗透脱水是将果蔬等多孔性物料浸入高渗溶液中,在高渗压引起的驱动力作用下水分自发向外转移的过程。采用渗透脱水预处理能减少后续干燥时间和对产品品质的热损害,但目前国内外的渗透脱水对象集中在水果类,所得结果对蔬菜的研究指导作用有限,且与渗透脱水相关的数学模型还可进一步探讨。因此本课题提出对莴笋渗透脱水的传质动力学及渗后热风干燥特性进行研究,希望为渗透脱水的理论研究和实际生产提供一定参考。本课题以莴笋为研究对象,以失水率、固形物增加率、有效扩散系数、湿基含水率、干燥速率为指标,试验采用回归正交旋转设计和均匀设计方法,同时使用SPSS、Matlab及SYSTAT软件作为统计分析、绘图和优化软件。首先,设计了一个五元(葡萄糖浓度、氯化钠浓度、温度、厚度和时间)二次回归正交旋转试验,研究了莴笋渗透脱水失水率和固形物增加率的传质回归方程,优化了工艺参数；其次,以葡萄糖浓度和温度为影响因素,根据均匀试验结果,建立了莴笋渗透脱水的动力学模型,拟合了有效扩散系数与因素间的回归方程；最后,研究了风温、风速、铺料密度对渗后莴笋热风干燥特性的影响,比较了渗后和未渗样品的干燥特性、产品外观品质及复水特性。结果表明：第一,葡萄糖浓度、渗透时间增加能显著提高失水率和固形物增加率；在葡萄糖+氯化钠组合溶液中,氯化钠浓度对失水率无明显影响但对固形物增加率有极显著促进作用；温度升高不利于失水但利于固形物增加；而厚度增加既不利于失水也不利于固形物渗入；莴笋渗透脱水的最优工艺为：葡萄糖浓度32.5%、氯化钠浓度2%、温度35℃、厚度5mm、时间139min；在此条件下,失水率的预测值及试验值分别为52.08%和53.54%、固形物增加率的预测值及试验值分别为9.83%和9.14%；失水率和固形物增加率的回归方程可用于莴笋渗透脱水的预测。第二,Azuara模型可计算平衡时刻的失水率和固形物增加率；两指数模型比Page模型更适于描述莴笋渗透脱水的动力学过程；根据曲面拟合方法得到的莴笋渗透脱水有效扩散系数与葡萄糖浓度和温度的回归方程拟合性高；水分、固形物有效扩散系数大小与平衡时刻的失水率和固形物增加率无直接关系,有效扩散系数表示的是失水率和固形物增加率达到平衡时刻的快慢程度。第三,风温、风速增加能减少莴笋渗后热风干燥时间,而铺料密度增加会延长干燥时间；莴笋经渗透脱水后,干燥速率虽有所降,但干燥时间大为减少；莴笋渗后样品在热风干燥或复水后,其外观品质均优于未渗样品；渗后样品在高温下复水较快而未渗样品适宜在室温状态下复水,渗后样品的复水能力好于未渗样品；莴笋渗后样品复水时间可控制在1h内。

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摘要 3-5Abstract 5-11第1章绪论 11-17 1.1 前言 11 1.2 国内外渗透脱水研究概况 11-14 1.3 课题的提出 14-15 1.4 研究内容及技术路线 15-16 1.4.1 研究内容 15 1.4.2 技术路线 15-16 1.5 小结 16-17第2章渗透脱水原理、试验方法及分析软件介绍 17-23 2.1 渗透脱水原理 17-19 2.1.1 渗透脱水的传质 17-18 2.1.2 渗透脱水的影响因素 18-19 2.2 渗后干燥技术介绍 19-20 2.3 试验方法 20-21 2.3.1 回归正交旋转组合设计 20 2.3.2 均匀试验设计 20-21 2.4 相关分析软件介绍 21-22 2.4.1 SPSS软件 21 2.4.2 SYSTAT软件包 21-22 2.4.3 MATLAB软件 22 2.5 小结 22-23第3章莴笋渗透脱水传质研究及参数优化 23-41 3.1 材料与方法 23-24 3.1.1 试验材料与仪器 23 3.1.2 莴笋初始含水率测定 23-24 3.1.3 渗透脱水工艺流程 24 3.1.4 试验指标 24 3.2 漂烫和单因素试验 24-27 3.2.1 漂烫+渗透脱水试验结果 24-25 3.2.2 单因素试验方案与结果 25-27 3.3 回归正交旋转试验 27-28 3.4 结果与分析 28-39 3.4.1 各影响因素对莴笋渗透脱水失水率的作用 30-32 3.4.2 各影响因素对莴笋渗透脱水固形物增加率的作用 32-35 3.4.3 莴笋渗透脱水指标回归方程及参数优化 35-39 3.5 小结 39-41第4章莴笋渗透脱水动力学研究 41-61 4.1 材料与方法 41-44 4.1.1 试验材料与仪器 41 4.1.2 渗透脱水工艺流程 41-42 4.1.3 试验指标 42-44 4.2 试验方案 44-45 4.3 结果与分析 45-58 4.3.1 莴笋渗透脱水指标试验值与预测值比较 45-48 4.3.2 莴笋渗透脱水动力学模型 48-53 4.3.3 莴笋渗透脱水的有效扩散系数 53-58 4.4 小结 58-61第5章莴笋渗后热风干燥特性及品质研究 61-71 5.1 材料与方法 61-63 5.1.1 试验材料与仪器 61 5.1.2 莴笋渗后热风干燥及复水方法 61-62 5.1.3 试验指标 62-63 5.2 试验方案 63 5.3 试验结果 63-70 5.3.1 渗后莴笋在不同影响因素下的干燥特性 63-65 5.3.2 渗后与未渗莴笋的热风干燥曲线及干燥速率曲线 65-67 5.3.3 渗透脱水与未渗莴笋外观及复水特性比较 67-70 5.4 小结 70-71第6章结果与结论 71-75 6.1 全文结果及结论 71-72 6.2 存在的问题 72-73 6.3 下一步研究方向 73-75致谢 75-77参考文献 77-83附录一硕士研究生期间发表的论文 83-85附录二插图与表格清单 85-87附录三符号表 87-89附录四 q_1计算源程序 89

莴笋渗透脱水传质动力学及渗后热风干燥特性研究

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