南瓜片微波真空干燥特性
探討了不同微波強度、腔體絕對壓力和南瓜片厚度對南瓜片微波真空干燥特性的影響，通過建立數學模型來預測南瓜片微波真空干燥過程中水分變化。結果表明，微波強度對南瓜片干燥速率的影響明顯大于腔體絕對壓力和南瓜片厚度;通過決定系數(R2 ) 、殘差平方和(SSE) 和均方根誤差(RMSE) 等評價指標對12 種數學模型的擬合度進行評價，認為Page 模型適合描述和預測南瓜片微波真空干燥水分變化規律，并提出了試驗條件范圍內參數k 和n 的經驗模型，為南瓜片工業化生產提供技術依據。
南瓜( Cucurbita moschata Duch. ) 是葫蘆科南瓜屬作物，營養豐富且具有多種保健和藥用功效，中國南瓜總產量位居世界第一，但鮮南瓜含水率高，易腐爛，干制可保持其生物化學活性，延長保質期。干燥濕物料是質量和熱量傳遞同時進行的復雜過程，干燥動力學研究對干燥設備設計、工藝優化和提高終產品質量有重要意義，目前國內外研究人員已經提出了包括基于Fick 第二定律的半理論模型和經驗模型在內的十幾種適用于農產品干燥的薄層干燥模型，如Lewis，Page，Henderson and Pabis，Twoterm和Wang and Singh 等模型。有關南瓜干燥模型，Doymaz研究認為，Logarithmic 模型和Verma et al. 模型適合描述南瓜片對流干燥過程; Guine等研究發現，Henderson-Pabis 模型適合描述南瓜熱風干燥過程; 王瑾等研究表明，Midilli-Kucuk 模型適合描述并預測南瓜漿滾筒干燥過程。
微波真空干燥是物料在真空環境中通過微波快速加熱、低溫傳質、高效脫水的新型干燥技術，它可有效提高能源利用率和產品質量。微波真空干燥廣泛應用于蕨菜、雙孢菇、胡蘿卜、土豆、綠茶、荔枝和榴蓮等農產品干燥并研究建立其微波真空干燥數學模型，但目前尚未見南瓜片微波真空干燥方面的研究報道。因此，本文以新鮮南瓜為原料，研究微波強度、腔體絕對壓力和南瓜片厚度對南瓜片微波真空干燥特性的影響，并建立其數學模型，旨在闡明南瓜片微波真空干燥規律，同時為開發新型即食南瓜片產品提供科學依據和生產實踐指導。
1、材料與方法
1.1、材料及處理
供試南瓜購于福建省福州市海峽農副產品批發物流中心的蔬菜市場，品種為月牙瓜。選擇大小均勻、無病蟲害、無損傷的成熟南瓜為試驗材料。南瓜經清水清洗、晾干表面水分后，沿南瓜中心軸切成兩半，南瓜經去皮、去瓤、去籽后，用切片機將南瓜切成圓形( 半徑2 mm) 的南瓜片。經測定新鮮南瓜片的含水率( 干基) 為8. 90 ～ 11. 03 kg /kg。
1.2、儀器與設備
KL-4 型微波真空干燥機( 福建農林大學與廣州凱棱工業用微波設備有限公司聯合研制) ; DHG-9070A 型電熱恒溫鼓風干燥箱( 上海精宏實驗設備有限公司) ; BS224S 型電子天平( 賽多利斯科學儀器有限公司)
1.3、試驗方法
選取微波強度、腔體絕對壓力和南瓜片厚度為因素，分別進行單因素試驗。固定腔體絕對壓力15kPa，南瓜片厚度6 mm，選取微波強度為4，6，8， 10 和12 kW/kg，研究不同微波強度對南瓜片干燥特性的影響; 固定微波強度8 kW/kg，南瓜片厚度6 mm，選取腔體絕對壓力為10， 15， 20， 25 和30 kPa，研究不同腔體絕對壓力對南瓜片干燥特性的影響; 固定微波強度8 kW/kg，腔體絕對壓力20 kPa，選取南瓜片厚度為2，4，6，8和10 mm，研究不同南瓜片厚度對南瓜片干燥特性的影響。將南瓜片單層平鋪于微波盤，按照試驗要求設置好設備參數，微波盤幾何對稱置于干燥室中，并以10 r /min 的速度轉動，每2 min 取出并記錄物料質量，至含水率( 干基) ≤0. 06 kg /kg。在單因素試驗基礎上，選取微波強度、腔體絕對壓力和南瓜片厚度為試驗因素，采用三元二次正交旋轉回歸組合設計進行南瓜片微波真空干燥多因素試驗。因素水平編碼表如表1 所示，各組試驗條件見表4，其它要求同單因素試驗。
1.4、水分測定
樣品含水率測定參照GB/T 5009. 3 -2003。水分比的計算方法，如下式
表1 因素水平編碼表
式中: MR為水分比; Mt為樣品在t 時刻的含水量，kg /kg( 干基) ; M0為樣品的初始水分含水量，kg /kg( 干基) ; Me為樣品的平衡水分量，kg /kg( 干基) 。由于Me相對于Mt，M0來說非常小，可忽略不計。故上式可以簡化為
1.5、干燥模型
選取12 種國內外相關文獻中常用的干燥數學模型( 見表2) 擬合南瓜片微波真空干燥試驗數據，真空技術網(http://203scouts.com/)采用決定系數( R2 ) 、殘差平方和( SSE) 和均方根誤差( RMSE) 對模型的擬合度進行評價。R2、SSE 和RMSE 的計算表達式如下
式中：N 為試驗數據個數; MRpred，i為模型預測水分比; MRexp，i為試驗實測水分比。R2 是評價模型擬合度最重要的指標，R2 越高，SSE 和RMSE 越低，表明模型擬合度越高，從而確定合適的干燥模型。
1.6、數據處理
利用Excel 2003 軟件對南瓜片微波真空干燥試驗數據進行繪圖，基于Matlab 7. 0 軟件，利用Levenberg-Marquart 算法對模型進行非線性擬合求解，利用Design Expert 7. 0 軟件對模型參數進行分析。
表2 選擇的薄層干燥數學模型
2、結果與分析
2.1、南瓜片的微波真空干燥特性
http://203scouts.com/application/vacuumdrying/085430.html
2.2、南瓜片微波真空干燥的數學模型
http://203scouts.com/application/vacuumdrying/085431.html
3、結論
(1) 南瓜片微波真空干燥特性與微波強度、腔體絕對壓力和南瓜片厚度有關，且微波強度對南瓜片微波真空干燥速率影響明顯大于腔體絕對壓力和南瓜片厚度。微波強度越大，干燥速率越快; 減小腔體絕對壓力可一定程度上提高干燥速率。南瓜片微波真空干燥過程主要分為升速、恒速、降速三個階段，其中微波強度可明顯影響南瓜片微波真空干燥的恒速干燥的時間。因此，適當提高微波強度是提高南瓜片微波真空干燥速率和縮短干燥時間的最有效方法。
(2) Page 模型具有擬合參數少、擬合度高等優點，該模型能較準確地表達和預測南瓜片微波真空干燥過程中的水分變化規律。微波強度對干燥速率常數k的影響強于腔體絕對壓力和南瓜片厚度，而干燥條件改變對產品常數n 影響不大。
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