红外辐射加热对胡萝卜光学吸收特性的影响

The infrared radiation heating study is focused on reducing the energy consumption and drying efficiency currently,as well as the influence of physical and chemical changes on fruit and vegetable quality. However, the infrared spectrum and its change with the infrared absorption ability of vegetable are ignored. But it is notable that the relation of them does not only influence vegetable quality, but also play an important role in the infrared energy utilization.In this project,firstly,a mass transfer model is established to predict the moisture migration based on the Second Fick Diffusion Equation.Then according to the infrared radiation absorption band of carrot, different bands of infrared radiation will be selected to dry carrot.Based on carrot infrared absorption characteristic factors and the different wavelengths of the radiation,the influence of moisture content and thickness on the infrared absorption ability of carrot will be investigated. The moisture content and thickness will be regarded as the function of attenuation coefficient to establish a mathematic model of infrared radiation characteristics of carrot.The impact of the infrared absorption properties of carrot on ultrastructural change and color change will be studied lastly.To enhance the carrot drying quality and making more efficient use of infrared energy are the main goals of the study,and it can provide a necessary theoretical basis for the infrared drying.

目前红外干燥研究多侧重于宏观上能耗的降低,干燥效率的提升，以及物理化学变化对蔬菜品质的影响，却忽视了红外光谱以及蔬菜自身变化对蔬菜红外吸收能力的影响，这不但影响蔬菜的品质，而且影响红外能量的充分利用。针对红外干燥过程研究中存在的上述问题，本项目拟以胡萝卜为加热对象，建立基于Fick第二扩散定律理论的传质方程，以预测胡萝卜内部的水分迁移规律；探索胡萝卜含水率和切片厚度对红外吸收能力的影响，在比尔定律的基础上建立红外辐射吸收特性模型；通过研究红外辐射过程中胡萝卜细胞超微结构和表面形态结构的变化，考察红外吸收对胡萝卜微观结构的影响规律，基于胡萝卜干燥中色泽的改变，探讨胡萝卜的红外吸收能力对外观品质的影响，为探索干制品品质的成因提供了新的研究方法。以上研究将为高效利用红外能量以及提升胡萝卜的干制品品质提供重要的理论依据。

目前在研究红外辐射干燥过程时，常利用经验模型来研究干燥过程以及传热传质问题，但很难表达红外干燥过程中物料内部水分的实际扩散过程。为探究红外辐射干燥胡萝卜切片的水分扩散过程，本课题利用低场核磁共振波谱法对其内部水分迁移特性进行了深入研究。另外，在红外干燥过程中，结构特性参数的变化也会直接影响到最终产品品质，研究这些参数变化规律可以控制最终产品的干燥品质。为此本课题进行了以下研究：.（1）基于红外干燥试验对胡萝卜的干燥特性进行了研究，分析了干燥温度，切片厚度和辐照距离对胡萝卜干燥特性的影响。分别利用单项扩散模型、指数模型和page模型进行拟合，发现Page模型更适合用来描述胡萝卜切片的干燥过程。.（2）为探究红外辐射干燥胡萝卜切片内部水分迁移特性，利用低场核磁共振波谱法对胡萝卜红外干燥切片横向弛豫时间T2图谱进行了分析，结果发现胡萝卜切片含水率呈指数趋势降低。同时还研究了胡萝卜红外薄层干燥条件下的水分迁移规律，发现干燥中期，不易流动水、结合水的水分含量增幅分别为≤3倍、3-6倍，干燥至后期，不易流动水所占比例呈“双峰”现象。.（3）研究了胡萝卜红外干燥过程中的结构特性变化规律，利用试验数据拟合发现，二次多项式模型可更好的预测红外干燥过程中胡萝卜收缩率和干基比之间的关系。对不同辐射条件下色差总值变化规律进行了研究，现五次多项式回归分析结果最优。.（4）研究了胡萝卜的红外吸收光谱，实验结果表明红外加热具有选择性，不同的辐射峰值波长得到的干燥速度也不同，不同频谱范围的红外光具有不同的穿透性，辐射波长越大，穿透的厚度也越大。.通过基于干燥模型和低场核磁共振波谱法对胡萝卜的水分迁移特性进行了研究，对确定胡萝卜内部的质传递规律和内部的水分分布特性提供了重要依据；红外加热选择性研究为红外吸收特性研究奠定了基础；结构特性研究为其红外干燥品质的成因提供了理论依据。