果蔬太阳能辅助低温吸附干燥特性及其机理研究

apple and plateau summer vegetables is advantageous industries of Gansu Province. There are lots of fruit-vegetables need dehydrating and drying, then storage, transportation and throughout all over the country. Low-temperature adsorption drying is a new drying method that with low humidity, low temperature air as the carrier, and has low energy consumption, environmental protection, the loss of small features. It's suit for the heat-sensitive materials, making full use of northwest natural resources such as dry climate and abundant solar energy, and meeting development needs of fruit-vegetables industry. This project intends to establish low-temperature adsorption of fruit-vegetables drying's experimental equipment. Through determine the low-temperature adsorption drying curves to learn the effects of temperature, relative humidity, flow-speed of dried-air and granularity of raw material on drying characteristic of fruit-vegetables; using the orthogonal designed experiment to analyze the relation of the drying characteristic, rehydration capability, nutritional ingredient with the condition of the drying process, determine the volume contraction characteristics and effective diffusion coefficient; observe apparent and interior tissue of fruit-vegetables using the optical microscope and scanning electron microscope(SEM), analyzing the heat and mass transfer process of adsorption dehumidification drying system with test data, to discuss drying mechanism and establish mathematical model, and provide a theoretical basis for the technology of low-temperature adsorption drying , which could applied to production areas.

苹果和高原夏菜是甘肃省的优势特色产业，每年都有大量的果蔬需要脱水制干，然后贮藏、运输及销往全国各地。吸附式干燥是一种新型的干燥方法，以低湿、低温的空气作为载体进行物料干燥，具有节能、环保、损失小的特点，适合果蔬等热敏性物料的干燥，又能充分利用西北地区气候干燥、太阳能丰富的自然条件，符合果蔬产业发展的需求。本项目拟建立果蔬吸附式低温干燥模拟实验装置，通过测定低温吸附干燥特性曲线，考察干燥介质的温度、相对湿度、流速和物料粒度对果蔬干燥过程的影响；采用正交设计实验分析不同干燥过程与果蔬干制品营养成分含量和复水性能的关系，研究确定果蔬吸附干燥过程中的体积收缩特性和有效扩散系数；通过光学显微镜和扫描电镜(SEM)对不同干燥阶段的果蔬表观形貌和内部显微结构分别进行表征，并结合试验数据分析吸附式除湿干燥系统的传热传质过程，探讨干燥机理，建立干燥数学模型，从而为低温吸附干燥技术应用到生产领域提供理论基础。

利用西北地区丰富的太阳能资源，在已有太阳能干燥设施基础上，设计建成果蔬太阳能辅助吸附式低温干燥（SLAD）模拟实验装置，从苹果、胡萝卜、青椒的干燥特性研究入手，确定影响SLAD干燥速率的关键因素，分析干燥过程中物料的显微结构和湿分变化，建立干燥拟合方程，揭示果蔬SLAD制干机理，为开发果蔬绿色脱水技术提供理论支撑。项目主要结论如下：.影响果蔬SLAD干燥速率各因素的正交试验结果表明：果蔬SLAD干燥过程可分为调整期、恒速期、降速期三个阶段；干燥温度对苹果片干燥速率影响最显著，50℃比10℃节时达65.9%；各因素主次顺序为干燥温度>相对湿度>干燥介质流速>切片厚度>载样量；最佳干燥条件为：温度50℃、相对湿度20%、载样量为7.5kg/m2（苹果和胡萝卜）和10kg/m2（青椒）、风速0.9m/s、苹果和胡萝卜切片厚度为3mm、青椒切片大小为20×20mm。SLAD与热风干燥相比，干燥后果蔬的复水率、蛋白质、还原糖、总糖及VC含量相对较高，表明SLAD能较好保持干燥物料的热敏性营养成分，并提高复水性。研究确定了果蔬SLAD干燥过程中的体积收缩特性和水分有效扩散系数，苹果、胡萝卜、青椒有效扩散系数分别为3.65×10-10、2.84×10-9、4.73×10-11m2/s，活化能分别为34.35、28.56、39.75kJ/mol。经光学显微镜和扫描电镜观察SLAD干燥前后的形貌结构，干燥后的物料因失水导致组织骨架结构散失，皱缩变形严重。采用数学软件选取3种模型拟合果蔬SLAD干燥实验数据，其中Page模型拟合程度最高，拟合出的Page模型方程分别为MR苹果=exp(-0.003284*t^1.95199)、MR胡萝卜=exp(-0.01163t^1.62779)、MR青椒= exp(-0.005475*t^1.688717)，拟合方程曲线与实测值一致性好，能够描述SLAD干燥过程。通过上述工艺和理论探讨，比较系统的阐述了SLAD干燥特性及机理。.项目按计划完成了相关研究内容，任务指标基本完成，申请国家发明专利3项，撰写的科技论文2篇待发表。项目实施期间，培养高级职称专业技术人员2名，1人在读博士研究生。项目总经费56万元，已实际支出41.378万元，各项支出与预算基本相符，结余经费14.622万元，结余经费计划用于本课题后续研究。