本文關(guān)鍵詞：微波真空干燥的數(shù)學(xué)模擬及其在食品加工中的應(yīng)用，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本課題研究意在開發(fā)微波真空干燥技術(shù),對其過程進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬,并應(yīng)用于食品脫水干燥和濃縮。 首先研制了實驗規(guī)模的微波真空干燥器,該設(shè)備主要特點如下:被干燥物料能在諧振腔內(nèi)隨轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動,削除了微波加熱的熱點,微波功率和真空度可調(diào),并可實時觀察物料的干燥情況。 以胡蘿卜片為實驗材料,研究了片狀物料微波真空干燥的動力學(xué)數(shù)學(xué)模型。該模型根據(jù)物料的顯熱、潛熱和吸收的微波能的能量平衡,通過的大量實驗數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行驗證,結(jié)果表明樣品從初始含水量干燥到含水量 (干基)的干燥階段,理論干燥曲線和實驗干燥曲線非常吻合,并且此階段干燥速率是一常數(shù);當(dāng)樣品的含水量 的干燥段,實驗干燥曲線開始稍偏離理論干燥曲線,而樣品的含水量 的干燥段,實驗干燥曲線大幅度偏離理論干燥曲線,所以當(dāng) 的干燥段,理論干燥動力學(xué)數(shù)學(xué)模型必必須進(jìn)行修正,因而引進(jìn)修正系數(shù) ,通過對實驗數(shù)據(jù)的非線性回歸,得到了修正系數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。干燥動力學(xué)試驗時微波能和真空壓力變化范圍較大,理論模型和試驗都表明干燥速率與微波功率大小成正比,與真空壓力下水的汽化潛熱的大小成反比。 以胡蘿卜片為試驗材料,研究了薄片物料在微波真空干燥過程中物料內(nèi)部的溫度分布和溫度變化。試驗表明:當(dāng)樣品的厚度小于8 mm時,其中心溫度和表面溫度大小相同,內(nèi)部的溫度分布均勻;而當(dāng)樣品的厚度大于 8 mm 時,其中心溫度大于表面溫度,沿厚度方向產(chǎn)生了溫度梯度。當(dāng)樣品的厚度小于8 mm時,試驗還表明胡蘿片的整個干燥過程可分為三個干燥階段,即均勻加熱段、恒溫段和快速升溫段。均勻加熱段( )樣品的溫度線性增至該真空度下的水的飽和溫度,此階段沒有水分的蒸發(fā),且均勻加熱段的時間非常短;恒溫段( )水分大量從樣品內(nèi)部蒸發(fā)遷出,幾乎沒有阻力;快速升溫段( )的干燥速率下降,溫度升高。樣品的厚度小于8 mm時,微波真空干燥均勻加熱段和恒溫段樣品溫度預(yù)測的數(shù)學(xué)模型主要根據(jù)能量平衡,對于快速升溫段由于水分少,微波能不能全部被吸收,通過對試驗數(shù)據(jù)的非線性回歸,得到了一個經(jīng)驗的數(shù)學(xué)模型。 研究了微波真空和熱風(fēng)干燥組合干燥大蒜片。樣品首先用微波真空干燥到含水量約10% (濕基),然后采用45 oC的熱風(fēng)干燥到水分小于5%(濕基),通過對干燥樣品大蒜素的保留率、顏色、質(zhì)構(gòu)和復(fù)水率等方面的測試,并和冷凍干燥和傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥(60-65 oC)產(chǎn)品在上述幾個方面進(jìn)行比較,結(jié)果表明微波真空和熱風(fēng)組合干燥大蒜片的質(zhì)量與冷凍干燥的大蒜片質(zhì)量十分接近,比傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥的大蒜片質(zhì)量要好得多。 研究了微波真空、微波真空和熱風(fēng)干燥組合、微波真空和真空干燥組合干燥富含葉綠素的小蔥和富含類胡蘿卜素的胡蘿卜片。樣品首先用微波真空干燥到樣品含水量約 WP=10 20%(濕基),然后采用45-50 oC的熱風(fēng)或55-60oC的真空干燥或低功率的微波真空干燥到樣品含水量約6%(濕基),通過葉綠素和胡蘿卜素含量的測試,結(jié)果表明上述干燥方法得到的產(chǎn)品其色素的保留率與冷凍干燥產(chǎn)品的色素保留率接近,比傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥(60-65 oC)的產(chǎn)品色素的保留率高得多。微波真空干燥胡蘿卜可以省去熱燙工藝,主要是因為微波真空干燥速度快,與色素降解有關(guān)的酶的活性急劇下降,干燥過程中沒有氧氣。 對高粘度的靈芝多糖溶液進(jìn)行了微波真空濃縮和干燥,不僅靈芝多糖和三萜酸的保留率與冷凍干燥產(chǎn)品接近,比傳統(tǒng)真空干燥要高得多,而且濃縮或干燥速度快,表明微波真空技術(shù)在濃縮和干燥高粘度、熱敏性液態(tài)食品方面具有良好的應(yīng)用前景。 通過對各種干燥方法干燥過程能量利用率和能耗的分析和對比,微波真空干燥的干燥成本要比冷凍干燥低得多,比傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥成本略高;對工業(yè)微波真空干燥設(shè)備提出了設(shè)想。 本課題研究表明:微波真空干燥可以獲得高質(zhì)量的脫水干燥食品,且成本低廉。
【關(guān)鍵詞】：微波真空干燥 干燥動力學(xué)數(shù)學(xué)模型 溫度分布和變化數(shù)學(xué)模擬 大蒜片 胡蘿卜片 小蔥 靈芝多糖
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2004
【分類號】：TS205
【目錄】：

• 摘要9-11
• ABSTRACT11-14
• 數(shù)學(xué)符號表14-17
• 第一章 緒論17-36
• 1.1 干燥技術(shù)與農(nóng)產(chǎn)品和食品加工17-20
• 1.1.1 農(nóng)產(chǎn)品和食品干燥的主要特點和問題17
• 1.1.2 干燥在農(nóng)產(chǎn)品加工、食品加工中的應(yīng)用17-18
• 1.1.3 干燥技術(shù)和設(shè)備在農(nóng)產(chǎn)品、食品加工中的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢18-20
• 1.2 干燥過程對食品品質(zhì)的影響20-21
• 1.3 介電(微波)加熱干燥的特點21-28
• 1.3.1 微波在電磁波譜上的位置21-22
• 1.3.2 介電加熱原理22-23
• 1.3.3 介電加熱的特點23
• 1.3.4 物料的介電特性23-24
• 1.3.5 微波場中物料吸收的微波能及穿透深度的計算24-27
• 1.3.6 介電干燥的特點27-28
• 1.4 微波真空干燥的技術(shù)研究進(jìn)展28-31
• 1.4.1 微波真空干燥的技術(shù)特點28-29
• 1.4.2 微波干燥、微波真空干燥的國內(nèi)外研究和發(fā)展現(xiàn)狀29-31
• 1.4.2.1 理論研究29
• 1.4.2.2 應(yīng)用研究現(xiàn)狀29-30
• 1.4.2.3 微波真空干燥設(shè)備的研制現(xiàn)狀30-31
• 1.5 微波真空干燥技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用前景31
• 1.6 立題背景和意義31-32
• 1.7 本論文的主要研究內(nèi)容32
• 參考文獻(xiàn)32-36
• 第二章 微波真空干燥試驗設(shè)備的研制36-48
• 2.1 微波真空干燥實驗設(shè)備的國內(nèi)外狀況36
• 2.2 設(shè)計原理與計算36-45
• 2.2.1 設(shè)備的組成36-38
• 2.2.2 矩形波導(dǎo)設(shè)計38-41
• 2.2.2.1 矩形波導(dǎo)中的電磁場分布38-39
• 2.2.2.2 矩形波導(dǎo)的傳輸特性39-40
• 2.2.2.3 矩形波導(dǎo)尺寸的確定40-41
• 2.2.3 箱式干燥器的設(shè)計原理41-43
• 2.2.4 矩形干燥箱內(nèi)的電場強度的估算和設(shè)計要求43-45
• 2.3 試驗設(shè)備結(jié)構(gòu)圖和實體照片圖45-46
• 2.4 本章小結(jié)46
• 參考文獻(xiàn)46-48
• 第三章 微波真空干燥動力學(xué)數(shù)學(xué)模型48-63
• 3.1 前言48-49
• 3.1.1 微波真空干燥動力學(xué)研究的意義48
• 3.1.2 微波真空干燥動力學(xué)研究的現(xiàn)狀48-49
• 3.2 數(shù)學(xué)模型49-50
• 3.3 材料與設(shè)備50
• 3.3.1 實驗材料50
• 3.3.2 實驗儀器50
• 3.4 試驗方法50-52
• 3.4.1 微波輸出功率的測量50-51
• 3.4.2 試驗樣品質(zhì)量的確定51-52
• 3.4.3 樣品制備和水分含量測定52
• 3.5 結(jié)果與討論52-61
• 3.5.1 實驗干燥曲線與理論干燥曲線的比較52-58
• 3.5.2 微波功率對干燥曲線的影響58-60
• 3.5.3 真空度對干燥曲線的影響60-61
• 3.6 本章小結(jié)61-62
• 參考文獻(xiàn)62-63
• 第四章 微波真空干燥薄片物料的內(nèi)部溫度分布和變化的數(shù)學(xué)模擬63-78
• 4.1 前言63-64
• 4.1.1 研究微波真空干燥過程中物料內(nèi)部的溫度分布和溫度變化的重要性63
• 4.1.2 微波真空干燥過程中物料內(nèi)部的溫度分布和溫度變化數(shù)學(xué)模型的研究現(xiàn)狀63-64
• 4.2 微波真空干燥片狀食品的過程中傳質(zhì)機理和傳質(zhì)的控制阻力64-65
• 4.3 數(shù)學(xué)模型65-67
• 4.3.1 能量平衡方程65
• 4.3.2 質(zhì)量平衡方程65-66
• 4.3.3 邊界條件66-67
• 4.3.4 初始條件67
• 4.3.5 干燥薄片物料時數(shù)學(xué)模型的簡化67
• 4.4 材料與方法67-68
• 4.4.1 實驗材料67
• 4.4.2 儀器和設(shè)備67
• 4.4.3 試驗方法67-68
• 4.4.3.1 微波輸出功率的測量67-68
• 4.4.3.2 干燥過程中溫度測試68
• 4.5 結(jié)果與討論68-75
• 4.5.1 切片厚度對溫度分布的影響68-70
• 4.5.2 微波真空干燥過程中樣品的溫度變化規(guī)律及其數(shù)學(xué)表達(dá)70-75
• 4.5.2.1 微波真空干燥過程三階段73
• 4.5.2.2 均勻加熱段溫度的數(shù)學(xué)表達(dá)73
• 4.5.2.3 恒溫或恒速干燥階段溫度的數(shù)學(xué)表達(dá)73
• 4.5.2.4 快速升溫或降速干燥階段溫度的數(shù)學(xué)表達(dá)73-75
• 4.6 本章小結(jié)75-76
• 參考文獻(xiàn)76-78
• 第五章 微波真空干燥在食品加工中的應(yīng)用78-100
• 5.1 微波真空干燥大蒜片的研究78-84
• 5.1.1 前言78-79
• 5.1.1.1 研究大蒜干燥的意義78-79
• 5.1.1.2 大蒜干燥的國內(nèi)外現(xiàn)狀79
• 5.1.2 材料與設(shè)備79
• 5.1.2.1 實驗材料79
• 5.1.2.2 實驗儀器79
• 5.1.3 干燥試驗工藝79-80
• 5.1.4 測定方法80-82
• 5.1.4.1 大蒜素保留率的測定80-81
• 5.1.4.2 干燥蒜片色澤測定81
• 5.1.4.3 干燥蒜片質(zhì)構(gòu)測定81
• 5.1.4.4 干燥蒜片復(fù)水性測定81-82
• 5.1.5 結(jié)果與討論82-84
• 5.1.5.1 干燥方法對大蒜素保留率的影響82
• 5.1.5.2 干燥方法對大蒜片色澤的影響82-83
• 5.1.5.3 干燥方法對大蒜片質(zhì)構(gòu)的影響83-84
• 5.1.5.4 干燥方法對大蒜片復(fù)水性的影響84
• 5.2 微波真空干燥胡蘿卜片和綠葉蔬菜84-92
• 5.2.1 前言84-87
• 5.2.1.1 脫水蔬菜色素保留的意義84-86
• 5.2.1.2 類胡蘿卜素和葉綠素的損失機制86-87
• 5.2.1.3 胡蘿卜素片和綠葉蔬菜干燥研究的國內(nèi)外現(xiàn)狀87
• 5.2.2 材料與設(shè)備87-88
• 5.2.2.1 實驗材料88
• 5.2.2.2 實驗儀器88
• 5.2.3 干燥試驗工藝88
• 5.2.4 測定方法88-90
• 5.2.4.1 總胡蘿卜素保留率的測試88-89
• 5.2.4.2 葉綠素保留率的測定89-90
• 5.2.5 結(jié)果與討論90-92
• 5.2.5.1 干燥方法對總胡蘿卜素保留率的影響90-91
• 5.2.5.2 干燥方法對葉綠素保留率的影響91-92
• 5.2.5.3 熱燙對胡蘿卜片干燥中(-胡蘿卜素保留率的影響92
• 5.3 高粘度靈芝多糖溶液濃縮或干燥92-96
• 5.3.1 前言92-93
• 5.3.2 材料與設(shè)備93
• 5.3.2.1 實驗材料93
• 5.3.2.2 實驗儀器93
• 5.3.3 干燥工藝93-94
• 5.3.4 測定方法94
• 5.3.4.1 水溶性多糖的測定94
• 5.3.4.2 靈芝三萜酸的測定94
• 5.3.5 結(jié)果與討論94-96
• 5.3.5.1 干燥方法對靈芝多糖含量的影響94-95
• 5.3.5.2 干燥方法對靈芝三萜酸含量的影響95
• 5.3.5.3 不同干燥方法的干燥效率比較95-96
• 5.4 本章小結(jié)96
• 參考文獻(xiàn)96-100
• 第六章 微波真空干燥的經(jīng)濟性和工業(yè)設(shè)備展望100-109
• 6.1 前言100
• 6.2 干燥設(shè)備的能量利用率100-103
• 6.2.1 干燥設(shè)備的能量利用率和熱效率的計算100-101
• 6.2.2 熱風(fēng)干燥、冷凍干燥和微波真空干燥能量利用率的比較101-103
• 6.3 各種干燥方法的干燥成本計算和比較103-106
• 6.3.1 熱風(fēng)干燥、冷凍干燥和微波真空干燥單位能耗的計算和比較103
• 6.3.2 熱風(fēng)干燥、冷凍干燥和微波真空干燥生產(chǎn)脫水蔬菜單位能耗成本的比較103-104
• 6.3.3 冷凍干燥和微波真空干燥生產(chǎn)脫水蔬菜成本和利潤的比較104-106
• 6.4 微波真空干燥工業(yè)設(shè)備的展望106-107
• 6.5 本章小結(jié)107-108
• 參考文獻(xiàn)108-109
• 主要結(jié)論109-111
• 論文創(chuàng)新點111-112
• 附錄112-115
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的文章115-116
• 致謝116

【引證文獻(xiàn)】

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10 王飛;基于HFSS仿真技術(shù)制取焦糖色素的微波爐優(yōu)化設(shè)計研究[D];華南理工大學(xué);2010年

  本文關(guān)鍵詞：微波真空干燥的數(shù)學(xué)模擬及其在食品加工中的應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：472650