木耳微波干燥特性研究

劉冬梅，花 軍

(1.東北林業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040;2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030)

黑木耳［Auricularia auricular(L.ex Hook.)Under］，屬于擔(dān)子菌綱木耳目、木耳科，具有多種生理活性，是世界上最早開(kāi)始人工栽培的高等膠質(zhì)擔(dān)子菌。由于新鮮的木耳含水量較高，不易貯存運(yùn)輸，故傳統(tǒng)的木耳直接以干品上市。木耳傳統(tǒng)的干燥方法多采用自然干燥和熱風(fēng)干燥。傳統(tǒng)的木耳干燥存在熱利用率低、生產(chǎn)效率過(guò)低、耗能過(guò)大等不足，而且目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于木耳干燥的研究報(bào)道較少，因此進(jìn)行其干燥方法和干燥特性的研究尤為重要。

微波是一種具有較強(qiáng)穿透能力的高頻電磁波，較大程度地促進(jìn)了干燥過(guò)程中水分向物料表面擴(kuò)散，從而加快了干燥速度。微波干燥與傳統(tǒng)干燥方式相比，不但熱能利用率高、加熱時(shí)間短、生產(chǎn)效率高、節(jié)約能源、節(jié)省生產(chǎn)成本，而且干燥均勻、清潔生產(chǎn)、可提高產(chǎn)品干燥后食用品質(zhì)，干燥過(guò)程易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，技術(shù)上可靠、可行。

筆者對(duì)木耳的微波干燥特性進(jìn)行試驗(yàn)研究，選擇微波功率為影響因素，在微波設(shè)備上進(jìn)行干燥試驗(yàn)，分析木耳微波干燥特性，為木耳微波干燥的工藝優(yōu)化和新型干燥設(shè)備的設(shè)計(jì)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料 挑選大小比較均勻一致、菇體形狀完整、無(wú)破碎的新鮮黑木耳，用購(gòu)物袋扎緊，放入冰箱備用。按國(guó)標(biāo)法(GB 5497-85)測(cè)定其初始含水率［1］，試驗(yàn)所用木耳的初始含水率(濕基)為93.06%。主要儀器設(shè)備:電子天平，上海浦春計(jì)量?jī)x器有限公司;BC/BD-146HB型電冰柜，青島海爾特種電冰柜有限公司;MTFS型便攜式紅外測(cè)溫儀，美國(guó)Raytek公司;LG-WD700型微波爐，樂(lè)金電子電器有限公司;真空干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司。

1.2 方法 每次稱取鮮木耳質(zhì)量約100 g，誤差控制在2～3 g(＜5%);薄層均勻平鋪在微波設(shè)備專用托盤上。微波干燥功率分別設(shè)定為800、640、480、320、160 W，在設(shè)定功率下對(duì)木耳進(jìn)行干燥試驗(yàn)。每隔1 min取樣1次，記錄木耳質(zhì)量、木耳溫度;最終達(dá)到大約相同物料質(zhì)量時(shí)結(jié)束。相同試驗(yàn)條件下，同一試驗(yàn)重復(fù)3次，取其平均結(jié)果，以減小試驗(yàn)誤差。

2 結(jié)果與分析

2.1 微波功率對(duì)含水率的影響 為了分析木耳的干燥特性，計(jì)算出每次試驗(yàn)物料的含水率，繪制各微波功率下的干燥曲線，如圖1所示。在同一微波功率下，隨著微波干燥時(shí)間的增加，木耳含水率呈現(xiàn)減小趨勢(shì);在干燥初期，曲線下降緩慢;隨著時(shí)間的推移，曲線下降有所加快，說(shuō)明干燥速度加快;干燥后期，含水率下降很快;最后一階段，曲線變化呈線性。

對(duì)于不同功率下干燥曲線的分析:從干燥曲線上看，微波功率越大，干燥所用時(shí)間越短，干燥速度越快;干燥結(jié)束時(shí)含水率接近于同一值。

2.2 微波功率對(duì)物料溫度的影響 在每次取樣測(cè)質(zhì)量前，快速測(cè)量物料中心區(qū)域溫度，繪制各微波功率下的溫度變化曲線，如圖2所示。在同一微波功率下，隨著微波干燥時(shí)間的增加，物料溫度總體呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì);在干燥初期溫度增長(zhǎng)較快，且近似呈線性升溫，接下來(lái)一段幾乎持平，再后來(lái)溫度再次呈增高趨勢(shì)，但中間有升降的波動(dòng)變化。

圖1 不同微波功率下的含水率隨時(shí)間變化曲線

圖2 不同微波功率下物料溫度隨時(shí)間變化曲線

從干燥溫度曲線上看，微波功率越大，所干燥物料的溫度越高，干燥相同時(shí)間升溫也越快;當(dāng)達(dá)到70℃左右時(shí)，木耳表層的保護(hù)膜被破壞，失去了對(duì)木耳內(nèi)水分的保護(hù)作用，再次呈現(xiàn)溫度迅速上升的趨勢(shì)。除160 W微波功率下曲線溫度未達(dá)到60℃，其余功率下，干燥高溫區(qū)有所接近，并達(dá)到100℃以上。

2.3 微波功率對(duì)干燥速率的影響 由測(cè)得的干燥試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出每一干燥時(shí)刻的干燥速率，繪制出干燥速率隨含水率變化曲線，如圖3所示。由圖3可知，隨微波功率增加，干燥速率迅速增大，變化區(qū)分明顯;微波功率較高的800、640 W這兩條曲線在干燥末尾階段時(shí)干燥速率達(dá)到最高值后，出現(xiàn)掉頭向下的趨勢(shì);中間的480 W曲線仍呈現(xiàn)上行趨勢(shì);而其他兩條曲線出現(xiàn)了恒速段;低功率(以160 W曲線為例)曲線的慢速段較長(zhǎng)，原因是溫度低導(dǎo)致干燥速度慢;320 W曲線前期干燥速率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，說(shuō)明此時(shí)正在積累熱量，達(dá)到一定程度時(shí)，水分快速蒸發(fā)，說(shuō)明功率越大，吸收的微波能越多。

對(duì)于同一條曲線來(lái)講，隨著含水率的變化，干燥初期干燥速率沒(méi)有中間段增加速度快。微波功率越高，含水率降低速度越快，微波吸收能量越多;吸收的能量轉(zhuǎn)化成熱能，用以促進(jìn)水分蒸發(fā)，此時(shí)蒸發(fā)的主要是自由水;出現(xiàn)恒速段的原因是因?yàn)榍捌谏郎刂饕枪┙o熱積累，以促使表面水蒸發(fā)掉之后，內(nèi)部水的進(jìn)一步蒸發(fā)，此時(shí)表面水已經(jīng)蒸發(fā)掉，內(nèi)部水?dāng)U散速度小于表面水分蒸發(fā)速度。究其根本原因:溫度的變化導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，干燥過(guò)程的速度快慢主要取決于物料內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

圖3 不同微波功率下干燥速率曲線

3 結(jié)論

在木耳微波干燥過(guò)程中，微波功率越大，干燥速度越快;在同一微波功率下，初期干燥速度較緩慢，中期加速干燥，后期出現(xiàn)恒速或降速階段。微波功率越大，所干燥物料的溫度越高，干燥相同時(shí)間升溫也越快;當(dāng)達(dá)到70℃左右，木耳表層的保護(hù)膜被破壞，失去了對(duì)木耳內(nèi)水分的保護(hù)作用，再次呈現(xiàn)溫度迅速上升趨勢(shì)。分析其原因:微波干燥速度受干燥場(chǎng)內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換過(guò)程影響，同時(shí)也取決于物料內(nèi)部結(jié)構(gòu)。增大微波功率能提高干燥速率。

通過(guò)分析木耳微波干燥特性，為木耳微波干燥的工藝優(yōu)化和新型干燥設(shè)備設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

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