甜紅椒薄層熱風(fēng)干燥特性研究*

李曉康，丁立利，段宗科，寇明杰

(甘肅省機(jī)械科學(xué)研究院 甘肅省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程技術(shù)研究中心， 甘肅 蘭州 730030)

甜紅椒薄層熱風(fēng)干燥特性研究*

李曉康，丁立利，段宗科，寇明杰

(甘肅省機(jī)械科學(xué)研究院 甘肅省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程技術(shù)研究中心， 甘肅 蘭州 730030)

為了對甜紅椒的熱風(fēng)干燥過程和裝備參數(shù)提供參考依據(jù)，利用洞道式干燥裝置在不同風(fēng)溫下干燥甜紅椒，研究甜紅椒的薄層干燥特性，分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到不同風(fēng)溫下的干燥特性曲線。運(yùn)用Origin8.0軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的擬合，并做出甜紅椒的干燥速率曲線。結(jié)果顯示，在薄層干燥過程中，風(fēng)溫為95 ℃時(shí)，甜紅椒的品質(zhì)最佳，干燥過程相對最穩(wěn)定。

甜紅椒；薄層干燥；干燥特性

Abstract: In order to provide a theoretical foundation for hot-air drying process and equipment parameters of sweet paprika, the thin layer drying characteristics of Sweet Paprika under different wind temperature were studied by tunnel type drying device, and the drying property curves were obtained from the experimental data. Effective fits were conducted from experimental data and drying rate curves were obtained by using Origin8.0 software. The results show that during the thin layer drying process, sweet paprika can maintain the best quality and relatively stable drying process when the wind temperature is 95 ℃.

Key words: sweet paprika; thin layer drying; drying characteristics

0 引 言

目前，國內(nèi)甜紅椒干燥多以廂式為主，干燥品質(zhì)不高，溫度不易控制使甜紅椒表面產(chǎn)生褐色，色澤不鮮[1]，且對甜紅椒的熱風(fēng)干燥規(guī)律研究不夠深入。薄層干燥[2-3]是果蔬加工中的一種干燥方式，它是將一定厚度的物料(不超過20 mm)表層充分暴露在干燥環(huán)境中進(jìn)行干燥的形態(tài)，它是研究深床層干燥特性的基礎(chǔ)。筆者通過對甜紅椒薄層熱風(fēng)干燥特性及回歸模型的研究，分析了熱風(fēng)干燥溫度對甜紅椒品質(zhì)的影響和干燥特性規(guī)律，為甜紅椒的熱風(fēng)干燥和設(shè)備運(yùn)行參數(shù)提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)材料

甜紅椒：新鮮色紅、無病斑、(濕基)含水率為92%的甜紅椒為試驗(yàn)樣品。實(shí)驗(yàn)前預(yù)先將甜椒切為10 mm×10 mm的方形塊。

1.2 主要裝置

洞道式干燥裝置(DG100D型，浙江中控科教儀器設(shè)備有限公司)風(fēng)機(jī)功率為370 W，電加熱器功率為4.5 kW。如圖1所示，快速水分測試儀(MA150型)等。

圖1 洞道干燥裝置流程圖 1.風(fēng)機(jī) 2.管道 3.進(jìn)風(fēng)口 4.加熱器 5.廂式干燥器 6.氣流均布器 7.稱重傳感器 8.料盤 9.玻璃視窗門 10、11、12.蝶閥 13.溫度計(jì)

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

選新鮮色紅的甜椒→瀝干→切塊(10 mm×10 mm)→干燥室溫度恒定→均勻平鋪于網(wǎng)式料盤上(料盤尺寸110 mm×110 mm)→稱質(zhì)量→干燥

選色澤紅潤、有規(guī)則形狀且外表無破損的甜紅椒，清洗后瀝干切成10 mm×10 mm的規(guī)則塊，取50 g物料置于料盤中進(jìn)行干燥試驗(yàn)。干燥過程中溫度不宜過高，干燥時(shí)間不宜過長，以勉影響甜紅椒的干燥品質(zhì)，因此考察溫度在90 ℃、95 ℃和100 ℃下甜椒的干燥特性[4]。干燥初始階段每隔30 s記錄的干燥物料質(zhì)量的變化情況，干燥后期根據(jù)物料變化將記錄時(shí)間間隔加長，待質(zhì)量無變化時(shí)，干燥結(jié)束。

1.3.2 試驗(yàn)測定指標(biāo)與計(jì)算方法

(1) 初始含水率

甜紅椒的初始含水率按照《食品中水分的測定》GB/T 5009.3-2010測定。

(2) 甜紅椒的干基含水量

(1)

式中：Mt為在時(shí)刻t時(shí)紅甜椒干基含水量，g水/g絕干物料；Gt′為在時(shí)刻t時(shí)紅甜椒質(zhì)量，g；G為甜紅椒初始質(zhì)量，g；c′為甜紅椒初始的濕基含水量，%。

(3) 甜紅椒的干燥速率

(2)

式中：U為甜紅椒的干燥速率，g/(g·min)；A為干燥面積，m2；Δt為干燥間隔時(shí)間，min；ΔMt為時(shí)間間隔內(nèi)干燥氣化的水分量，g。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 甜紅椒的干燥特性

2.1.1 甜紅椒的干燥曲線

圖2 甜紅椒干燥曲線

由圖2可知，在薄層干燥中，干燥風(fēng)速一定，干燥溫度變化時(shí)，甜紅椒含水率隨著干燥時(shí)間的延長而降低，在干燥初始，含水率下降較快，之后下降速度變慢，在干燥即將終止時(shí)，下降速度趨于平緩。干燥熱風(fēng)溫度在90 ℃～100 ℃范圍變化時(shí)，熱風(fēng)溫度越高干燥時(shí)間越短，在100 ℃時(shí)，甜紅椒含水率從11.4降到0.17時(shí)需要的干燥時(shí)間為60 min，而在95℃和90 ℃時(shí)，需要的干燥時(shí)間基本相同，約為80 min，比100 ℃下慢1.35倍。

2.1.2 干甜紅椒品質(zhì)

圖3為不同干燥溫度下甜紅椒的品質(zhì)示圖，其干品比較見表1。用熱風(fēng)干燥，干燥溫度在100 ℃時(shí)，甜紅椒品質(zhì)比較差，在90 ℃時(shí)，干品甜紅椒中夾雜一部分柔質(zhì)，不易捻碎，相反，在95 ℃時(shí)，干品甜紅椒質(zhì)地脆紅，清香中帶有淡甜，較好地保持了原有的色澤。

圖3 不同溫度下干甜紅椒品質(zhì)

干燥溫度(℃)色澤口感感官外質(zhì)100暗紅辣帶苦味邊緣卷起、面澤質(zhì)硬95亮紅辣而淡甜清香卷曲自然、面澤脆紅90紅潤清辣柔甜卷起均勻、面澤帶柔

2.2 甜紅椒干燥特性曲線擬合分析

在工業(yè)生產(chǎn)或應(yīng)用中，為了分析實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)或依據(jù)這些數(shù)據(jù)來預(yù)測或判斷，需要將試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)擬合，以便得到一個(gè)反映事物規(guī)律的函數(shù)，將實(shí)驗(yàn)得到的不連續(xù)點(diǎn)運(yùn)用最小二乘法，用多項(xiàng)式或經(jīng)驗(yàn)獲得數(shù)學(xué)模型形成一個(gè)新函數(shù)來逼近已知數(shù)據(jù)點(diǎn)，實(shí)際中常常運(yùn)用直線和多項(xiàng)式擬合。

因甜紅椒的薄層干燥速率曲線和含水率之間在恒速段呈線性關(guān)系，在降速段呈非線性關(guān)系[6]。

所以選擇在干燥恒速段的直線回歸模型為：

y=ax+b

(3)

式中：y為甜紅椒的干基含水率，g為水/g絕干物料；x為甜紅椒的干燥時(shí)間，min；a、b為待定系數(shù)。

降速段的多項(xiàng)式回歸模型為：

y=B0+B1x+B2x2+…+Bnxn

(4)

式中：B0、B1、…Bn為0～n階多項(xiàng)式系數(shù)。為了提高干燥方程回歸模型的精確度，利用Origin8.0數(shù)據(jù)分析軟件[5]對回歸方程進(jìn)行擬合。在不同溫度下干燥恒速段和降速段的擬合方程分別如下：

恒速段擬合方程為：

90 ℃ ：y=-0.268657x+11.181259

R2=0.993496

95 ℃ :y=-0.297210x+11.133012

R2=0.992587

100 ℃ :y=-0.320923x+11.022519

R2=0.988656

降速段擬合方程為：

90℃:y= -0.000016x3+0.004056x2-0.376045x

+12.204864R2=0.998839

95 ℃:y= -0.000022x3+0.005327x2-0.436280x

+12.329125R2=0.998981

100 ℃:y= -0.000040x3+0.007537x2-0.513893x

+12.535975R2=0.999146

從擬合數(shù)據(jù)和相關(guān)系數(shù)R2可看出，干燥恒速段和降速段擬合的回歸方程較好，擬合誤差很小，回歸系數(shù)高。

以上回歸方程是甜紅椒的干燥時(shí)間和干基含水率的擬合關(guān)系，為了更能直觀地看出干燥速率與含水率的關(guān)系變化，特將時(shí)間與含水率曲線方程進(jìn)行變換，如圖4所示。

圖4 甜紅椒干燥特性曲線

從圖4(a)中可看出，在薄層干燥初始，干燥擬合曲線呈線性，曲率恒定，干燥過程處于恒速段，隨著干燥時(shí)間變化至15 min時(shí)，干燥曲線呈非線性，曲率逐漸變小，干燥過程處于降速段，接近干燥結(jié)束時(shí)，干燥曲線的曲率最小。從干燥時(shí)間與含水率的干燥曲線中得知，曲線曲率隨干燥溫度的升高而增大。

從圖4(b)中可看出，擬合后的紅甜椒干燥速率曲線，分恒速段和降速段兩個(gè)干燥階段，恒速段大概

持續(xù)了15 min左右，在干燥前期，干燥速率隨溫度的升高而增大，而在干燥后期(紅甜椒干基含水率約小于4.2 g水/g干物料時(shí))干燥速率隨溫度升高反而減小。在整個(gè)薄層干燥過程中，溫度在95 ℃時(shí)干燥速率的變化相對較穩(wěn)定，處于90 ℃～100 ℃。

3 結(jié) 語

(1) 甜紅椒薄層熱風(fēng)干燥最佳的參數(shù)為：干燥風(fēng)溫95 ℃，干燥時(shí)間80 min。

(2) 在甜紅椒的薄層試驗(yàn)中，干燥前期風(fēng)溫越高干燥速率越大，干燥后期則相反。

(3) 甜紅椒不同溫度下薄層干燥的特點(diǎn)，在干燥初期的15 min左右，甜椒干燥處于恒速段，然后大多數(shù)時(shí)間處于緩慢的降速段。在風(fēng)溫為95 ℃時(shí)，甜紅椒的品質(zhì)最佳，干燥過程相對穩(wěn)定。

[1] 顧立一.味好美甜紅椒項(xiàng)目食品安全風(fēng)險(xiǎn)[D].上海：華東理工大學(xué)，2013.

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Study of Thin Layer Hot-air Drying Characteristics for Sweet Paprika

LI Xiao-kang， DING Li-li， DUAN Zong-ke， KOU Ming-jie

(GansuAcademyofMechanicalSciencesGansu,ProvinceAgricultureMachineryEngineeringTechnologyResearchCenter,LanzhouGansu730030,China)

2014-07-20

甘肅省農(nóng)產(chǎn)品干燥重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室專項(xiàng)資金資助(編號：1309RTSA037)

李曉康(1979-) 男，甘肅慶陽人，工程師，在讀碩士，研究方向：農(nóng)業(yè)機(jī)械及農(nóng)產(chǎn)品干燥技術(shù)及裝備研究。

S641.3

A

1007-4414(2014)04-0131-03