胡蘿卜片微波真空干燥動(dòng)力學(xué)數(shù)值擬合

王亞娟,張鳳娟,滕建文,韋保耀,王勤志

(廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院,廣西南寧 530004)

隨著社會(huì)的發(fā)展,時(shí)代的進(jìn)步,國(guó)民生活水平逐漸提高,不再局限于溫飽問(wèn)題,而是更加看重健康和營(yíng)養(yǎng)。其中果蔬富含各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),深受大家的喜愛(ài)。但是由于新鮮果蔬的水分含量高,生命活動(dòng)和呼吸代謝強(qiáng),極易發(fā)生腐敗變質(zhì)問(wèn)題,因此不宜長(zhǎng)期貯藏。果蔬中的水分包括自由水和結(jié)合水,干燥可除去自由水,但是結(jié)合水難以去除[1],利于果蔬保存的方式之一就是干燥。果蔬微波干燥的原理是果蔬中水分吸收微波能后轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?使果蔬溫度升高,水分蒸發(fā)散失,此時(shí)果蔬熱量傳遞和水分?jǐn)U散方向相一致,從而達(dá)到干燥的效果。真空干燥技術(shù)是在真空條件下,降低水的沸點(diǎn),干燥果蔬時(shí)水分更容易達(dá)到蒸發(fā)的溫度,從而加快了干燥的速率,縮短了干燥時(shí)間。微波真空聯(lián)合干燥技術(shù)克服了微波不均勻和真空耗時(shí)長(zhǎng)的不足,結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn),相對(duì)于單一的干燥技術(shù),進(jìn)一步縮短了干燥時(shí)間,其廣泛應(yīng)用于南瓜[2]、菠蘿[3]、等果蔬干燥加工中[4-6]。但是微波真空干燥過(guò)程中由于微波輻射不均勻[7],而且真空下介質(zhì)損耗因子又發(fā)生著動(dòng)態(tài)變化,因此不同時(shí)間不同位置、不同物料處的水分均有較大差異,因此干燥終點(diǎn)時(shí)間往往很難把握,需通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)來(lái)摸索得出大致所需干燥時(shí)間,這也是微波真空干燥技術(shù)未能廣泛使用的原因之一[8-10]。

為解決上述問(wèn)題,國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蛿?shù)理統(tǒng)計(jì)的方法建立物料的干燥動(dòng)力學(xué)模型,試圖預(yù)測(cè)物料干燥特性與時(shí)間和微波功率等干燥條件之間的定量關(guān)系,并通過(guò)顯著性檢驗(yàn)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析驗(yàn)證模型的確信程度,研究水分?jǐn)U散、蒸發(fā)規(guī)律,出現(xiàn)了一些較好的干燥模型。比如,李海波[11]采用間歇干燥的方式控制干燥溫度,緩解甘薯出現(xiàn)中心焦化,但是模型的準(zhǔn)確性與實(shí)際干燥過(guò)程還有一定的差距;Motavali等[12]比較了微波真空干燥的人工網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)與Midilli經(jīng)驗(yàn)方程;崔政偉[13]通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立微波真空干燥數(shù)學(xué)模型并驗(yàn)證其準(zhǔn)確性;Cui等[14]建立了微波真空干燥胡蘿卜數(shù)學(xué)模型。目前專(zhuān)家學(xué)者只是進(jìn)一步得出了微波真空干燥過(guò)程的數(shù)學(xué)模型,尚未應(yīng)用到工業(yè)中,截至目前的研究數(shù)學(xué)模型還未成熟,需要進(jìn)一步深入研究。

為了緩解微波真空干燥的不均勻性,采用間歇微波真空干燥解決[15],但是停歇的過(guò)程中增大了干燥時(shí)間,降低了干燥效率。多功率連續(xù)微波真空干燥的難點(diǎn)在于不同功率組合轉(zhuǎn)換時(shí)間點(diǎn)的求解,根據(jù)已有的經(jīng)驗(yàn),需要嘗試大量的實(shí)驗(yàn)摸索尋得合適的時(shí)間轉(zhuǎn)換點(diǎn),這樣不但耗時(shí)耗原料,還會(huì)增加工作量。而遺傳算法就是一類(lèi)高效全局尋優(yōu)搜索算法,基本原理是仿效生物界中的“物競(jìng)天擇、適者生存”的演化法,將要解決的問(wèn)題模擬成一個(gè)生物進(jìn)化的過(guò)程,在構(gòu)建一個(gè)初始種群的基礎(chǔ)上,通過(guò)復(fù)制、交叉、突變等操作產(chǎn)生下一代的解,逐步淘汰掉適應(yīng)度函數(shù)值低的解,進(jìn)而通過(guò)不斷的迭代,逐漸收斂到最優(yōu)解的過(guò)程。因此遺傳算法可以很好的優(yōu)化多級(jí)聯(lián)合干燥的轉(zhuǎn)換點(diǎn)[16-17]。本文選擇營(yíng)養(yǎng)豐富,具有提高人體免疫力、調(diào)節(jié)人體機(jī)能、抗癌、抗氧化等作用的胡蘿卜,利用微波真空干燥對(duì)其進(jìn)行干制,建立不同微波功率密度下的干燥動(dòng)力學(xué)數(shù)值擬合模型,借助計(jì)算機(jī)利用遺傳算法將不同微波功率密度的干燥動(dòng)力學(xué)方程自由結(jié)合,優(yōu)化加工工藝,使干燥結(jié)果更容易控制,不僅可以減少工作量,還可以為加工機(jī)械信息化提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

胡蘿卜 廣西省南寧市西鄉(xiāng)塘區(qū)南百超市;麥芽糖 廣西梧州樂(lè)哈哈食品工業(yè)有限公司。

TYPE WBZ10智能化靜態(tài)微波真空干燥機(jī)(兩只磁控管,每只1000 W) 貴陽(yáng)新奇微波工業(yè)有限責(zé)任公司;分析天平(±0.0001) 賽多利斯儀器上海責(zé)任有限公司;DGG-9076A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥 上海齊欣科學(xué)儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 胡蘿卜片的預(yù)處理 胡蘿卜的前處理參考文獻(xiàn)[18-20]略有修改,胡蘿卜經(jīng)過(guò)清洗、切片(3 mm)、漂燙(100 ℃,1 min),于麥芽糖溶液中(濃度30%,溫度50 ℃,固液比為1∶1.5 g/mL)浸漬60 min,然后立即用自來(lái)水沖洗,紙巾吸取表面水分,于-18 ℃冰箱中存放16 h待用。

1.2.2 不同微波功率密度的胡蘿卜片微波真空干燥 將上述經(jīng)過(guò)預(yù)處理的胡蘿卜片置于真空微波干燥機(jī)中,設(shè)置真空度-0.08 MPa,箱體溫度40 ℃,分別對(duì)以上樣品進(jìn)行一次性長(zhǎng)時(shí)間干燥,計(jì)時(shí)器記時(shí),直至樣品出現(xiàn)焦糊,立即停止。根據(jù)計(jì)時(shí)時(shí)間選取合適的中間點(diǎn)干燥,以得到胡蘿卜片在功率密度0.6、1、2、5、10和20 W/g的干燥曲線(xiàn),其中采用功率密度20 W/g時(shí),所用樣品為100 g胡蘿卜片/2000 W;采用功率密度10 W/g時(shí),所用樣品為100 g胡蘿卜片/1000 W;采用功率密度5 W/g時(shí),所用樣品為200 g胡蘿卜片/1000 W;采用功率密度2 W/g時(shí),所用樣品為500 g胡蘿卜片/1000 W;采用功率密度1 W/g時(shí),所用樣品為1000 g胡蘿卜片/1000 W;采用功率密度0.6 W/g時(shí),所用樣品為1667 g胡蘿卜片/1000 W;每次做三組平行,然后重復(fù)三次實(shí)驗(yàn)。

1.2.3 水分含量測(cè)定 胡蘿卜濕基含水量采用GB/T 5009. 3-2016《食品中水分的測(cè)定方法》[21]中直接干燥法測(cè)定。

胡蘿卜干基含水量(Mt)、水分比(MR)[22-23]、干燥速率(DR)分別采用式(1)、式(2)、式(3)計(jì)算:

式(1)

式(2)

式(3)

式中:Mt為微波真空干燥過(guò)程t時(shí)刻胡蘿卜片的干基含水量,g/g;mt為微波真空干燥過(guò)程t時(shí)刻胡蘿卜片的濕基含水量,g/g;M0為初始時(shí)刻胡蘿卜片的干基含水量,g/g;Me為胡蘿卜片的平衡干基含水量,g/g;Mt+Δt為t+Δt時(shí)刻胡蘿卜片的干基含水量,g/g;Δt為干燥時(shí)間,min;DR為干燥速率,g/(g·min)。

1.2.4 胡蘿卜片微波真空干燥過(guò)程動(dòng)力學(xué)方程數(shù)值擬合模型的建立 干燥模型是通過(guò)水分比變化進(jìn)行建立,數(shù)學(xué)模型分為理論模型和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?主要形式包括指數(shù)、Lewis、Page等模型。本文選取4種薄層干燥及其延伸模型如表1所示;對(duì)胡蘿卜微波真空干燥動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行非線(xiàn)性數(shù)值擬合。

表1 常見(jiàn)的4種薄層干燥及其延伸模型Table 1 Four thin layer drying and their models available

本文基于決定系數(shù)(R2)、均方根(RMSE)和殘差平方和(SSE),評(píng)價(jià)4種模型及其延伸模型對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合效果,參數(shù)可通過(guò)表2求出。

表2 評(píng)價(jià)模型擬合效果的統(tǒng)計(jì)參數(shù)及其描述Table 2 The statistical parameters and descxiption of evaluation model fitting effect

1.2.5 胡蘿卜片多功率連續(xù)微波真空干燥的動(dòng)力學(xué)方程數(shù)值擬合運(yùn)算 對(duì)于串聯(lián)多功率組合連續(xù)微波真空干燥具有先后順序,在20 W/g T1時(shí)間后,水分比為H1;對(duì)于模型組合的關(guān)鍵點(diǎn)是如何量化T1對(duì)后續(xù)采用5 W/g時(shí)水分比的影響。因此,假設(shè)不同功率密度的干燥動(dòng)力學(xué)方程不相互影響,繼而把20 W/g條件下的T1等效為5 W/g方式下的T2,繼而把串聯(lián)多功率組合連續(xù)微波真空干燥方式轉(zhuǎn)化為0.6 W/g微波功率密度下的干燥時(shí)間與水分比之間的關(guān)系,如圖1所示。

圖1 多功率組合連續(xù)微波真空干燥胡蘿卜片優(yōu)化示意圖Fig.1 Optimization diagram of multi-power combination continuous microwave vacuum drying(MVD)carrot chips

基于不同功率密度下胡蘿卜片微波真空干燥動(dòng)力學(xué)數(shù)值擬合方程,以干燥樣品不發(fā)生明顯焦糊、不出現(xiàn)明顯褶皺為前提,最小干燥時(shí)間為優(yōu)化目標(biāo),進(jìn)而采用遺傳算法編寫(xiě)計(jì)算機(jī)程序,確定不同微波功率密度的干燥時(shí)間轉(zhuǎn)換點(diǎn),為后續(xù)達(dá)到不出現(xiàn)焦糊皺縮,并且降低含水量易于貯藏的目的,為多功率連續(xù)微波真空干燥組合優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)。具體過(guò)程為,假設(shè)首先采用20 W/g作用T1時(shí)間,然后采用5 W/g作用T2時(shí)間,最后采用0.6 W/g作用T3,采用數(shù)學(xué)模型的方式衡量含水量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)均表示為每次三組平行,三次重復(fù)測(cè)定的均值。數(shù)據(jù)分析軟件為SPSS 24,繪圖軟件為Origin 2016,計(jì)算機(jī)程序軟件為Matlab 2016b 64 bit。

2 結(jié)果與分析

2.1 胡蘿卜微波真空干燥特性分析

本文設(shè)置單一微波功率密度,對(duì)胡蘿卜片進(jìn)行連續(xù)微波真空干燥,直至胡蘿卜片開(kāi)始出現(xiàn)焦糊為止,測(cè)定胡蘿卜焦糊開(kāi)始時(shí)間,以及該時(shí)間下的胡蘿卜干基含水量,評(píng)價(jià)不同微波功率密度對(duì)胡蘿卜干燥特性的影響,結(jié)果見(jiàn)表3和圖2。

表3 單一功率微波真空干燥胡蘿卜片出現(xiàn)焦糊的時(shí)間和含水量范圍Table 3 Time and moisture content range of MVD carrot chips burnt in single power

圖2 單一功率微波真空干燥胡蘿卜片焦糊圖片F(xiàn)ig.2 Pictures of single power MVD burnt carrot chips注:a1、a2、a3、a4、a5和 a6表示0.6、1、2、5、10和20 W/g條件下的焦糊照片。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示,微波功率密度越大,胡蘿卜出現(xiàn)焦糊的時(shí)間域越短,干基含水量越高;微波功率密度越小,胡蘿卜出現(xiàn)焦糊現(xiàn)象的時(shí)間域越長(zhǎng),干基含水量越低,同時(shí)越容易出現(xiàn)皺縮現(xiàn)象,這是因?yàn)槲⒉üβ拭芏仍龃?水分蒸發(fā)加快,樣品與周?chē)h(huán)境之間產(chǎn)生較大的蒸氣壓梯度[32],微波功率密度減小,水分蒸發(fā)緩慢,水分蒸發(fā)之后形成的空隙也越小,越易皺縮。微波真空干燥結(jié)合了微波和真空的優(yōu)勢(shì),一方面處于真空狀態(tài)下,水分沸點(diǎn)降低,更有利于水分揮發(fā);另一方面實(shí)驗(yàn)所用胡蘿卜片厚度較小,微波可穿透整體加熱,整個(gè)過(guò)程是從內(nèi)到外迅速加熱,水分的快速蒸發(fā)逸出和蒸汽的向外流動(dòng)量顯而易見(jiàn),水分加快轉(zhuǎn)移擴(kuò)散,產(chǎn)生了非常快速的低溫干燥,因此大量的縮短了干燥時(shí)間[33-34]。

微波強(qiáng)度對(duì)胡蘿卜片干燥時(shí)間影響明顯;確定出現(xiàn)焦糊樣品的時(shí)間,通過(guò)選取合適的中間時(shí)間點(diǎn),構(gòu)成不同功率密度下的干燥特性曲線(xiàn)如圖3a所示,可以明顯的看出微波功率密度越高,干基含水量越低。在微波真空干燥條件下,對(duì)蘑菇片、薄荷葉和蘋(píng)果渣的干燥過(guò)程中干基含水量的變化相似[33-36]。

一般微波真空干燥過(guò)程可分為升速、恒速和降速3個(gè)階段。從圖3b可以看出胡蘿卜片的微波真空干燥在0.6、1和2 W/g的低功率密度情況下,恒速干燥現(xiàn)象明顯,但是在5、10和20 W/g的高功率密度情況下無(wú)明顯的恒速干燥階段,這可能是因?yàn)槲锪虾氏嗤瑫r(shí),物料吸收微波能轉(zhuǎn)化為熱能的量取決于微波強(qiáng)度;微波強(qiáng)度一定時(shí),物料吸收微波能量取決于介電性能和電場(chǎng)強(qiáng)度,物料水分含量較高時(shí)其介電常數(shù)和損耗因子較高[34],但微波強(qiáng)度較大時(shí),大量水分在升速階段被蒸發(fā),剩余水分吸收的微波能不足以保持最大速率而直接進(jìn)入降速干燥階段;微波強(qiáng)度越大時(shí)胡蘿卜片越早進(jìn)入恒速干燥階段,另一方面可以從圖3b明顯看出隨著微波功率密度的降低,胡蘿卜片的干燥速率也隨之降低。

圖3 單一功率微波真空干燥胡蘿卜片特性曲線(xiàn)Fig.3 Curves of single power MVD carrot chips

2.2 胡蘿卜片微波真空干燥動(dòng)力學(xué)模型數(shù)值擬合分析

經(jīng)過(guò)4種模型及其延伸模型的數(shù)值擬合對(duì)比分析,得出在微波功率密度的影響下,胡蘿卜微波真空干燥動(dòng)力學(xué)方程符合wang延伸模型1,即MR=aexp(-ktn)+c。胡蘿卜片不同功率密度的微波真空干燥動(dòng)力學(xué)模型數(shù)值擬合系數(shù)和評(píng)價(jià)參數(shù)如表4所示。

整理對(duì)比表4可知,微波功率密度真空干燥擬合曲線(xiàn)R2均大于0.99,SSE均小于0.004,RMSE小于0.02;基于R2越大、SSE和RMSE越小,對(duì)應(yīng)的擬合效果越好,因此即可說(shuō)明Wang延伸模型1能夠很好的表征胡蘿卜片單一功率密度的微波真空干燥動(dòng)力學(xué)方程。得出模型方程:

表4 不同功率密度下Wang延伸模型1的系數(shù)和評(píng)價(jià)參數(shù)Table 4 Model coefficients and evaluation parameters of Wang extension model 1 under different power densities

0.6 W/g,MR=1.332×exp(-0.004417×t1.244)-0.3469;

1 W/g,MR=1.497×exp(-0.01137×t1.069)-0.5293;

2 W/g,MR=1.335×exp(-0.01924×t1.147)-0.3484;

5 W/g,MR=0.9892×exp(-0.04377×t1.42)+0.02662;

10 W/g,MR=0.9699×exp(-0.07153×t1.487)+0.04659;

20 W/g,MR=1.008×exp(-0.1939×t1.364)+0.04271;

不同微波功率密度的胡蘿卜片微波真空干燥曲線(xiàn)擬合如圖4,實(shí)線(xiàn)表示模擬理論值,點(diǎn)表示實(shí)測(cè)的平均值,由圖可知實(shí)驗(yàn)點(diǎn)基本全都落在了直線(xiàn)上,說(shuō)明wang延伸模型1能夠很好的表征不同功率密度下微波真空干燥特性。

圖4 單一功率微波真空干燥胡蘿卜擬合效果圖Fig.4 The fitting effect of MVD carrot chips with single power

2.3 胡蘿卜片微波真空干燥模型擬合系數(shù)分析

由2.2可知不同功率密度的胡蘿卜片微波真空干燥動(dòng)力學(xué)方程數(shù)值擬合的最佳模型是基于Wang延伸模型1即 MR=aexp(-ktn)+c。進(jìn)一步的分析微波功率密度和胡蘿卜片微波真空干燥動(dòng)力學(xué)方程數(shù)值擬合的最佳模型系數(shù)之間的關(guān)系,如表5所示。

表5 單一功率微波真空干燥胡蘿卜片模型系數(shù)分析Table 5 Model coefficient analysis of MVD carrot chips with single power

由表5可知,當(dāng)功率密度改變時(shí),微波真空干燥胡蘿卜片模型系數(shù)的a和c只有大于和小于5 W/g有顯著性關(guān)系;n呈現(xiàn)出無(wú)規(guī)律性,而k值雖然在低于2 W/g時(shí)顯著性不明顯,但是整體顯著性明顯,而且隨著微波功率密度的增大,k值呈現(xiàn)正相關(guān)。因此可以得出k值即為微波真空干燥條件下的干燥速率常數(shù)。另外,Therdthai等[35]觀察到,隨著微波功率強(qiáng)度的增加,干燥動(dòng)力學(xué)速率常數(shù)增加。對(duì)k值添加趨勢(shì)線(xiàn),進(jìn)行非線(xiàn)性擬合,發(fā)現(xiàn)k值和微波功率密度呈現(xiàn)一元二次函數(shù)模型:y=0.0002x2+0.0049x+0.0064(x表示微波功率密度,y表示k值),如圖5,R2=0.9951、SSE=0.0001234、RMSE=0.006413,說(shuō)明一元二次多項(xiàng)式可以很好的表征微波功率密度與干燥速率關(guān)系。

圖5 單一功率微波真空干燥胡蘿卜片模型系數(shù) k 值擬合趨勢(shì)圖Fig.5 Trend diagram of k value fitting for the model coefficient of MVD carrot chips with single power

2.4 胡蘿卜片微波真空干燥動(dòng)力學(xué)方程數(shù)值模型驗(yàn)證

按照前面的預(yù)處理方式得到15 W/g的樣品,然后計(jì)算微波真空干燥過(guò)程胡蘿卜片的實(shí)際干基含水量,進(jìn)一步換算水分比。經(jīng)過(guò)Matlab 2016b計(jì)算機(jī)數(shù)值擬合得出15 W/g功率密度下的微波真空干燥最佳模型依然為Wang延伸模型1,動(dòng)力學(xué)方程表達(dá)式:MR=1.001×exp(-0.1439×t1.417)+0.01986,與前面2.2預(yù)測(cè)模型保持一致;與此同時(shí)將15 W/g帶入k值擬合方程y=0.0002x2+0.0049x+0.0064進(jìn)行擬合,得出k值為0.1302,與實(shí)際相差 0.0127,此模型的擬合誤差為1.27%,即可證明一元二次多項(xiàng)式能夠很好的預(yù)測(cè)不同功率密度下微波真空干燥速率常數(shù)。

2.5 多功率組合的胡蘿卜片連續(xù)微波真空干燥動(dòng)力學(xué)方程優(yōu)化研究

通過(guò)胡蘿卜片連續(xù)微波真空干燥動(dòng)力學(xué)方程組合優(yōu)化研究,將20 W/g的焦糊時(shí)間域(5～6) min設(shè)置150%的保護(hù)區(qū)間,即20 W/g設(shè)置條件為(0～3.5) min;同理5 W/g設(shè)置為(0～16) min;最后基于數(shù)值擬合動(dòng)力學(xué)方程,采用遺傳算法編寫(xiě)相應(yīng)的程序?qū)Σ煌⒉üβ拭芏鹊母稍锴€(xiàn)進(jìn)行連續(xù)組合優(yōu)化。由于水分比數(shù)值擬合過(guò)程中存在微小誤差,因此不同功率密度的胡蘿卜片微波真空干燥動(dòng)力學(xué)方程組合優(yōu)化過(guò)程中需要添加相應(yīng)的修正系數(shù),使得初始水分比為1,基于以上思想進(jìn)行多功率組合連續(xù)微波真空干燥組合優(yōu)化研究,得到20 W/g轉(zhuǎn)5 W/g換點(diǎn)H1=3.45 min,含水量2.35 g/g,實(shí)際含水量為2.20±0.041 g/g,實(shí)際誤差為6.82%;5 W/g轉(zhuǎn)0.6 W/g換點(diǎn)H2=9.315 min,含水量0.69 g/g,實(shí)際含水量(0.67±0.023) g/g,實(shí)際誤差為2.98%;最終的截至?xí)r間為21 min,含水量0.084 g/g,實(shí)際含水量0.078±0.005 g/g,誤差為7.69%,具體如圖6所示,圖7為樣品實(shí)物圖,樣品質(zhì)量良好,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)焦糊以及明顯皺縮。

圖6 多功率組合連續(xù)微波真空干燥胡蘿卜片修正優(yōu)化結(jié)果Fig.6 The optimization results of MVD carrot chips with multi-power combinationodified

圖7 多功率組合連續(xù)微波真空干燥胡蘿卜片優(yōu)化圖Fig.7 The optimization diagram of multi-power combination continuous MVD carrot chips注:b1、b2和b3表示20、5和0.6 W/g微波真空干燥結(jié)束時(shí)的圖片。

干燥效率對(duì)比表6可知,功率越高,干燥效率越好,組合干燥所用的時(shí)間和干燥能力與5 W/g條件相當(dāng),但是含水量遠(yuǎn)低于5 W/g。與0.6 W/g相比,組合干燥的干燥效率提高了4.77倍,而且減少皺縮現(xiàn)象;與其他單一微波功率密度下的干燥產(chǎn)品相比,沒(méi)有出現(xiàn)焦糊。另外不同的微波功率密度進(jìn)行干燥,對(duì)品質(zhì)影響很重要,其中涉及到物理性質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)性質(zhì)和感官評(píng)價(jià)[37]等,因此下一步將在此的基礎(chǔ)上繼續(xù)研究品質(zhì)特性的變化,支撐產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

表6 微波功率密度能效分析Table 6 Energy efficiency analysis of microwave power density

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明微波功率密度對(duì)胡蘿卜片真空干燥特性影響顯著,微波功率密度越大,其干燥速度越快,但是越容易焦糊。運(yùn)用Matlab 2016b非線(xiàn)性回歸分析,并進(jìn)行數(shù)值擬合,建立了基于Wang延伸模型1的胡蘿卜片微波真空干燥動(dòng)力學(xué)方程,該模型能較準(zhǔn)確地表達(dá)和預(yù)測(cè)胡蘿卜片在微波真空干燥過(guò)程中的水分變化規(guī)律。同時(shí)干燥速率k值與微波功率密度呈現(xiàn)一元二次多項(xiàng)式的關(guān)系,但是尚未明確其中的機(jī)理,有待進(jìn)一步研究。最后基于計(jì)算機(jī)遺傳算法進(jìn)行不同微波功率密度的胡蘿卜片微波真空干燥動(dòng)力學(xué)方程組合優(yōu)化研究,不僅可以減少實(shí)驗(yàn)工作量,優(yōu)化干燥工藝,還可以為機(jī)械信息化加工提供技術(shù)支撐,但是由于設(shè)備原因,本實(shí)驗(yàn)只選擇了高(20 W/g)、中(5 W/g)、低(0.6 W/g)三種方式進(jìn)行優(yōu)化組合,只能為不同微波功率密度的干燥動(dòng)力學(xué)方程組合優(yōu)化運(yùn)用到干燥過(guò)程中提供一個(gè)依據(jù),連續(xù)不斷的降低功率以到達(dá)干燥要求有待進(jìn)一步研究,以更好的支撐微波真空干燥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。