胡萝卜真空干燥特性及动力学

　　探究胡萝卜真空干燥过程中系统压力和温度对胡萝卜干燥特性的影响。结果表明：在同一系统压力下，温度越高，干燥速率越快；在同一干燥温度下，系统压力越小，干燥速率越快。通过应用Fick 扩散定律描述胡萝卜的水分迁移规律，在研究的温度范围内其有效水分扩散系数在6.717 ～ 18.594 × 10^-10 之间变化。根据Arrhenius 方程得到胡萝卜厚度为4 和6mm 的活化能分别为31.46 和33.06 kJ /mol。通过非线性回归方法将MR 与五个薄层干燥模型进行拟合，参照评价指标R2、RMSE 及χ2等，对多个模型进行综合分析，其中Midilli and Kucuk 模型显示出更好的拟合效果。

　　胡萝卜具有较高的营养价值，含有多种人体所需的营养成分。随着社会发展，人们生活物质水平的提高，人们对胡萝卜更加青睐。胡萝卜干燥，加工成脱水的萝卜片，易于保存、食用和深加工，具有良好的市场前景。胡萝卜有很多干燥方式，但热风干燥仍是目前最普遍的干燥方式。然而，热风干燥周期长、干燥品质较差。真空干燥提供了常规大气干燥的替代方案，它允许在低压下去除水分。真空使得食物中产生泡沫或膨化结构，扩大了热量和质量的传递体积。因此，通过真空干燥，可以具有更高的干燥速度、更低的干燥温度及缺氧处理环境。

　　近年来，围绕胡萝卜的干燥特性进行了诸多相关研究，如种翠娟等[9]进行了胡萝卜热风干燥动力学模型研究。但是，还没有关于胡萝卜真空干燥的数据可用于干燥工程设计。为了弥补这一块的缺失，同时提高胡萝卜真空干燥的品质，优化干燥工艺，有必要探究胡萝卜真空干燥动力学；通过分析胡萝卜内部水分的迁移规律，确定物料内部水分的有效扩散系数和活化能。它不仅反映胡萝卜内部水分迁移规律，也可以指导优化干燥工艺和干燥设备的研制。

　　本文将真空干燥技术应用于胡萝卜干燥，进一步探究胡萝卜真空干燥特性，分析温度、系统压力等参数对干燥特性的影响；利用非线性回归分析方法，基于评价参数指标，选出描述胡萝卜真空干燥过程的最优低温干燥模型；以Fick 定律为依据，确定活化能和水分扩散系数，为开发胡萝卜真空干燥设备提供理论依据。

　　1、实验实验材料和方法

　　1.1、材料

　　胡萝卜( 购于合肥市农贸市场) ，并在使用前保存在室温环境中。实验时，将胡萝卜去皮切片，切片厚度分别为2、4 和6 mm。胡萝卜初始含水率为7.93( 以干基计) ，初始含水率通过将胡萝卜放置在由天津工兴实验室仪器有限公司生产的电热真空干燥箱中，在70℃下连续干燥24 h 来测定。电热真空干燥箱为DZF-6020ABF 型，控温范围：RT + 10-200℃，真空度≤133 Pa，温度波度：± 1℃，温度传感器测定真空室腔体中间的温度。质量通过由上海第二天平厂生产的电子天平( 精度0.001 g) 测量。

　　1.2、实验方案

　　实验中将物料放置在电热真空干燥箱中进行干燥实验，具体实验方案如表1 所示。干燥过程中，间隔30 min 将物料迅速取出并称重，同时记录下胡萝卜的质量，然后迅速放回，当物料干基含水率小于0.05，即认为已达到平衡含水率，停止干燥实验。每组实验重复三次，最后取其平均值进行研究。

表1 胡萝卜真空干燥方案

　　3、结论

　　本文探究了胡萝卜真空干燥过程中，干燥温度和系统压力对干燥特性的影响。并对系统压力为0.06 MPa 下的实验数据进行动力学分析，最终选出最优的胡萝卜真空动力学模型，并计算出Deff和Ea，得到的结论如下：

　　(1) 干燥温度和系统压力均对胡萝卜的干燥特性有影响。干燥空气温度越高，系统压力越低，胡萝卜干燥速率越大。在工业生产中，可以根据实际情况来选择合适的干燥温度和系统压力来优化干燥工艺，从而增大产量、降低能耗。

　　(2) 通过对水分比MR 与时间t 之间进行回归拟合，基于评价参数，即确定系数(R2 ) 、均方根(RMSE) 和卡方(χ2 ) ，综合分析可得，Midilli and Kucuk模型的拟合效果最好，其R2 均高于0.9992。对工业生产中胡萝卜干燥具有重要指导意义。

　　(3) 通过对lnMR 与t 进行拟合，得到Deff在6.717 ～18.594 × 10 ^-10 范围内变化；运用Arrhenius方程，可得活化能为31.46 和33.06 kJ /mol。