果蔬干燥中紅外加熱技術(shù)與其他技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用的研究
隨著人們對產(chǎn)品品質(zhì)要求的提高,單獨(dú)使用紅外加熱技術(shù)已經(jīng)不能滿足干燥要求,這就促使人們將紅外加熱技術(shù)與其他先進(jìn)干燥技術(shù)聯(lián)合使用。所謂聯(lián)合干燥是指充分利用各自干燥方式的特點(diǎn),將2種或2種以上的干燥方式相結(jié)合的一種混合干燥技術(shù)。
可優(yōu)化干燥過程,達(dá)到提高產(chǎn)品品質(zhì),減少干燥時(shí)間,增加經(jīng)濟(jì)效益的目的。目前,國內(nèi)外已經(jīng)有紅外-熱風(fēng)(IR-HA)聯(lián)合干燥、紅外-微波(IR-MD)聯(lián)合干燥、紅外-真空(IR-VD)聯(lián)合干燥以及紅外加熱技術(shù)與其他先進(jìn)技術(shù)聯(lián)合干燥的方式。
1、紅外-熱風(fēng)聯(lián)合干燥
熱風(fēng)干燥能及時(shí)帶走物料表面蒸發(fā)出的水蒸汽,使物料內(nèi)部水分得到擴(kuò)散,紅外加熱技術(shù)能使物料內(nèi)外水分同時(shí)加熱,溫度梯度和濕度梯度方向一致,從而加快物料的干燥過程。
Nathakaranakule等研究了龍眼的遠(yuǎn)紅外輔助熱風(fēng)干燥,結(jié)果表明:該技術(shù)不僅能顯著提高干燥速率和復(fù)水率,降低產(chǎn)品的收縮率和硬度,而且龍眼干制品外觀呈深紅色。
Ponkham等對環(huán)形菠蘿片進(jìn)行了遠(yuǎn)紅外熱風(fēng)聯(lián)合干燥研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn):擴(kuò)散系數(shù)主要受遠(yuǎn)紅外強(qiáng)度和熱風(fēng)溫度的影響;4次方模型對干燥過程中色澤的變化擬合度較高;修正的Midilli-Kucuk模型對干制品的剪切力比擬合度較高;二次模型對干燥過程中的收縮動力學(xué)擬合度較高。
Somkiat等也系統(tǒng)地研究了水果皮遠(yuǎn)紅外熱風(fēng)聯(lián)合干燥的傳熱和傳質(zhì)過程。
2、紅外-微波聯(lián)合干燥
紅外線穿透力較強(qiáng),用于果蔬干燥時(shí)速度快、品質(zhì)佳。微波的穿透性更強(qiáng),且內(nèi)外同時(shí)加熱,對于較難干燥脫水或在后期干燥難以失去水分的農(nóng)產(chǎn)品較適宜。
Wang等研究了桃子的遠(yuǎn)紅外-微波(FIR-MD)干燥特性,結(jié)果表明:隨著遠(yuǎn)紅外和微波功率的增加,脫水速率亦增加;遠(yuǎn)紅外功率、微波功率和轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率對能耗率和產(chǎn)品感官質(zhì)量有顯著影響。
曹新志等研究了胡蘿卜的紅外-微波(IR-MD)聯(lián)合干燥特性,以胡蘿卜的品質(zhì)為評價(jià)指標(biāo),通過儀器和感官分析得出紅外-微波聯(lián)合干燥時(shí)成品的品質(zhì)較好且干燥速率較快。
甘斯佳先利用遠(yuǎn)紅外將黃花菜殺青到一定程度(含水率為40%),再利用微波干燥到規(guī)定的含水率(13%),這種方法既可縮短干燥時(shí)間,又可保證產(chǎn)品質(zhì)量,經(jīng)測定蛋白質(zhì)保存率為87.3%。
3、紅外-真空聯(lián)合干燥
紅外真空干燥Z大的特點(diǎn)是在真空環(huán)境下進(jìn)行干燥,干燥室的內(nèi)壓大于外壓,果蔬在壓力差和濕度梯度的作用下達(dá)到快速干燥的目的。
Mongpraneet等研究了威爾士洋蔥的遠(yuǎn)紅外真空干燥,結(jié)果表明:整個(gè)干燥過程可分為升速、恒速和降速3個(gè)階段,產(chǎn)品干燥速率和葉綠素保存率主要受輻射強(qiáng)度的影響。
楊志偉等采用響應(yīng)面法對芒果果脯加工工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化,Z佳工藝為:干燥時(shí)間4.5h、絕壓42.3kPa、遠(yuǎn)紅外加熱溫度55.4℃。
Swasdisevi等對香蕉片進(jìn)行了遠(yuǎn)紅外-真空(FIR-VD)聯(lián)合干燥研究,通過對聯(lián)合干燥過程中含水率和溫度的預(yù)測值與實(shí)驗(yàn)對比,表明所建立的數(shù)學(xué)模型完全能夠描述聯(lián)合干燥過程中含水率及溫度的變化。
4、其他聯(lián)合干燥技術(shù)
除此之外,也有研究報(bào)道了紅外加熱技術(shù)與熱泵、氣體射流沖擊方法和低壓過熱蒸汽聯(lián)合干燥。
徐剛等對胡蘿卜片進(jìn)行了遠(yuǎn)紅外-熱泵(FIR-HPD)聯(lián)合干燥工藝研究,得出胡蘿卜FIR-HPD聯(lián)合干燥工藝的Z佳工藝參數(shù)為:物料熱燙時(shí)間120s,HPD溫度45℃,F(xiàn)IR熱源輻射功率2kW,HPD與FIR切換點(diǎn)的物料含水率為50%。
鄭霞等研究了哈密瓜片的紅外聯(lián)合氣體射流沖擊方法,結(jié)果表明:整個(gè)干燥過程均為降速階段;采用該方法可使干燥時(shí)間縮短到2.0~3.5h。
Nimmol等研究了遠(yuǎn)紅外和低壓過熱蒸汽聯(lián)合干燥香蕉片的傳熱過程,結(jié)果表明:香蕉片干燥動力學(xué)和熱傳遞受干燥介質(zhì)溫度和壓強(qiáng)的影響較大。
紅外加熱技術(shù)作為一種新型的加熱技術(shù),具有高效、節(jié)能、無污染的優(yōu)點(diǎn),與傳統(tǒng)的加熱技術(shù)相比應(yīng)用范圍更廣泛。但在我國,紅外加熱技術(shù)與其他技術(shù)的聯(lián)合在果蔬干燥中的應(yīng)用仍處于起步階段,還未形成規(guī)模,尤其是在紅外加熱機(jī)理及其Z佳轉(zhuǎn)換點(diǎn)的確定方面,與發(fā)達(dá)國家相比還存在很大的差距。
因此,若要將聯(lián)合干燥技術(shù)做到自動控制,就需建立合理的數(shù)學(xué)模型,這是以后研究的一個(gè)重點(diǎn),也是難點(diǎn)所在。另外,聯(lián)合干燥技術(shù)的設(shè)備也需要不斷改進(jìn),自動化控制、安全操作、在線精確檢測將成為未來的發(fā)展方向。