山药微波热风耦合干燥特性及动力学模型

山药是我国传统的药食同源食物之一。山药除含有大量蛋白质、维生素和黏多糖等营养成分外，还富含皂苷、胆碱等多种功能性成分，具有较高的食用、药用和保健价值。然而，新鲜山药的含水率较高，同时脆弱的质地易受外力损伤，常温下长时间存储和远距离运输存在一定困难。为延长山药的保质期，经常采用脱水干燥工艺对其进行处理。近年来，很多研究人员对山药干燥技术进行了研究。

目前，国内外学者针对微波热风串联干燥进行了较多的研究。对于耦合干燥，国外实验室的研究较多，但国内的研究相对较少。来自黑龙江八一农垦大学工程学院的王汉羊、刘丹和于海明等人以山药为对象，利用微波热风耦合干燥技术，研究山药微波热风耦合干燥特性及干燥过程中水分变化规律，探讨不同切片厚度、热风温度、热风速率和微波功率密度对山药干燥特性的影响，并建立山药微波热风耦合干燥动力学模型，以期为山药干燥和微波热风耦合干燥技术的应用提供理论依据和技术支持。

1、干燥条件对干燥过程中山药MR的影响

山药干燥MR随干燥时间的延长呈逐渐降低的趋势，切片越薄干燥时间越短，MR降低越快，该结果符合果蔬薄层干燥的一般规律。厚度为5 mm和8 mm的切片干燥时间相差不大，明显小于其他3 组。

当热风速率由1.5 m/s升高至3.5 m/s时，干燥时间先延长后缩短。

2、干燥条件对山药干燥速率的影响

随干基含水率的降低，山药干燥过程主要表现为增速干燥阶段和降速干燥阶段，无明显恒速干燥阶段。在干燥的初期阶段，随干基含水率的降低，干燥速率急剧增加，并达到一个峰值。随干基含水率的进一步减小，干燥进入降速阶段。

3、干燥条件对山药Deff的影响

山药的Deff随切片厚度、热风温度和微波功率密度的升高而升高，随着热风速率的增大先减小后增加，而且切片厚度和微波功率密度对山药水分有效扩散系数的影响比热风温度和热风速率对其的影响更加突出。

4、干燥动力学模型的拟合

4.1 模型的选择

Two-term exponential模型具有最大的平均R2，最小的平均χ2和RMSE，其值分别为0.9980、0.0002和0.0147，说明该模型为所选9 个模型中最适合描述山药微波热风耦合干燥的动力学模型。

4.2 模型的验证

实验值与模型预测值的拟合度较高，说明Two-term exponential模型能够较好地反映山药微波热风耦合干燥中MR的变化规律，更适于描述实验条件下山药微波热风耦合的干燥过程。

结 论

山药微波热风耦合干燥过程按干基含水率的变化主要分为加速和降速两个阶段，无明显恒速阶段；山药的水分有效扩散系数范围为0.8791×10-6～8.2458×10-6 m2/s，其值与切片厚度、热风温度和微波功率密度成正比，并随热风速率的增大先减小后增大；与热风速率和热风温度相比，切片厚度和微波功率密度对水分有效扩散系数的影响更加显著。通过拟合9 种常用干燥模型，表明Two-term exponential模型的R2平均值最大，χ2平均值和均方根误差平均值最小，分别为0.9980、0.0002和0.0147。相同实验条件下Two-term exponential模型的预测值与实验值拟合较好，表明该模型适合预测山药微波热风耦合干燥过程的水分含量变化规律。本研究结果可为微波热风耦合干燥技术应用于山药及其他农产品的干燥提供理论依据。

本文《山药微波热风耦合干燥特性及动力学模型》来源于《食品科学》2018年39卷15期 115-121页，作者：王汉羊、刘丹、于海明。DOI:10.7506/spkx1002-6630-201815017。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

修改/编辑：李莹；责任编辑：张睿梅

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