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紅棗凍干解析工藝優化研究

放大字體  縮小字體 發布日期:2018-06-26    作者:中國紅棗網    瀏覽次數:2117

原標題:紅棗凍干解析工藝優化研究

  紅棗是鼠李科落葉灌木或小喬木棗樹的成熟果實,是我國特有經濟果物之一,主要分布在黃河中下游,集中在冀、魯、豫、陜、晉等省。陜北是陜西省紅棗生產的主要區域,目前種植面積達320多萬畝,已掛果的250多萬畝,年產紅棗近50噸,紅棗不僅給農民增加了經濟收入,而且成為最具地方特色的農副產品,享譽國內外。但由于紅棗中含有約80%的水分,不易保藏,不易運輸,采收后的鮮栆易腐爛變質,若遇陰雨天, 紅棗則大量腐爛。論文參考。據資料統計每年因腐爛損失的數量高達20%~30%。因而,對紅棗的加工尤為重要。在紅棗加工方面,絕大多數仍采用自然晾曬和人工干制(烘干),但干制過程中的漿爛損失和營養損失相當嚴重,產品口感及感官指標也大為降低。論文參考。也有少數采用科技含量高的真空干燥技術,此法雖能最大限度地保持產品原有的色、香、味, 使各種芳香物質的損失減少到最低限度,有效地保存其中各級營養成分、易氧化成分等,但該技術能耗大、干燥成本高的缺點限制了其推廣和普及?;诖?,本文主要研究紅棗凍干過程的升華工藝中的一些主要因素對產品質量及能耗的影響,從而找到較佳的冷凍工藝參數以優化真空冷凍干燥紅棗。
  1 材料與方法
  1.1 材料與設備
  一級大紅棗,榆林市清澗縣;LGJ-50型真空冷凍干燥機,北京四環科學儀器廠有限公司;DW-GW138型超低溫冷凍儲存箱,中科美菱低溫科技有限責任公司;DD14型單相電度表,慶華儀表有限公司;電子天平,北京塞多利斯天平有限公司。
  1.2 紅棗冷凍工藝及測定實驗
  1.2.1 紅棗冷凍干燥工藝流程
  紅棗凍干解析工藝優化研究
  1.2.2 共晶點、共熔點的測定
  共晶點、共熔點的確定對凍干紅棗的品質十分重要。本試驗采用電阻法對紅棗的共晶點、共熔點進行測定。通過測量物料在降溫和升溫過程中電阻隨溫度變化的數據,可得到物料的共晶點和共熔點。
  1.2.3 解析時間的確定
  由前期試驗知,當凍結紅棗中心溫度上升至0℃時,在紅棗中心周圍處還有冰晶存在;而當中心溫度上升至5℃時,紅棗中沒有明顯冰晶存在;繼續加熱,當中心溫度上升至45℃時,如果使真空泵停止工作,干燥室真空度基本保持不變,可以認為此時干燥基本結束。所以解析干燥時間為凍結體中心溫度從5℃至45℃所耗用時間。
  1.2.4 解析過程能耗確定
  解析過程能耗在單相電度表上讀取,當開始加熱時,讀取電表記為讀數1。物料中心溫度上升到5℃時,再次讀取電表記為讀數2;繼續加熱,當物料中心溫度上升至45℃時,讀取電表記為讀數3,讀數3與讀數2的差值為解析干燥能耗。
  1.3 冷凍干燥解析過程單因素試驗
  1.3.1 凍結溫度對解析時間和解析能耗的影響試驗
  將處理過的紅棗片(厚度8mm)以1.0℃/min的降溫速度分別凍結至-29℃、-32℃、-35℃、-38℃、- 41℃、- 45℃,待紅棗片完全凍結。然后在30 Pa的絕對壓力下干燥,加熱板溫度45℃,冷阱溫度-50 ℃,記錄解析時間及能耗。
  1.3.2 加熱板溫度對解析時間和解析能耗的影響試驗
  將處理過的紅棗片(厚度8mm)以1.0℃/min的降溫速度凍結至-38℃,待紅棗片完全凍結。然后在30 Pa的絕對壓力下干燥,分別將加熱板溫度升至30℃、40℃、50℃、60℃、70℃,冷阱溫度-50 ℃,記錄解析時間及能耗。
  1.3.3 真空壓力對解析時間和解析能耗的影響試驗
  將處理過的紅棗片(厚度8mm)以1.0℃/min的降溫速度凍結至-38℃,待紅棗片完全凍結。然后分別在20 Pa、30Pa、35 Pa、40 Pa、45 Pa、50 Pa的絕對壓力下干燥, 加熱板溫度為45℃, 冷阱溫度-50 ℃,記錄解析時間及其能耗。
  1.3.4 棗片厚度對解析時間和解析能耗的影響試驗
  將處理過的紅棗片(厚度分別為5mm、8mm、11mm、14mm)以1.0℃/min的降溫速度凍結至-38℃,待紅棗片完全凍結。然后在30 Pa的絕對壓力下干燥,加熱板溫度為45℃, 冷阱溫度-50 ℃,記錄解析時間及其能耗。
  1.3.5 冷阱溫度對解析時間和解析能耗的影響試驗
  將處理過的紅棗片(厚度8mm)以1.0℃/min的降溫速度凍結至-38℃,待紅棗片完全凍結。然后在30 Pa的絕對壓力下干燥,加熱板溫度為45℃,冷阱溫度分別為-32 ℃、-35 ℃、-40 ℃、-45 ℃、-50 ℃、-55 ℃、-60 ℃,記錄解析時間及其能耗。
  2 結果與分析
  紅棗凍干解析工藝優化研究紅棗凍干解析工藝優化研究2.1 紅棗的共晶點與共熔點
  
 
  紅棗凍干解析工藝優化研究














  2.2 凍結溫度對解析時間和解析能耗的影響試驗
  如圖3所示,溫度低于共晶點后,隨著溫度的降低,解析時間變短,這是因為解析過程主要除去化學結合水,而凍結溫度低時,物料中結合水含量較少,所以解析時間變短。能耗方面,隨著凍結溫度的降低,能耗先降后增,在-38℃左右達到最低。

  2.3 加熱板溫度對解析時間和解析能耗的影響試驗
  解析階段主要是結合水的解吸,在較高真空條件下,加熱板溫度越高,物料干燥層溫度越高,結合水的解析速率隨物料溫度的升高而加快,結合水平衡濃度降低,解吸推動力提高,解吸速率加快,解析時間縮短。當然,太高的溫度(70℃)也可能使物料變形或坍塌,從而延長解析時間。由圖4還可以看到,40℃后,隨著加熱板溫度的提高,能耗很快變大。權衡能耗和時間,加熱板溫度選45℃左右為宜。
  紅棗凍干解析工藝優化研究
  2.4 真空壓力對解析時間和解析能耗的影響試驗

表1正交試驗因素及其水平表

  
因素 加熱板 溫度℃ 凍結溫度℃ 真空 度Pa 冷阱溫度℃
水平1 40 -42 30 -45
水平2 45 -40 32 -50
水平3 50 -38 35 -55

  2.5 棗片厚度對解析時間和解析能耗的影響試驗
  物料厚度的增加使升華階段的干燥時間大幅度增加,升華階段的相對解吸量增加,導致解析階段物料內的水蒸氣少,從而解析時間相對變短。論文參考。在干燥后期,水蒸氣從干燥層內的逸出過程已不是控制步驟,盡管厚度增加使水蒸氣的流動通道變長,但對解析時間的影響不大,如圖6所示,隨著厚度的增加,解析時間變短,解析能耗變小,但是,兩者的降低幅度都比較小。參考厚度對升華時間及能耗的影響(另文討論),選取棗片厚度8mm左右為宜。
  2.6 冷阱溫度對解析時間和解析能耗的影響試驗
  如圖7所示,冷阱溫度降至-45℃以前,解析時間隨著溫度的降低迅速變短,溫度-45℃后,解析時間變化較??;在能耗上,隨著冷阱溫度的降低,能耗相應地增大。綜合考慮,冷阱溫度確定為-45℃左右。
  2.7 冷凍干燥解析過程正交試驗結果分析

  紅棗凍干解析工藝優化研究
從圖5看出,真空度增大,壓力降低,解析時間變短,解析能耗相應增加,原因是較高的真空度使物料內外形成較大的蒸汽壓,增大了水蒸汽逸出物料的推動力,強化了傳質,減小了解析時間。當真空壓力低于32Pa后,解析時間的變化趨于緩和。當然,較高的真空度是以犧牲能量為條件,圖5的能耗曲線說明了這個問題。綜合考慮,選真空壓力32Pa左右為宜。
  紅棗凍干解析工藝優化研究
根據單因素實驗選取影響較大的四個參數(加熱板溫度、真空壓力、冷阱溫度、凍結溫度)做正交實驗L9(34),正交試驗因素水平、直觀及方差分析參見表1、表2、表3??梢钥闯?,加熱板溫度、真空壓力對產品品質影響較顯著。經分析得出優化的工藝參數為:加熱板溫度45℃、真空壓力30Pa、凍結溫度-38℃、冷阱溫度-50℃。
  
因素 加熱板溫度℃ 凍結溫度℃ 真空 度Pa 冷阱溫度℃ 升華實驗結果
時間h 能耗(×103KJ)
實驗1 1 1 1 1 3.1 18.6
實驗2 1 2 2 2 3.2 19.1
實驗3 1 3 3 3 3.4 19.8
實驗4 2 1 2 3 3.7 18.0
實驗5 2 2 3 1 3.8 18.3
實驗6 2 3 1 2 3.5 17.2
實驗7 3 1 3 2 4.2 17.3
實驗8 3 2 1 3 3.9 15.9
實驗9 3 3 2 1 4 16.5
均值1 3.233 19.167 3.667 17.967 3.500 17.233 3.633 17.800
 

 
均值2 3.667 17.833 3.633 17.767 3.633 17.867 3.633 17.867
 

 
均值3 4.033 16.567 3.633 17.833 3.800 18.467 3.667 17.900
 

 
極差 0.800 2.600 0.034 0.200 0.300 1.234 0.034 0.100
 

 

  3 結 論
  3.1 對紅棗的共晶點、共熔點進行了測定, 其值為-32℃、-28℃。
  3.2 通過單因素和正交試驗, 確定了各種因素對紅棗解析的影響情況,并確定了優化參數及其取值:加熱板溫度45℃、真空壓力30Pa、凍結溫度-38℃、冷阱溫度-50℃。

參考文獻:
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[5] 張振福,高新蕾,呂興強.大棗加工存在問題及技術對策探討[J].武漢食品工業學院學報,1999,(1):23-26
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 關鍵詞:紅棗冷凍干燥共晶點溫度共熔點溫度

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