萝卜缨微波真空干燥动力学研究

黄婷等

摘要[目的] 更好地调控萝卜缨生产加工过程中工艺参数，进一步研究萝卜缨微波真空干燥的特性及其干燥过程的动力学模型。[方法]采用微波真空干燥技术对萝卜缨进行干制，通过对萝卜缨微波真空干燥特性的研究，分析了微波功率、真空度和装载量与干燥速率的关系，并根据试验数据，分别作不同微波功率、真空度和裝载量下的t与-lnMR 曲线和 lnt与ln（-lnMR）曲线，[结果]试验发现，萝卜缨的干燥过程大致可分为3个阶段，加速期、恒速期和降速期。不同微波功率、真空度和装载量下的t与-lnMR 曲线和 lnt 与ln（-lnMR）曲线显示，前者呈非线性，后者呈线性，表明萝卜缨的微波真空干燥动力学模型满足Page方程。通过多元线性回归分析，拟合方程显著（P<0.05），拟合度良好，相关系数R2=0.93。最后经验证，Page方程的预测值与实际值拟合良好。 [结论] 研究可为萝卜缨的干燥提供理论依据和技术指导。

关键词萝卜缨；干燥；微波；真空；装载量；动力学

中图分类号S631.1文献标识码A文章编号0517-6611（2014）36-13024-04

Abstract[Objective] To regulate the technique parameters for radish leaves processing， further study features of radish leaves microwave vacuum drying and dynamics model. [Method] Through study on features of radish leaves microwave vacuum drying， the relationship between microwave power， vacuum degree， loadage and drying rate was analyzed. According to the test data， the t and -lnMR curves， lnt and ln（-lnMR） curves under different microwave power， vacuum degree and loadage were made respectively. [Result] The process of radish leaves drying can be roughly divided into three stages， acceleration period， the constant rate period and falling rate period. The t and -lnMR curves， lnt and ln（-lnMR） curves under different microwave power， vacuum degree and loadage showed that the former is nonlinear， and the latter is liner， namely， microwave vacuum drying process of radish leaves fitted Page equation dynamic model. Through multiple linear regression analysis， the equation is fitted well with the correlation coefficient R2 = 0.93 and significantly （P < 0.05）. Moreover， it was proved that the predicted data of the equation and the experimented data were nearly accordant. [Conclusion] The study can provide theoretical basis and scientific guidance for the radish leaves drying processing.

Key wordsRadish leaves； Drying； Microwave； Vacuum； Loadage； Dynamics

萝卜的叶子，俗名萝卜缨，是十字花科属萝卜的副产物，富含膳食纤维、维生素、微量元素等多种营养成分[1]，具有促进胃肠蠕动、抗胃溃疡等功效[2-3]，其营养价值远高于根。但萝卜缨的营养价值并没有得到足够重视，加之萝卜缨水分含量高，不耐储存，常被丢弃，造成萝卜缨资源的极大浪费。因此当前亟需开发萝卜缨干燥技术，充分利用萝卜缨资源，满足消费者对绿色、营养蔬菜的需求。

干燥是农产品保藏的重要手段。当前农产品干燥生产中存在的2个重要问题是高能耗和产品品质损失严重，获得优质的干燥产品往往需要昂贵的设备和高能耗操作，如何以低能耗、低成本获得更少营养损失、更高品质的干燥产品，已成为当前农产品干燥的发展方向[4]。微波真空干燥将微波与真空技术相结合，综合了微波快速均匀加热和真空条件下水分快速蒸发的特点，干燥温度低、速度快，减少能耗，并与氧气隔绝，对被干燥物料原有营养成分、色香味的保留具有明显优势[5]。目前，在微波真空干燥过程中尚无法实现在线监测水分含量及温度变化，不利于生产过程中各工艺参数的调控，因此建立物料微波真空干燥动力学模型对于干燥过程优化和控制具有重要的理论指导意义。近年来，已有学者对大蒜[6]、罗非鱼[7]、杏鲍菇[8]、黄秋葵[9]等产品的微波真空干燥特性及其动力学模型进行了比较深入的研究，但未见微波真空干制萝卜缨的文献报道。

鉴于萝卜缨营养丰富，但难于保藏和运输以及利用率极低的现状，笔者拟对萝卜缨微波真空干燥特性进行研究，探讨微波功率、真空度、装载量对失水速率的影响，并建立萝卜缨微波真空干燥的动力学模型，以期为萝卜缨微波真空干燥过程的优化和控制提供理论依据。

1材料与方法

1.1材料

1.1.1原料。萝卜缨，采自镇江市左家湖农家新鲜萝卜的叶，选择新鲜、叶形完整和无病虫害的萝卜缨，清洗，去梗，沥干，切段备用。

1.1.2主要仪器设备。

BS224S型电子天平，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；NJZ071 型真空微波实验炉（功率可调0～700 W、真空度可调0～0.09 MPa），南京杰全微波设备有限公司。

1.2试验方法

1.2.1萝卜缨微波干燥流程。

原料→理料→清洗→去梗→切段→装盘→微波真空干燥。

1.2.3干燥方法。

取一定质量的萝卜缨，单层均匀平铺于微波真空干燥箱的托盘内，分别采用不同真空度、微波功率及装载量进行干燥，直至样品含水率低于8%为止。干燥过程中，每隔一定时间间隔将萝卜缨从干燥腔内取出记录样品质量，快速检测其质量变化，并换算成含水率，绘制含水率随干燥时间变化的干燥曲线。

1.3数据分析

应用SPSS 15.0软件进行模型拟合和回归分析。

2结果与分析

2.1不同因素对萝卜缨微波真空干燥特性的影响

2.1.1微波功率对萝卜缨微波真空干燥特性的影响。

取100 g蘿卜缨，单层均匀平铺于微波真空干燥箱的托盘内，物料层厚度为10 mm，在真空度为0.08 MPa下进行微波真空干燥，不同微波功率（100、200、300、400 W）对萝卜缨的干燥曲线和失水速率变化的影响如图1和2所示。

由图1可见，随着微波功率的增大，干燥曲线越陡峭，萝卜缨干燥至相同含水率所需的时间越短。微波强度的适当提高，可以有效增加传质和传热效率，大大缩短干燥时间（由100 W条件下的17 min缩短至400 W条件下的5 min）。由图2可见，萝卜缨微波真空干燥加速期极短，大量水分被迅速蒸去，很快达到最大干燥速度。在物料含水率相同的情况下，微波功率越大，萝卜缨失水速度越快，当微波功率为400 W时，物料失水速率在2 min内达到16.8 g/min，随后立即进入降速干燥过程，整个过程无明显恒速期。进入干燥后期的物料中水分以比较难以除去的结合水为主，游离态水大量减少，致使物料内部水分扩散速度小于表面水分汽化速度，此时干燥速度主要由内部水分扩散速度决定，因此失水速率逐渐下降。

2.1.2真空度对萝卜缨微波真空干燥特性的影响。

取100 g萝卜缨单层均匀平铺于微波真空干燥箱的托盘内，物料层厚度为10 mm，微波功率100 W，分别在真空度为0.06、0.07、0.08、0.09 MPa下进行微波真空干燥。

如图3所示，真空度越高，干燥至相同含水量所需时间越短，真空度由0.06 MPa增大到0.09 MPa时，干燥时间缩短了2 min。真空度对失水速度的影响见图4。由图4可见，真空度越高，失水速度越大，且在很短时间内达到最大失水速度，随着物料含水率的不断下降，剩余的水分不足以维持最大脱水速度，失水速度立即进入降速期。该试验中真空度（0.06～0.09 MPa）对萝卜缨干燥时间的影响不明显，这可能是因为真空度增大，虽然降低了水的沸点，提高了水蒸气的扩散驱动力，有利于加快干燥速度，但真空度提高的同时也增加了水分的蒸发潜热，导致干燥速度下降，二者相互作用的结果致使真空度对物料干燥时间的影响不显著。

2.1.3装载量对萝卜缨微波真空干燥特性的影响。

分别取50、100、150、200 g萝卜缨单层均匀平铺于微波真空干燥箱的托盘内，物料层厚度为10 mm，微波功率100 W，在真空度为0.08 MPa下进行微波真空干燥。

由图5可知，随着萝卜缨装载量的增加，干燥时间延长。这是由于在微波功率相同的情况下，装载量越大，单位质量水分所吸收的微波能量越少，必然延长干燥时间。相反，装载量越少，则干燥速率越快（图6），不同装载量的萝卜缨的干燥速率都有升速、恒速和降速3个阶段，装载量越大恒速干燥阶段的时间越长，失水速率变化越小。

2.2萝卜缨微波真空干燥动力学模型研究

干燥动力学研究主要是对薄层干燥（20 mm 以下的物料层表面完全暴露在

相同的环境条件下进行的干燥过程）曲线的进行数学模拟，得到薄层干燥模型[10]。建立薄层干燥模型具有重要的作用，可以预测不同干燥条件下任意时刻的含水率，掌握干燥过程变化的规律，进而控制干燥过程[11]。

2.2.4动力学模型的验证。

选取微波功率200 W，真空度0.08 MPa，装载量150 g进行验证试验，将该试验值与模型的预测值进行比较。由图10可知，回归模型的预测曲线与实际值基本吻合，说明Page方程能较准确地反映萝卜缨微波真空干燥的水分变化规律，可以用来描述萝卜缨微波真空干燥过程。

3结论

在该试验条件下，萝卜缨微波真空干燥过程按失水速率大小可分为加速、恒速和降速3个干燥阶段。其中加速干燥阶段较短，恒速干燥阶段以脱去细胞间的游离水为主，降速干燥阶段以脱去物理结合水为主。微波功率与装载量对萝卜缨干燥速率具有较大影响，真空度对干燥速率的影响较小。萝卜缨微波真空干燥的动力学模型满足 Page 方程。经试验证明，实测值与用该模型所求得的拟合值基本相符，该模型能正确反映萝卜缨微波真空干燥规律，可较好地预测萝卜缨微波真空干燥过程失水率的变化过程。

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