CN101433233B - 一种提高颗粒状果蔬微波干燥均匀性的喷动辅助方法 - Google Patents

Abstract

一种提高颗粒状果蔬微波干燥均匀性的喷动辅助方法，属于果蔬食品加工技术领域。本发明将预处理后的果蔬放入微波喷动干燥床内，设定好微波功率及进风加热温度，之后调整喷动床的中心进风风量及进风角度，使被干燥的物料在喷动床内以不同形式喷动，同时根据物料的不同干燥阶段调整进风压力和进风角度，物料所接收的微波能比传统的固定或流化方式更为均匀；由于微波是内部加热，被干燥果蔬水分得以有效迅速蒸发，达到均匀干燥的目的。本发明通过喷动辅助方法使物料在微波场受热均匀，水分蒸发迅速，干燥时间大为缩短，使得干燥之后的果蔬能最大程度保留其原有的色泽、外形及营养物质，干燥之后果蔬呈多孔性结构，复水性好，获得高品质脱水果蔬产品。

Description

一种提高颗粒状果蔬微波干燥均匀性的喷动辅助方法

技术领域

一种提高颗粒状果蔬微波干燥均匀性的喷动辅助方法，本发明属于果蔬食品加工技术领域，涉及果蔬脱水加工。

背景技术

微波干燥是国际上应用较为普及的高效、节能新技术之一，其特点是在物料内部产生热源，干燥时间大大缩短。微波是频率在300MHZ到300GHZ的电磁波。从电介质的结构看，一类分子为无极分子电介质，另一类为有极分子电介质。在一般情况下，它们都呈无规则排列，如果把它们置于交变的电场之中，这些介质的极性分子取向也随着电场的极性变化而变化，称为极化。外加电场越强，极化作用也就越强，外加电场极性变化得越快，极化得也越快，分子的热运动和相邻分子之间的摩擦作用也就越剧烈。在此过程中即完成了电磁能向热能的转换，当被加热物质放在微波场中时，其极性取向随着外电场的变化而变化，极性分子随微波频率以每秒几十亿次的高频来回摆动、摩擦，微波电场能转化为介质内的热能，使物料温度升高，产生热化和膨化等一系列物化过程而达到微波加热干燥的目的。

微波干燥具有干燥速度快、可操控性强、操作环境好等优点，但微波干燥存在不均匀性是微波干燥在工业化应用受到限制的主要原因。不均匀性主要由微波加热的选择性、微波的尖角集中性、多模式微波带来的反射、穿透、折射的影响等引起，产生色泽、形状等不均匀性的品质劣变。

为了克服微波干燥的不均匀，现有下列研究报道：

1)研究被加热物体的电容特性，在此基础上对加热设备进行合理设计，并对加热程序进行控制。例如采用间歇式方法，使热点集中的热量得以向周围扩散。这种方法在目前的家用微波炉上应用最为广泛，如对微波作用时间进行调整，设计不同的微波加热强度档，但从家用微波炉实际使用情况来看，这种方法对提高微波加热的均匀性是非常有限的。

2)在加热的原料中加入介电物质或通过一些材料处理来提高微波吸收率及吸收分布的均匀度。一种微波吸收结构(公开号：CN1402894)，该结构可以改善微波的使用效果，但该方法对于颗粒果蔬干燥在使用上存在不易操作的特点，难以应用。

3)为了克服菱角效应和热点的产生，对微波设备进行改进。例如使用圆角容器，环状容器。对有尖角的食品进行整形处理等。一种高效节能微波炉(公开号：CN200972168)，主要是通过将炉腔内表面设计为曲面从而改变微波传播路径，这种方法主要是对微波的传导途径进行了优化，同本发明的辅助喷动的运动方法完全不同。

4)因为微波加热很快，自然传热往往来不及使各部分温度均匀，所以对于液体食品可用搅拌的方法，对固体食品要用旋转或翻转的方法使各部分加热温度均匀；对冷冻食品要先解冻后加热，解冻时要使表面和拐角部分尽量保持低温，不要溶解。一种微波炉的解冻控制方法(公开号：CN1450310)，表明该方法可提高解冻的工作效率，但对于提高颗粒状果蔬微波干燥的均匀性作用不大。

5)把微波与其它干燥方法结合使用，可使干燥能效得到大大改善。

国内外对热风、微波联合干燥进行了多方面的研究。2003年，Ahrne，Prothon，& Funebo等选择先微波间歇干燥后热风干燥的组合方法对苹果片，胡萝卜粒等进行了干燥影响因素及节能水平研究。实验表明，微波间歇时间对干燥速率有显著影响。采用组合方法干燥，比完全热风干燥能耗降低30.4％，时间缩短31％；2002年，Guixing Ren等应用微波-热风联合干燥了西洋参根，联合干燥缩短了干燥时间28.7％-55.2％，且对终产品的颜色影响很小；2000年，2002年，Maskan等应用微波-热风联合干燥香蕉片，结果为微波干燥至终点缩短了对流干燥时间约64.3％，产品色泽较浅，复水率极高；2001年，Bouraoui M.等应用微波和对流联合干燥了土豆片，对复水动力学和干燥速率进行了研究，应用费克一维扩散模型计算了有效的水分扩散系数，统计分析表明，扩散系数随着内部温度的增高而增大，随着水分含量的增加而降低；1999年，Baysal T.等对胡萝卜片应用微波-热风联合干燥，联合干燥的时间比传统的热风干燥缩短了30％，且无恒速期，干燥只发生在降速期，样品的干物质含量、色度、密度和多孔性没有明显的差别。这些联合干燥研究方法着重对干燥的节能、微波脱水的机理及产品相应品质进行了研究，但对被干燥物料的微波作用的均匀性未作相应的研究和细致分析，对物料在微波干燥过程中所处状态没有作任何研究，这同本发明研究物料在微波场中运动状态与干燥均匀性的关系存在根本的不同。

对于微波均匀性与物料在微波场中运动研究的文献和专利目前还很少。一种带有双层搅拌扇的微波炉(中国专利授权号ZL 95197265.0)，研究表明该搅拌装置对于在一个较小容器内，可以提高微波干燥的均匀性，但物料运动基本是一个二维平面进行，物料运动强度同本发明物料在喷动或流动条件下比较有着本质的不同，物料处在喷动或流动的状态下可在微波场进行剧烈的运动，处于三维空间运动状态，其干燥的均匀性及水分蒸发速度更强更快。

喷动床干燥是近年发展起来的一种干燥技术。喷动床干燥机利用气流在对被干燥物料的临界速度与带出速度之间作用时，使颗粒形成喷动状运动，从而加强两者的传热与传质。张慜等(一种减慢冷冻干燥果蔬丁复水速度的后处理方法，中国专利申请号200710134749.5)采用喷动床研究涂膜与干燥的均匀性时，采用喷动方法可有效提高涂膜的均匀性与干燥的均匀性，但该研究用的是热风法，与本发明采用的2类喷动流场结合微波法不同。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高颗粒状果蔬微波干燥均匀性的喷动辅助方法。果蔬清洗之后，进行切丁或切片处理、将预处理果蔬放入微波喷动干燥床内，通过调整喷动辅助装置，控制喷动中心进风风量及进风的角度，使被干燥的物料在喷动床内以喷动进风点为中心进行运动，同时根据物料的不同干燥阶段调整进风压力和进风角度，使物料在微波干燥腔内进行不同的运动轨迹(如沿干燥床壁的螺旋运动状，周围往中心的圆周运动等)，物料所接收的微波能更为均匀，干燥过程中水分得以有效的迅速蒸发并达到果蔬在微波场中均匀干燥的目的；由于水分蒸发迅速，干燥时间短，干燥之后的果蔬能最大程度保留其原有果蔬的色泽、外形及营养物质，同时干燥之后果蔬呈多孔性，产品的复水性佳，最终获得高品质脱水果蔬产品。

本发明的技术方案：一种提高颗粒状果蔬微波干燥均匀性的喷动辅助方法，首先待脱水果蔬进行清洗、切粒或切片、并进行护色处理；然后颗粒状果蔬进行微波干燥处理，调整相应喷动辅助装置的进风压力和进风方向，控制微波输入功率及热风加热的温度，在干燥的不同阶段进一步调整相应的操作参数；

(1)护色阶段：护色液为质量浓度0.1％Vc及0.1％一水柠檬酸溶液，将脱水果蔬进行清洗、切粒或切片、并在护色液中浸泡30min进行护色处理；

(2)干燥阶段：控制微波输入功率及热风加热的温度：初始微波输入功率为1.8-2w/g，进风温度为50℃；喷动10min之后，微波输入功率调整为1.0～1.2w/g；形成两类流场之一，进行喷动辅助干燥处理。

喷动辅助干燥处理采用的两类流场为：

(1)中心喷动流场：调整喷动辅助装置的进风方向与干燥床中心垂直线相一致，垂直方向角度范围是0～10°，喷射气体的压力是700～1200Pa，物料床高范围50～300mm；喷动辅助装置进风压力的初始值控制在800～1000Pa，干燥处理10min之后，将喷动辅助装置进风压力调整为500～600Pa，同时，微波输入功率调整为初始值的55％-60％，即1.1～1.2g/w，继续干燥12～15min，干燥之后的脱水果蔬粒控制水分含量在6％以下；

或(2)圆周喷动流场：调整喷动辅助装置的进风方向与干燥床底部圆切线方向相一致，垂直方向角度范围是0～15°，喷射气体的压力是800～1400Pa，物料床高范围50～300mm；同时在垂直方向的进风导向阀向上调整的角度为20～30°，喷动辅助装置进风压力的初始值控制在900～1100Pa，干燥处理10min之后，将喷动辅助装置进风压力调整为600～700Pa，同时，微波输入功率调整为初始值的50％，即1.0g/w，继续干燥10～14min，干燥之后的脱水果蔬粒控制水分含量在6％以下。

所述喷动辅助装置的组成包括：进风结构装置，风压调节装置，风向调整装置及其相应的联接装置。原料待脱水果蔬为天然或切割成颗粒状的果蔬。

传统的果蔬在喷动床干燥中存在一定程度喷动死角，喷动的强度不足，喷动运行的轨迹不明确且不可控，使得果蔬在微波干燥过程中存在不均匀，干燥品质及均匀性较差。针对以上生产中存在的问题，本发明对果蔬在干燥床内喷动运动方式进行了控制，并结合干燥不同阶段调整辅助喷动操作条件，使果蔬在微波场中进行均匀干燥。

1.脱水果蔬的预处理：将预干燥果蔬(胡萝卜、草莓粒等)进行清洗，并根据生产的要求，可切成相应规格粒或片，并用护色液(0.1％Vc及0.1％一水柠檬酸)进行护色处理，用于准备微波喷动干燥。

2.称取一定量的预处理好的果蔬粒(片)放入微波喷动干燥床内，根据投料量设定微波输入功率为1.8～2w/g，进风温度为50℃。

3.果蔬粒的中心喷动辅助干燥处理：调整喷动辅助进风方向与干燥床中心垂直线相一致，进风压力的初始值控制在800～1000Pa，物料在喷动床内进行剧烈的沿中心柱向四周连续喷动，随着干燥果蔬水分的蒸发，干燥处理10min之后，将喷动辅助进风压力调整为500～600Pa，同时，微波输入功率调整为初始值的55％-60％左右(约1.1～1.2g/w)继续干燥，胡萝卜粒继续干燥时间为12～14min，草莓粒继续干燥时间为14～15min，即为干燥终点，干燥之后的脱水胡萝卜粒及草莓粒水分含量在6％以下，产品符合相应水分标准要求。

4.果蔬粒的圆周喷动辅助干燥处理：调整喷动辅助进风方向与干燥床底部圆切线方向相一致，进风的压力的初始值控制在900～1100Pa，物料在喷动床内的圆周方向向上螺旋在一定位置后从干燥床的中心区域返回底部的连续运动，随着干燥果蔬水分的蒸发，干燥处理10min之后，将喷动辅助进风压力调整为600～700Pa，同时，微波输入功率调整为初始值的50％左右(约1.0g/w)继续干燥，胡萝卜粒继续干燥时间为10～12min，草莓粒继续干燥时间为12～14min，即为干燥终点，干燥之后的脱水果蔬粒水分含量在6％以下，产品符合相应水分标准要求。

5.从果蔬粒生产情况看，通过调整喷动辅助操作条件，可以使被干燥的果蔬在喷动床产生不同的喷动轨迹。由于果蔬在干燥过程中水分不断减少，物料的比重也随之减少，这就需要不断调整进风喷动的条件，节省干燥过程的能耗。

6.通过该喷动辅助装置使得物料的喷动更为均匀，运动方式可选择，这样也进一步改善了果蔬在微波干燥的均匀性。

7.通过喷动辅助装置可形成两类流场：中心喷动和圆周球形喷动的喷动流场(如图1，图2所示)；中心喷射流场条件是：垂直方向角度范围是0～10°，喷射气体的压力是700～1200Pa，物料床高范围50～300mm；圆周球形喷动流场条件：垂直方向角度范围是0～15°，喷射气体的压力是800～1400Pa，物料床高范围50～300mm。

本发明的有益效果：通过这种提高颗粒状果蔬微波干燥均匀性的喷动辅助方法，可以有效改善果蔬的微波干燥均匀性，从以下几方面得到了验证：

微波干燥的温度均匀性：1)干燥果蔬温度的均匀性：使用喷动辅助装置对干燥过程中果蔬的温度进行检测，检测被干燥果蔬的中心点，中间层及近表面温度，这三个位置的温度相差不超过0.3℃，而传统的喷动方式，这三个位置的温差则在3～5℃；2)整个喷动床温度的均匀性：通过喷动辅助装置，物料在喷动床内的运动更为充分，通过检测干燥床内上、中、下三个不同位置的温度，三个位置的温差不超过0.2℃，而传统的喷动方式，这三个位置的温差则在2℃左右。3)产品品质的均匀性：通过肉眼检查干燥之后产品的色泽，每个颗粒的外表、色泽均匀一致；通过色差值的测定，各颗粒的L值(Lightness，亮度)，a值(redness，红色度)，b值(yellowness，黄色度)之间的差别都很小(在0.2％之内)；通过对产品外观形状(即体积收缩率)的检测，干燥之后与干燥之前比较收缩率小于5％，干燥之后的果蔬平均个体之间的收缩率基本一致，之间的差异在0.5％之内，也即表明干燥之后产品的外形是均匀的。

其它指标：1)干燥时间的缩短：采用喷动辅助装置，同样的处理量，干燥时间缩短大约在20％～30％之间(一般干燥时间为25～30min)，而传统的喷动方式处理时间需要40min左右。2)能耗：通过电量表检测结果比较，干燥能耗也节约30％左右。3)Vc含量的变化：通过喷动辅助，干燥之后产品Vc的保存率在90％～95％，而采用传统喷动方式的Vc保存率在80％～90％。

综合而论，本发明利用喷动辅助方法，进一步改善了微波干燥均匀性，干燥时间缩短，干燥能耗降低，产品的主要营养成分保存率提高，达到生产出高品质脱水果蔬的目的。

附图说明

图1中心喷动模拟流场。

图2圆周球形喷动模拟流场。

具体实施方式

实施例1：胡萝卜粒的中心喷动辅助干燥

将胡萝卜清洗干净，切成有规则的颗粒，称取一定的胡萝卜粒放入微波喷动床内。调整喷动辅助进风方向与干燥床中心垂直线相一致，形成中心喷动流场，进风压力的初始值控制在900～1000Pa，物料在喷动床内进行剧烈的沿中心柱向四周连续喷动，随着干燥果蔬水分的蒸发，干燥处理10min之后，将喷动辅助进风压力调整为550Pa，同时，微波输入功率调整为初始值的60％左右(约1.2g/w)继续干燥，时间为12～14min，为干燥终点，干燥之后的脱水胡萝卜粒水分含量在6％以下，各颗粒的L值，a值，b值之间的差别在0.2％，产品的收缩率平均值是3.9％，各颗粒收缩率之间的差异在0.15％。

实施例2：胡萝卜粒的圆周喷动辅助干燥

将胡萝卜清洗干净，切成有规则的颗粒，称取一定的胡萝卜粒放入微波喷动床内。调整喷动辅助进风方向与干燥床底部圆切线方向相一致，形成圆周球形喷动流场，同时在垂直方向的进风导向阀向上调整的角度约为20～30°，进风的压力的初始值控制在1000～1100Pa，物料在喷动床内的圆周方向向上螺旋到一定位置后从干燥床的中心区域返回底部的连续运动，随着干燥果蔬水分的蒸发，干燥处理10min之后，将喷动辅助进风压力调整为600～700Pa，同时，微波输入功率调整为初始值的50％左右(约1.0g/w)继续干燥，时间为10～12min即为干燥终点，干燥之后的脱水胡萝卜粒水分含量在6％以下，各颗粒的L值，a值，b值之间的差别在0.15％，产品的收缩率平均值是4.2％，各颗粒收缩率之间的差异在0.22％。

实施例3：草莓粒的中心喷动辅助干燥

将草莓清洗干净，切成有规则的颗粒，称取一定的草莓粒放入微波喷动床内。调整喷动辅助进风方向与干燥床中心垂直线相一致，形成中心喷动流场，进风压力的初始值控制在800～900Pa，物料在喷动床内进行剧烈的沿中心柱向四周连续喷动，随着干燥果蔬水分的蒸发，干燥处理10min之后，将喷动辅助进风压力调整为500～600Pa，同时，微波输入功率调整为初始值的60％左右(约1.2g/w)继续干燥，时间为14～15min即为干燥终点，干燥之后的脱水草莓粒水分含量在6％以下，各颗粒的L值，a值，b值之间的差别在0.2％，产品的收缩率平均值是4.2％，各颗粒收缩率之间的差异在0.26％。

实施例4：草莓粒的圆周喷动辅助干燥

将草莓清洗干净，切成有规则的颗粒，称取一定的草莓粒放入微波喷动床内。调整喷动辅助进风方向与干燥床底部圆切线方向相一致，形成圆周球形喷动流场，同时在垂直方向的进风导向阀向上调整的角度约为20°左右，进风压力的初始值控制在900～1000Pa，物料在喷动床内的圆周方向向上螺旋在一定位置后从干燥床的中心区域返回底部的连续运动，随着干燥果蔬水分的蒸发，干燥处理10min之后，将喷动辅助进风压力调整为600～700Pa，同时，微波输入功率调整为初始值的50％左右(约1.0g/w)继续干燥，时间为12～14min，即为干燥终点，干燥之后的草莓粒水分含量在6％以下，各颗粒的L值，a值，b值之间的差别在0.12％，产品的收缩率平均值是4.8％，各颗粒收缩率之间的差异在0.33％。

Claims (2)

1.一种提高颗粒状果蔬微波干燥均匀性的喷动辅助方法，其特征是首先待脱水果蔬进行清洗、切粒或切片、并进行护色处理；然后颗粒状果蔬进行微波干燥处理，调整相应喷动辅助装置的进风压力和进风方向，控制微波输入功率及热风加热的温度，在干燥的不同阶段进一步调整相应的操作参数；

(1)护色阶段：护色液为质量浓度0.1％Vc及0.1％一水柠檬酸溶液，将脱水果蔬进行清洗、切粒或切片、并在护色液中浸泡30min进行护色处理；

(2)干燥阶段：控制微波输入功率及热风加热的温度：初始微波输入功率为1.8-2w/g，进风温度为50℃；喷动10min之后，微波输入功率调整为1.0～1.2w/g；形成两类流场之一，进行喷动辅助干燥处理；

所述喷动辅助干燥处理采用的两类流场为：

(1)中心喷动流场：调整喷动辅助装置的进风方向与干燥床中心垂直线相一致，垂直方向角度范围是0～10°，喷射气体的压力是700～1200Pa，物料床高范围50～300mm；喷动辅助装置进风压力的初始值控制在800～1000Pa，干燥处理10min之后，将喷动辅助装置进风压力调整为500～600Pa，同时，微波输入功率调整为初始值的55％-60％，即1.1～1.2g/w，继续干燥12～15min；

或(2)圆周喷动流场：调整喷动辅助装置的进风方向与干燥床底部圆切线方向相一致，垂直方向角度范围是0～15°，喷射气体的压力是800～1400Pa，物料床高范围50～300mm；同时在垂直方向的进风导向阀向上调整的角度为20～30°，喷动辅助装置进风压力的初始值控制在900～1100Pa，干燥处理10min之后，将喷动辅助装置进风压力调整为600～700Pa，同时，微波输入功率调整为初始值的50％，即1.0g/w，继续干燥10～14min；

所述喷动辅助装置的组成包括：进风结构装置，风压调节装置，风向调整装置及其相应的联接装置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是原料待脱水果蔬为天然或切割成颗粒状的果蔬。

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