CN113237288A - 一种多功率组合的铁皮石斛连续微波干燥方法 - Google Patents

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吴钊龙
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    • F26B3/347—Electromagnetic heating, e.g. induction heating or heating using microwave energy

Abstract

本发明涉及植物的微波处理方法，更具体地说，涉及一种多功率组合的铁皮石斛连续微波干燥方法，包括以下步骤：将所述铁皮石斛在第一微波功率密度下干燥t1时间，立即调整至第二微波功率密度干燥t2时间，再调整至第三微波功率密度干燥t3时间，获得干燥铁皮石斛，所述第一微波功率密度、所述第二微波功率密度和所述第三微波功率密度递减。本发明利用遗传算法，筛选连续微波功率密度组合，使干燥结果更容易控制，减少工作量，同时提高了干燥效率，减少了皱缩现象，干燥过程中无焦糊产生，得到的干燥产品品质优良，色泽均匀鲜亮。

Description

一种多功率组合的铁皮石斛连续微波干燥方法
技术领域
本发明涉及植物的微波处理方法，更具体地说，涉及一种多功率组合的铁皮石斛连续微波干燥方法。
背景技术
铁皮石斛(Dendrobium officinale)又名“黑节草”，是兰科石斛属植物，因其茎呈铁绿色而得名。铁皮石斛为多年生常绿草本植物，在我国主要分布在福建、云南、海南、台湾、广西等热带和亚热带地区，需温度适中、潮湿多雾的生长环境，但这些地区温热潮湿，铁皮石斛保存不当时易霉变，且在石斛鲜条中依然进行着诸多生化反应，植物体将不断水解多糖以用于能量供应；因此，需将铁皮石斛干燥储存。
微波干燥作为一种高效率的干燥方式，近年来被广泛应用于食品干燥过程中，微波可以产生高频电磁场，具有较强的穿透性和只对极性分子加热的高选择性，使其可以穿透物料内部，对整体进行加热，避免了传统干燥方式“内生外焦”现象的发生，但是微波干燥过程中微波辐射不均匀，所以不同时间、不同位置、不同物料处的水分均有较大差异。
多功率连续微波干燥技术利用前期较高的微波强度使鲜片内的水分大量蒸发，有利于物料迅速膨胀；利用后期较低的微波强度使水分在铁皮石斛内重新均匀排布，避免干燥后期铁皮石斛过热而产生局部焦化，能够更好地保持产品原有的感官品质及营养成分，获得高品质非油炸干制产品。但是多功率连续微波干燥的难点在于不同功率组合转换时间点的求解，根据已有的经验，需要尝试大量的实验摸索寻得合适的时间转换点，不但耗时耗原料，同时极大地增加工作量。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多功率组合的铁皮石斛连续微波干燥方法，通过使用遗传算法，筛选、确定连续微波功率密度组合的干燥时间转换点，使干燥结果更容易控制，减少工作量，且本发明采用的多功率密度组合工艺参数，提高了干燥效率，且减少了皱缩现象，无焦糊产生，得到的干燥产品品质优良，色泽均匀鲜亮。
本发明的目的通过以下技术方案来实现，一种多功率组合的铁皮石斛连续微波干燥方法，包括以下步骤：将所述铁皮石斛在第一微波功率密度干燥t1min，立即调整至第二微波功率密度干燥t2min，再调整至第三微波功率密度干燥t3min，获得干燥铁皮石斛，所述第一微波功率密度、所述第二微波功率密度和所述第三微波功率的功率密度递减。
进一步地，所述第一微波功率密度为2.0W/g，所述第二微波功率密度为1.5W/g，所述第三微波功率密度为0.5W/g。
本发明中，所述干燥时间t1为0＜t1≤3min。
进一步地，所述干燥时间t1为2min。
本发明中，所述干燥时间t2为0＜t2≤19min。
进一步地，所述干燥时间t2为15min。
本发明中，所述干燥时间t3为0＜t3≤69min。
进一步地，所述干燥时间t3为48min。
进一步地，所述干燥铁皮石斛的湿基含水量为9.20％。
本发明中，所述铁皮石斛在微波干燥前需进行铁皮石斛的预处理，所述铁皮石斛的预处理包括以下步骤：挑选新鲜、大小均匀的铁皮石斛茎鲜条，清洗并切成长度为3cm的条状。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过使用遗传算法，优化筛选了多功率密度连续微波干燥组合的工艺参数，使用此工艺组合参数进行微波干燥，干燥效率大大提升，且减少了皱缩现象，与其它单一微波功率密度下的干燥产品相比，没有出现焦糊，得到的干燥产品品质优良，色泽均匀鲜亮。
附图说明
图1是多功率组合连续微波干燥铁皮石斛优化结果折线图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
多功率组合的铁皮石斛连续微波干燥方法，包括以下步骤：
挑选新鲜、大小均匀的云南铁皮石斛茎鲜条，清洗并切成长度为3cm的条状。
随后在不同微波功率密度下对铁皮石斛进行微波干燥，至样品出现焦糊时立即停止干燥，测定所述铁皮石斛焦糊开始时间及该时间对应的湿基含水量，同一微波功率密度下所述焦糊开始时间的范围为焦糊时间域；随后根据所得结果进行试验设计，采用遗传算法进行连续组合优化，由此确定不同微波功率密度的转换时间点和最终的湿基含水量。
具体地，将经过预处理的铁皮石斛条置于隧道式微波干燥机中，分别对以上铁皮石斛在微波功率密度为0.5W/g、1.0W/g、1.5W/g、1.8W/g和2.0W/g进行一次性长时间干燥，计时器记时，直至样品出现焦糊，立即停止。
进一步地，其中采用功率密度2.0W/g时，所用样品为500g铁皮石斛/1000W；采用功率密度1.8W/g时，所用样品为500g铁皮石斛/900W；采用功率密度1.5W/g时，所用样品为500g铁皮石斛/750W；采用功率密度1.0W/g时，所用样品为500g铁皮石斛/500W；采用功率密度0.5W/g时，所用样品为500g铁皮石斛/250W。每次做三组平行，然后重复三次实验，测定同一微波功率下铁皮石斛焦糊开始时间及该时间对应的湿基含水量，得到结果如下所示。
微波功率密度(W/g) 焦糊时间域(min) 湿基含水量(％) 皱缩率(％)
0.5 70～80 16.69～19.52 42.31～44.85
1.0 45～50 30.75～34.11 29.43～31.50
1.5 20～23 52.32～54.08 16.58～18.92
1.8 14～17 58.09～61.74 9.47～12.87
2.0 4～6 70.55～72.16 3.06～4.84
由上表可知，微波功率密度越大，铁皮石斛出现焦糊的时间域越短，湿基含水量越高；微波功率密度越小，铁皮石斛出现焦糊现象的时间域越长，湿基含水量越低，同时越容易出现皱缩现象，原因在于微波功率密度增大，水分蒸发加快，样品与周围环境之间产生较大的蒸气压梯度，微波功率密度减小，水分蒸发缓慢，水分蒸发之后形成的空隙也越小，越易皱缩。
具体地，将不同微波功率密度的焦糊时间域各设置保护区间，其中，保护区间为同一微波功率密度下最低焦糊时间减去1min。设置三组微波功率密度组合，分别为第一微波功率密度2.0W/g、第二微波功率密度1.5W/g和第三微波功率密度0.5W/g。第一微波功率密度为2.0W/g时，其保护区间为(0＜t1≤3min)，第二微波功率密度为1.5W/g时，其保护区间为(0＜t2≤19min)，第三微波功率密度为0.5W/g时，其保护区间为(0＜t3≤69min)。
具体地，将微波功率密度组合和微波功率密度组合所对应的保护区间为自变量，以微波功率密度组合的转换时间点为响应值，即第一微波功率密度的干燥作用时间为t1，第二微波功率密度的干燥作用时间为t2，第三微波功率密度的干燥作用时间为t3，采用遗传算法对微波功率密度组合进行优化。使用MATLAB遗传算法工具箱搜索变量的最优解，其中适应度函数如下
min＝∑wnen (1)
式中，wn为第n个指标的目标权重，且∑wn＝1。en为第n个考察指标相对于综合目标值的偏差值,本文用Euclid距离来表示。
en＝(1-kn)2 (2)
式中，当希望指标越大越好时，kn为回归方程对指标的预测值与该指标最大值解的比值；当希望指标值越小越好时，kn为该指标最小值与回归方程对该指标预测值的比值。
如图1所示，通过遗传算法最终得到t1＝2min，湿基含水量为74.02％；t2＝15min，湿基含水量为56.38％；t3＝48min，湿基含水量为9.20％。即将所述铁皮石斛在第一微波功率密度下干燥2min，立即调整至第二微波功率密度干燥15min，再调整至第三微波功率密度干燥48min，最终干燥后的铁皮石斛的湿基含水量为9.20％。对微波功率密度能效进行分析，如下表所示。
功率密度(W/g) 干燥时间(min) 干燥效率 是否焦糊
0.5 70 0.88 否
1.0 45 1.06 是
1.5 20 1.31 是
1.8 14 1.45 是
2.0 4 1.98 是
2.0+1.5+0.5 100 1.07 否
选用上述微波功率密度组合对铁皮石斛进行干燥，其干燥能力与单一微波干燥功率密度为1.0W/g时相接近，但是微波功率密度组合的湿基含水量为9.20％，远远低于单一微波干燥功率密度为0.5W/g时的湿基含水量。与单一微波功率密度为0.5W/g相比，组合微波功率密度的干燥效率提高了1.22倍，减少皱缩现象的产生；与其他单一微波功率密度下的干燥产品相比，选用上述微波功率密度组合没有焦糊产生，得到的干燥产品品质优良，色泽均匀鲜亮。

Claims (10)

1.一种多功率组合的铁皮石斛连续微波干燥方法，其特征在于，将所述铁皮石斛在第一微波功率密度干燥t1min，立即调整至第二微波功率密度干燥t2min，再调整至第三微波功率密度干燥t3min，获得干燥铁皮石斛，所述第一微波功率密度、所述第二微波功率密度和所述第三微波功率的功率密度递减。
2.根据权利要求1所述的一种多功率组合的铁皮石斛连续微波干燥方法，其特征在于，所述第一微波功率密度为2.0W/g，所述第二微波功率密度为1.5W/g，所述第三微波功率密度为0.5W/g。
3.根据权利要求1或2所述的一种多功率组合的铁皮石斛连续微波干燥方法，其特征在于，所述干燥时间t1为0＜t1≤3min。
4.根据权利要求3所述的一种多功率组合的铁皮石斛连续微波干燥方法，其特征在于，所述干燥时间t1为2min。
5.根据权利要求1或2或4所述的一种多功率组合的铁皮石斛连续微波干燥方法，其特征在于，所述干燥时间t2为0＜t2≤19min。
6.根据权利要求5所述的一种多功率组合的铁皮石斛连续微波干燥方法，其特征在于，所述干燥时间t2为15min。
7.根据权利要求1或2或6所述的一种多功率组合的铁皮石斛连续微波干燥方法，其特征在于，所述干燥时间t3为0＜t3≤69min。
8.根据权利要求7所述的一种多功率组合的铁皮石斛连续微波干燥方法，其特征在于，所述干燥时间t3为48min。
9.根据权利要求8所述的一种多功率组合的铁皮石斛连续微波干燥方法，其特征在于，所述干燥铁皮石斛的湿基含水量为9.20％。
10.根据权利要求1所述的一种多功率组合的铁皮石斛连续微波干燥方法，其特征在于，所述铁皮石斛在微波干燥前需进行铁皮石斛的预处理：挑选新鲜、大小均匀的铁皮石斛茎鲜条，清洗并切成长度为3cm的条状。
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