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魔芋真空干燥特性及动力学模型

[导读]为了实现魔芋的规模化真空干燥,缩短干燥时间,提高脱水制品的品质,降低生产能耗和成本。

我国对魔芋的干燥技术研究也逐渐受到广泛关注。 魔芋气体射流冲击干燥特性,其试验中所采用的切片厚度为 3 ~ 5 mm,风温为70 ~100 ℃,风速为 10 ~ 13m/s,其水分有效扩散系数在 1. 232 3 × 10-9~ 2. 217 8 × 10-9 m 2/s 随着切片厚度、风温和风速的增加而增加;并利用阿伦尼乌斯公式计算魔芋片的干燥活化能,气体射流冲击干燥的魔芋活化能为 6. 601 kJ/mol;魔芋热泵干燥特性,并建立了魔芋热泵干燥的数学模型,其最大的特点是考虑了魔芋品质及褐变的问题,在对魔芋干燥前,对魔芋进行了护色处理,且经过护色处理后,魔芋热泵干燥的色泽良好;魔芋葡甘露寡糖的干燥加热硒酸化及其产物的抗氧化性,试验表明,葡甘露聚糖硒酸化有利于提高葡甘露聚糖的抗氧化性。


本文将真空干燥技术应用于魔芋干燥,选用真空度和干燥温度 2 个因素进行全面实验,利用 6 种经典数学模型拟合试验数据,对经典模型和 BP 神经网络模型进行对比,得到魔芋真空干燥最佳模型。计算出魔芋真空干燥有效水分扩散系数 D eff 和干燥活化能E a ,以期能够较准确地预测魔芋真空干燥过程中水分变化规律和干燥速率,为魔芋真空干燥工艺参数选择提供理论依据和实践指导。

(1) 同样条件下,魔芋真空干燥到达安全含水率时间分别与真空度和温度成反比,真空度、温度越高,到达安全含水率时间越短。魔芋真空干燥过程是典型的水分扩散降速过程,没有明显的恒速干燥阶段,结果与吴绍峰等 的魔芋热风干燥结论基本吻合。


(2) 将试验数据用 6 种经典数学模型进行非线性拟合,将平均相对误差 E、决定系数 R 2 、卡方 χ 2 和标准误差 e RMSE 作为评价标准对 6 种经典模型进行比较,结果表明最适合描述魔芋真空干燥过程的模型是三次多项式模型其平均相对误差为 6. 86%,将其与BP 神经网络模型进行比较得到魔芋真空干燥最佳模型为 BP 神 经 网 络 模 型。其 平 均 相 对 误 差 E为 1. 32%。




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