1、胡萝卜微波真空干燥试验研究胡光华 1 张进疆 1 王喜鹏 2（1 广东省农产品干燥加工重点实验室 广州市 510630；2 东北大学化工机械系 沈阳 110004）摘 要：微波真空干燥利用微波快速均匀加热,并在真空条件下使水分蒸发 ,是综合了微波干燥和真空干燥各自优点的一项新技术，在果蔬干燥加工中有着广泛应用前景，因此，很有必要对它的工作参数进行研究。试验以胡萝卜为原料，采用均匀设计对微波真空干燥机的主要参数：微波功率、干燥温度及料层厚度进行试验研究，分析各试验条件下水分含量及胡萝卜素含量，得到干燥曲线和胡萝卜素保有量曲线，分别得出胡萝卜失水量、胡萝卜素含量与各因素之间的回归方程用于描述胡萝卜
2、的微波真空干燥特性。关键词：胡萝卜 微波真空干燥 均匀设计 引言农产品富含各种维生素等有益物质，传统的农产品干燥加工，由于干燥温度高，极易造成营养成分的分解流失，加工后的产品外观质量差。微波干燥作为新的干燥形式，与传统干燥方式相比，具有干燥时间短、加热均匀性好、热效率高的特点，在真空环境下，由于水的沸点较低，可使食品保持在较低的干燥温度下，有利于保存食品中维生素等营养成分，利用微波真空技术对农产品进行干燥加工是今后的发展趋势。本文通过对胡萝卜丝进行微波真空干燥试验，得出其失水规律，并建立微波真空干燥胡萝卜数学模型，得出各指标的回归方程，进行参数综合优化，提出了真空微波干燥参数的较佳组合，以供读
3、者参考。 试验装置与试验方法2.1 设备与仪器 真空微波干燥设备（真空度可达 6000Pa8000Pa） 、 红外线水分测定仪、054SWZD 30MA红外线测温探头、 电子秤、胡萝卜素测定仪器（分光光度计、旋转蒸发器等）KBTC12.2 试验方法测出物料的平均初始水分含量。微波功率选择 、 、 、1800 ,将胡萝卜丝w601w4平铺在在干燥机内转动的物料托盘上进行干燥，干燥室内的真空度为 6000Pa8000Pa。干燥过程中定时称重，计算干燥过程中胡萝卜丝的水分含量，至湿基含水量10时停止干燥。温度由置于托盘上方的红外线测温探头测得。胡萝卜素含量用纸层析法测定，测定后的值统一换算成湿基含水
4、为8%时的含量。 试验方案设计和结果在试验方案设计时，考虑到需要考察三因素四水平，如果用全组合（4 364）共 64 次试验；如果用正交表 L16（4 5）设计，需要 16 次试验；均匀试验设计对于多水平试验，可以大大减少试验次数，节约人工与费用。根据均匀设计 1.0 软件提供的试验方案，可以选择 U5（5 3）U 10*（10 8）均匀设计试验表。综合考虑试验次数和回归方程的可靠性，选择 U8*（8 5）的 1、3、4 列，试验次数为 8 次，把四水平重复一次，得优化均匀试验方案表 1，表 1 均匀试验方案表水平因素1 2 3 4 5 6 7 81 1 2 3 4 1 2 3 42 4 4
5、3 3 2 2 1 13 3 1 3 1 4 2 4 2本试验的三因素四水平的划分按表 2 处理：表 2 三因素四水平表因素(X)水平(y)X1 干燥温度（） X2 料层厚度（mm） X3 微波功率（w）1 40 10 6002 50 20 10003 60 30 14004 70 40 1800.首先，对胡萝卜进行刨丝处理,不作热烫处理。记录初始质量，开始按方案表中试验条件设置参数，进行烘干到终干水分（10w.b. ）含水率结束，并记录终干质量。得到试验结果见表 3 ：表 3 试验结果表序号 干燥温度 （） 料层厚度 （mm） 微波功率 （w） 单位失水量 （g/h） 胡萝卜素含量（m g/
6、100g）1 40 40 1400 642.2 14.782 50 40 600 482.3 15.693 60 30 1400 652.6 16.344 70 30 600 467.3 17.535 40 20 1800 687.8 18.626 50 20 1000 578.8 20.787 60 10 1800 672.4 23.198 70 10 1000 556.2 24.23 试验结果分析4.1 回归模型运用 SPSS 10.0 统计分析工具对数据进行处理，进行正交回归和显著性检验，去除不显著项，得出两指标回归方程如下：y=267.923+0.398X3-9.35*10-5X32
7、其中相关系数R0.993，F 值为 188.659，回归系数显著。观测值与拟合值误差非常小，准确度高。见表 4。表 4 回归方程预测效果表观测值 拟合值 误差1 642.2 641.863 0.0525%2 482.3 473.063 2.0160%3 652.6 641.863 1.6728%4 467.3 473.063 -1.2182 %5 687.8 681.383 0.9418%6 578.8 572.423 1.1140%7 672.4 681.383 -1.3183%8 556.2 572.423 -2.8341%胡萝卜素含量与各因素关系y=31.371-0.596X2-0.00
8、159X3+5.775*10-3X22 其中相关系数 R0.996 ，F 值为 187.152，回归系数显著。观测值与拟合值误差非常小，准确度高。见表 5。表 5 回归方程预测效果表观测值 拟合值 误差1 14.78 14.545 1.6157%2 15.69 15.817 -0.8029%3 16.34 16.462 -0.7441%4 17.53 17.734 -1.1531%5 18.62 18.899 -1.4763%6 20.78 20.171 3.0192%7 23.19 23.127 0.2746%8 24.23 24.398 -0.6906%4.2 小时失水量及胡萝卜素含量影响
9、因素分析微 波 功 率 的 影 响400450500550600650700400 900 1400 1900微 波 功 率 （ w）小时失水量（g）微 波 功 率 对 胡 萝 卜 素 含 量 的 影 响20222426283032500 1000 1500 2000微 波 功 率 （ w）胡萝卜素含量（mg）图一：小时失水量微波功率 图二：胡萝卜素含量微波功率由回归方程式可知，在实验条件下（真空度为 6000Pa8000Pa） ，影响小时脱水量的唯一因素是干燥功率。这是因为在此实验条件下，水分的蒸发温度很低，在实验过程中可以观察到物料的表面温度基本上都在 40以下，由于干燥温度对于小时失水无
10、显著影响，因此，对于农副产品的干燥加工，只要干燥温度不严重影响物料的干燥品质，可以适当降低真空度以节约能耗。而厚度不同主要是影响总的失水量，相对功率而言，对小时失水量的影响也不大，由图一可知，小时失水量随功率的增大而增加，变化曲线接近于直线。由回归方程式可知，实验条件下影响胡萝卜素含量的主要因素为料层厚度和微波功率。为了考察这两因素各自对胡萝卜素含量的影响，分别将它们置为零，得到相应的变化曲线，如图二及图三所示。由图二可知，随着微波功率的增加，胡萝卜素含量随之呈直线下降，但与图二相比，变化的幅度较小。由图三可以看出，随着料层厚度的增加，干后物料的胡萝卜素含量急剧减少，这是由于随着料层厚度的增加
11、，物料所需的干燥时间增加导致对胡萝卜素破坏时间增加所致。因此，对于胡萝卜的微波真空干燥，可以适当增加微波干燥功率以减少干燥时间，提高胡萝卜素的保有率。厚 度 对 胡 萝 卜 素 含 量 的 影 响10152025300 10 20 30 40 50厚 度 （ mm）胡萝卜素含量（mg）图三：胡萝卜素含量厚度 结论微波真空干燥可以大大降低物料的干燥温度，有助于被干燥物料营养成分的保留。由回归方程可知，干燥温度对于小时失水量无显著影响，因此，对于农副产品的干燥加工，只要干燥温度不严重影响物料的干燥品质，可以适当降低真空度以节约能耗。根据本试验研究，对于胡萝卜的微波真空干燥加工，可以适当增加微波干燥功率以减少干燥时间，提高胡萝卜素的保有率。本试验使用的均匀设计试验方案，试验次数少，水平设点均匀，回归方程可靠度高，预测准确度高。参考文献1 汤大卫、张天使微波真空干燥技术的运用与前景 591医药工程设计杂志 2000,21(5)2 王玉方、均匀设计基础教程【EB/OL】. http:/wangyufang_ 2003。3 余建英、何旭宏 数据统计分析与 SPSS 应用 人民邮电出版社出版社 20034 张国琛、毛志怀等 微波真空干燥扇贝柱的物理和感观特性研究 农业工程学报 第 20 卷第 3 期 2004 年 5 月
