西兰花干燥案例研究
新鲜西兰花(芸苔甘蓝)购自土耳其伊兹密尔当地市场。24小时内处理完毕。西兰花样品用水清洗，然后用滤纸将西兰花表面多余的水分去除。之后，花椰菜的小花被分开。
花椰菜小花在一个干燥的热泵由土耳其伊兹密尔市Ege大学工程学院机械工程系设计和建造的输送机干燥机，如图15.1所示。干燥系统主要由两部分组成:(1)热泵和(2)干燥室。空气通过热泵系统加热，该系统包括一台涡旋压缩机、两台冷凝器(一台内冷凝器和一台外冷凝器)、膨胀阀、蒸发器和热回收单元，空气温度由控制单元控制。热泵系统采用R407C作制冷剂。干燥风量由风机和风机调速单元调节，干燥空气循环。干燥室尺寸为3米× 1米× 1米，干燥物料由电机驱动的输送带系统移动。
15.2.1干燥程序和测量
当烘干机达到稳定状态后，西兰花小花被铺在几个托盘上，薄薄的一层落在传送带上。分别在干燥空气温度为45℃、50℃、55℃、干燥风速为0.5 m/s、1.0 m/s、1.5 m/s的条件下进行干燥实验。
期间每隔30分钟记录水分损失干燥过程用于测定干燥曲线。样品水分含量测定采用真空烘箱法(AOAC, 1990)。以湿法测定西兰花小花样品初始含水率为86.44%。本研究中使用的花椰菜小花的成分见表15.1 (Anon.， 2008)。
组件 |
量(%) |
水 |
86.44 |
蛋白质 |
2.91 |
石油 |
0.38 |
碳水化合物 |
6.69 |
纤维 |
2.68 |
灰 |
0.90 |
在干燥室中分别使用耐用的湿度探头(Testo, 0636.2140, Freiburg, Germany)、叶片/温度探头(Testo, 0635.9540, Freiburg, Germany)、用于插入式叶片探头的专业伸缩手柄(Testo, 0430.0941, Freiburg, Germany)测量湿度、温度和速度。每10分钟在进、出口孔记录干燥空气温度、速度和相对湿度。干燥材料的表面温度由红外测温仪(Testo 525-T2，激光瞄准红外测温仪)测量。用数字式万用表(METEX ME-32)测量干燥过程中干燥室壁温度。使用数字天平(Scaltec SBA 61, Goettingen, Germany)测量样品在干燥实验中的失重。测量并记录了环境温度和相对湿度。制冷剂的压力和温度分别用压力探头(Testo，低/高压探头，0638.01941)和表面温度探头(Testo，温度探头，0628.0019)测量。使用多功能仪器(Testo 350-XL/454，控制单元，Freiburg, Germany)和记录仪观察和记录所有测量值。的原理图干燥过程和测量结果如图15.1所示。
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- 图15.1热泵输送干燥机系统示意图。
15.2.2测定热性能食物和干燥的空气
食品材料的比热已经通过几种方法进行了实验测定，包括混合物法、保护板法和使用差示扫描量热计(Choi和Okos, 1986;辛格,1992)。Choi和Okos(1986)提出了以下食物比热模型:
纯组分的比热为
C = CWXW + cpxp + CfXf + CcXc + CfiXfi + CashXash (15.2)
Cw = 4.1762 - 9.0864 x 10 -5 T + 5.4731 x 10 -6 T2用于水(15.3)
蛋白质Cp = 2.0082 + 1.2089 x 10-3 T - 1.3129 x 10-6T2 (15.4)
Cf = 1.9842 + 1.4733 x 10-3T - 4.8008 x 10-6 T2脂肪(15.5)Cc = 1.5488 + 1.9625 x 10-3T - 5.9399 x 10-6 T2碳水化合物(15.6)
Cfl = 1.8459 + 1.8306 x 10-3 T - 4.6509 x 10-6 T2光纤(15.7)
现金= 1.0926 + 1.8896 × 10 -3 T - 3.6817 × 10 -6 T2 for ash (15.8)
式中T为食物的温度;比热和温度的单位分别为kJ/kg oC和oC。本研究中使用的花椰菜的成分见表15.1。
上述理论模型是基于组合比例的。由于(1)组分相比热随来源或来源的不同而变化，(2)结合水或未冻结水的比热与本体水不同，(3)组分相相互作用导致的超额比热(Rahman, 1995)，实验值与上述模型存在偏差。
干燥空气的焓可以写成
hda = CPdaT + 0hsat @ T (15.9)
其中CPda定义了干燥空气的比热，T是干燥空气的温度，O
比湿度，和(电子邮件保护)是饱和蒸汽的焓。
西兰花的焓可以用比热表示为(Rahman, 1995)
h = Z hiXi = ZJ"CtXt dT (15.10)
其中h为各食物组分的焓，Xt为各食物组分的质量分数。
西兰花的比熵为(Syahrul et al.， 2002)
Sm1 - Sm0 = Cm1 ln(Tm1 / Tmc) (15.11)
sm2 -sm0 = Cm2ln(Tm2/Tm0) (15.12)
其中Tm0为参考温度，本研究取23oC, Tm2为食品温度，单位为oC。
为了评估湿空气的熵，在混合物温度和组分分压下，确定混合物中各组分的贡献(Syahrul et al, 2002):
sda = sa - Ra ln P + wp0
15.2.3能量和火用平衡方程
对于一般的稳态、稳流过程，应用四个平衡方程来计算功和热的相互作用、火用减少率、不可逆性、能量和火用效率(Kotas, 1985)。一般能量平衡可以表示为
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