怀山药微波冷冻干燥（MFD）过程的孔道演变特性及调控

发布时间：2020-03-29 17:49

【摘要】：怀山药又称薯蓣(Dioscorea opposita Thunb),是一种极佳的食疗品,它对人体心脑血管疾病有特殊的预防作用,食用还可保护人体胃部。新鲜怀山药不易贮藏,因此,对其进行干燥显得非常有必要。热风干燥(Hot-air drying,AD)经济适用性高,但产品营养物质的严重损失使得产品往往达不到预期的要求。冷冻干燥(Freeze drying,FD)减低了产品的营养流失,可获得最高质量的产品,但同时也被认为是最昂贵的干燥方法。为了降低成本,可在真空下利用微波加热预冻好的物料,这就是微波真空冷冻干燥(Microwave vacuum freeze drying,MFD)。与FD相比,MFD干燥速度快,产品质量较好,具有替代FD的潜力。因此,本文采用微波冷冻干燥对怀山药进行干燥,研究其干燥过程中的水分迁移、孔道形态和干燥品质的变化,为怀山药微波冷冻干燥过程的品质调控提供理论基础。主要结论如下:1.对怀山药微波真空冷冻干燥过程的水分扩散特性的研究发现,怀山药干燥过程中存在升速干燥和降速干燥,恒速过程不明显。在MFD干燥过程中,自由度高的水分向自由度低的水分转化,结合水的含量总体呈现先降低后升高的趋势,且干燥终了结合水的含量比干燥开始时要明显增大。不同微波功率密度下怀山药干燥过程的有效水分扩散系数变化范围在1.129×10~(-9)~5.439×10~(-9) m~2/s之间。随着干燥的进行,怀山药的有效水分扩散系数D_(eff)值逐步降低。2.对怀山药微波真空冷冻干燥过程的孔道结构演变的研究发现,干燥过程中闭孔孔隙首先产生,闭孔孔隙增多的同时转变为开孔孔隙,开孔孔隙率逐渐增加。一般来说,切片厚度较小、微波功率密度较高时可获得较高的孔隙率,但微波功率密度较大、切片较薄时,容易出现焦化、表面崩裂的现象,微波功率密度较低、切片较厚时,不易达到干燥终点,因此需选择合适的微波功率密度和切片厚度进行干燥。怀山药的总孔隙率、孔隙体积和闭孔孔隙受体积收缩影响较大,在干0~60 min略有下降,60 min后重新上升;开孔孔隙率呈现一直上升的趋势,微波功率密度越高开孔孔隙率越高。整个干燥过程中怀山药的孔隙孔径基本在10~10~6 nm范围内,中值孔径先增大-再减小-再增大。3.基于孔隙率变化行为的怀山药干燥品质的研究表明,怀山药的脆性随干燥时间的延长而增大,硬度随干燥时间的延长而增大,到达最大值后基本保持不变。干燥结束时,0.125、0.225和0.370 W/g的感官评分模糊矩阵的峰值分别为0.3,0.375和0.333,这意味着合适的微波功率密度可以产生更好的产品质量,过高的微波功率密度可能会降低消费者对产品的接受度。怀山药的脆性与水分含量有关,硬度主要取决于孔隙率和水分含量。建立的脆性模型为y=A_1+(A_2-A_1)/(1+10~(((logx0-x)p))),R~20.99;硬度回归模型的拟合程度较好,可以较好的描述怀山药的质构品质变化。4.预处理能够较为有效的缩短干燥周期,并获得较高的开孔孔隙率,但同时也会增强对物料细胞结构的损伤。渗透预处理、漂烫预处理、超声预处理的开孔孔隙率分别约为未处理样品组的1.23、1.98、1.92倍。超声预处理可获得最理想的孔隙网络结构,物料内部孔隙网络结构呈现均匀的海绵状,漂烫预处理的孔隙网络结构疏松度次之,渗透预处理样品组的孔隙网络结构疏松度最小,孔隙轮廓相对不清晰,大孔隙和闭孔孔隙较多,孔隙表现为不规则的蜂窝状。
【学位授予单位】：河南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS218

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