香蕉预冻过程传热性能及真空冷冻干燥工艺优化研究

发布时间：2022-02-11 03:15

　　中国是农业大国,农产品种类繁多,果品总产量居世界第一,其中香蕉的保质期短,容易腐烂且不易运输,每年因保存不当造成大量浪费。干燥被认为是延长香蕉储存时间的好方法。早期运用自然能源（太阳能或风能等）对香蕉片进行自然干燥,其能耗较低,但生产效率及产品质量较差,且受限于季节和气候条件。然而,人工干燥技术不受气候限制,且干燥时间短。目前,常采用的香蕉干燥方法有:油炸、热风干燥、微波干燥等,但都存在着产品形态差、风味差及营养成分严重流失的质量问题。在果蔬干燥领域中,真空冷冻干燥（简称冻干）被认为是获得优质干制品的最佳方法,但存在能耗高的缺点,因此,开展冻干香蕉兼顾能耗和品质的减损研究具有重要意义。为提高香蕉真空冷冻干燥效率,在获取香蕉各物性参数的基础之上,采用FLUENT数值模拟软件对香蕉预冻过程传热特性进行研究,为准确预测预冻时间提供参考;同时,分析真空冷冻干燥机理,研究了真空冷冻干燥工艺参数对干燥时间及产品品质的影响,通过单因素实验及正交实验得出干燥时间短、能耗低、品质优的最佳工艺参数组合。本文主要研究工作及研究成果如下:（1）通过经验公式计算及实验研究,确定了香蕉热物性参数,为其预冻过程数值... 

【文章来源】：哈尔滨商业大学黑龙江省

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

水的三相图

哈尔滨商业大学硕士学位论文-2-真空冷冻干燥（简称冻干）是在低温环境中将湿物料冻结至其共晶点温度以下，使物料内部的自由水完全固化成冰，然后在一定的压力下，通过对已固化的物料加热，使冰晶直接升华为水蒸气而被除去，从而获得干燥制品的技术[6-7]。其机理是依据水的三相变化，即在不同温度条件下，水存在气、液、固3种状态，在一定压力条件下，对固态冰加热，可使其直接转化为气态，水的三相图如图1-1所示[8]。OA表示水蒸气与冰两相共存时压强与温度的关系、OB表示冰与水两相共存时压强与温度的关系、OC表示水与水蒸气两相共存时压强与温度之间的关系[9]。其中，三条曲线的交点O为固、液、汽三相共存的状态点，称为三相点，其所对应的温度为273.16K，压力为611Pa。若冰的压力维持在低于611Pa，并持续加热，冰就会不经过液态直接变为气态，这个过程称为升华过程，真空冷冻干燥技术就是应用该原理，物料首先在低温环境下冻结成固态，然后在真空状态下使水分由固态升华为气态，最终使物料脱水，从而获得脱水干制品。图1-1水的三相图（2）真空冷冻干燥工艺的基本过程为：预冻过程、升华干燥过程、解析干燥过程，其具体的工艺流程如图1-2所示。图1-2真空冷冻干燥工艺流程图a.预冻过程冻结湿物料是真空冷冻干燥的预备操作，因此也被称为预冻。在此过程中，将物料放入冻干室或其他冷冻设备内，使其自由水完全固化，通过预冻，可使物料在干燥后保

哈尔滨商业大学硕士学位论文-10-2香蕉热物性的计算及实验研究真空冷冻干燥（简称冻干）共有三个步骤，分别为预冻、升华干燥、解析干燥。首先，将香蕉冷冻至其共晶点温度以下，使其内部自由水完全冻结，此阶段为预冻。预冻结束后进行升华干燥，此时搁板温度升高，且冻干室内维持低压状态，目的是为冰晶升华提供热量及动力，该阶段能够去除香蕉内部的自由水。最后阶段的解析干燥能够去除香蕉内部的结合水，最终将含水率控制在5%以下。在香蕉的真空冷冻干燥过程中，香蕉的物性参数贯穿始终。因此，计算及测定香蕉的物性参具有重要意义。2.1实验材料及仪器实验材料为无机械损伤的新鲜香蕉，购买于当地市常实验中所用到的仪器如下：（1）差示扫描量热仪：德国耐驰公司型号：DSC204F1温度范围：–180~700℃温度误差<±0.1℃热焓偏差：±0.1%（2）精密电子天平：美国华志公司型号：PTX-FA1004测量范围：0~100g读数精度：0.1mg线性误差：±0.2mg（3）导热系数测量仪：西安夏溪电子科技有限公司型号：TC3000E测量范围：0.001~10W/(m·K)准确度：±3%测量时间：1~20s（4）真空干燥箱：上海南荣实验设备有限公司型号：DZX6020B控温范围：RT+10℃~250℃真空度<60Pa温度波动性：±1℃上述实验仪器如图2-1至2-4所示。图2-1德国NETZSCHDSC204F1实验装置图2-2电子天平

【参考文献】：
期刊论文
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[2]响应面法优化黑蒜片真空冷冻干燥工艺研究[J]. 宿时,李宗泽,王贺.  中国调味品. 2019(10)
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[5]食品真空冷冻干燥工艺及其强化研究[J]. 陈云海.  食品安全导刊. 2019(18)
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博士论文
[1]人参真空冷冻干燥工艺参数试验研究[D]. 郭树国.沈阳农业大学 2012

硕士论文
[1]蚕豆在冷冻及干燥过程的传热传质分析[D]. 张子涵.天津商业大学 2019
[2]冻干保存中相变传热过程的数值仿真研究[D]. 马青.电子科技大学 2018
[3]黄秋葵真空冷冻干燥的工艺研究[D]. 董秀丽.合肥工业大学 2016
[4]对虾冷冻过程的温度分析及其数值模拟[D]. 杨小梅.浙江大学 2014
[5]纸质文献水溶液脱酸保护中真空冷冻干燥试验研究[D]. 詹艳平.南京师范大学 2014
[6]大容量人血小板冷冻干燥保存的研究[D]. 周正.浙江大学 2012
[7]低能耗真空冷冻干燥技术与过程参数的研究[D]. 姚智华.山西农业大学 2003



本文编号：3619772