1、檳榔芋屬天南星科,多年生草本植,具有豐富的營養(yǎng)價值。芋的深加工研究受到了廣泛的關(guān)注。本試驗先對檳榔芋真空冷凍干燥過程幾個關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行研究,包括預(yù)凍溫度、升華界面最高限制溫度、冷凍干燥終點(diǎn)的判斷、冷凍干燥溫度的控制,初步確定檳榔芋冷凍干燥基本工藝流程;再通過單因數(shù)試驗結(jié)合傳熱傳質(zhì)理論分析,確定影響干燥速率、物料收縮率以及物料復(fù)水值等指標(biāo)的因素;接下來對指標(biāo)影響因素進(jìn)行優(yōu)化組合試驗,建立以各指標(biāo)為基準(zhǔn)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型,同時確立最佳工藝;最后對冷

2、凍干燥動力學(xué)進(jìn)行研究,以期為檳榔芋冷凍干燥工藝提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)參考。
　　 首先,本試驗研究對檳榔芋真空冷凍干燥過程的幾個關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行研究。發(fā)現(xiàn)檳榔芋的共晶點(diǎn)溫度為-28℃、共熔點(diǎn)溫度為-23℃,考慮生產(chǎn)試驗操作中溫度的損耗,物料預(yù)凍溫度設(shè)置為-40℃,在升華階段控制物料溫度不超過-23℃;由于凍干機(jī)為間歇式,采用溫度趨近法對物料干燥終點(diǎn)判斷;通過對檳榔芋溫度控制凍干曲線的分析,采用在物料升華階段,盡量控制升華界面的溫度接近但又

3、不超過共熔點(diǎn)溫度,在物料解吸干燥階段,盡量提高溫度,但物料最高限制溫度不超過80℃。由以上初步確定冷凍干燥的基本工藝流程。
　　 其次,本試驗研究了影響檳榔芋真空冷凍干燥過程的主要工藝參數(shù)。通過對工藝參數(shù)(干燥室絕對壓力、升華加熱溫度、物料厚度)和指標(biāo)(干燥速率、體積收縮率及復(fù)水值)的曲線回歸方程以及表示離散度大小R2的分析,發(fā)現(xiàn)解吸加熱溫度對各指標(biāo)的影響均很小,從能耗上考慮,選擇解吸加熱溫度固定為60℃。而其他因素對干燥速率、

4、體積收縮率及復(fù)水值等指標(biāo)的影響足顯著的。
　　 再次,本實(shí)驗利用二次回歸通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計試驗,得出了檳榔芋真空冷凍干燥過程中各工藝參數(shù)(絕對壓力x1、升華加熱溫度x2、物料厚度x3)同主要指標(biāo)(真空冷凍干燥速率y1,、物料體積收縮率y2、物料復(fù)水值y3)問的動態(tài)數(shù)學(xué)模擬關(guān)系,在α=0.05顯著水平上剔除不顯著的因素項后,建立以各指標(biāo)為基準(zhǔn)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型,如下:
　　 y1=0.70873+0.02125 x1+0.023

5、5 x2-0.02538 x3-0.01565 x12-0.0105 x22
　　 y2=21.9907+0.82902 x1-0.2228 x2-0.66706 x3-0.58217 x12-0.61399 x22-0.54681 x32+0.1251 x1x3+0.15 x2x3
　　 y3=0.54649+0.02107 x1-0.00612 x2+0.01714 x3-0.01356 x12-0.01533 x2

6、2-0.01536 x32
　　 同時確定以真空冷凍干燥速率為指標(biāo),檳榔芋真空冷凍干燥的優(yōu)化工藝參數(shù)為絕對壓力為110 Pa,升華加熱溫度為37.5℃,物料厚度為3 mm;以物料體積收縮率為指標(biāo)的優(yōu)化工藝參,絕對壓力為10 Pa,升華加熱溫度為15℃,物料厚度為3 mm。以物料復(fù)水值為指標(biāo)優(yōu)化工藝參數(shù),絕對壓力為105 Pa,升華加熱溫度為34℃,物料厚度為5.5 mm。
　　 最后,選用干燥動力學(xué)上最常用的經(jīng)典擴(kuò)散模型

7、、指數(shù)模型和Page方程分別進(jìn)行分析研究,選擇最優(yōu)的動力學(xué)模型指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。通過對這三種模型在不同厚度、不同升華溫度、不同絕對壓力下的方程線性關(guān)系比較,發(fā)現(xiàn)t-In(MR)曲線和Int-In(-InMR)曲線的線性方程R2值均接近于1,所擬合的趨勢線均很可靠。但I(xiàn)nt-In(-lnMR)曲線的線性方程R2值均更為接近1,說明Page方程更適合作為檳榔芋真空冷凍干燥的動力學(xué)模型;最后得到檳榔芋真空冷凍干燥動力學(xué)模型。即MR=e-riN,其