甜红椒薄层热风干燥特性研究*

李晓康，丁立利，段宗科，寇明杰

(甘肃省机械科学研究院 甘肃省农业机械工程技术研究中心， 甘肃 兰州 730030)

甜红椒薄层热风干燥特性研究*

李晓康，丁立利，段宗科，寇明杰

(甘肃省机械科学研究院 甘肃省农业机械工程技术研究中心， 甘肃 兰州 730030)

为了对甜红椒的热风干燥过程和装备参数提供参考依据，利用洞道式干燥装置在不同风温下干燥甜红椒，研究甜红椒的薄层干燥特性，分析试验数据得到不同风温下的干燥特性曲线。运用Origin8.0软件对试验数据进行有效的拟合，并做出甜红椒的干燥速率曲线。结果显示，在薄层干燥过程中，风温为95 ℃时，甜红椒的品质最佳，干燥过程相对最稳定。

甜红椒；薄层干燥；干燥特性

Abstract: In order to provide a theoretical foundation for hot-air drying process and equipment parameters of sweet paprika, the thin layer drying characteristics of Sweet Paprika under different wind temperature were studied by tunnel type drying device, and the drying property curves were obtained from the experimental data. Effective fits were conducted from experimental data and drying rate curves were obtained by using Origin8.0 software. The results show that during the thin layer drying process, sweet paprika can maintain the best quality and relatively stable drying process when the wind temperature is 95 ℃.

Key words: sweet paprika; thin layer drying; drying characteristics

0 引 言

目前，国内甜红椒干燥多以厢式为主，干燥品质不高，温度不易控制使甜红椒表面产生褐色，色泽不鲜[1]，且对甜红椒的热风干燥规律研究不够深入。薄层干燥[2-3]是果蔬加工中的一种干燥方式，它是将一定厚度的物料(不超过20 mm)表层充分暴露在干燥环境中进行干燥的形态，它是研究深床层干燥特性的基础。笔者通过对甜红椒薄层热风干燥特性及回归模型的研究，分析了热风干燥温度对甜红椒品质的影响和干燥特性规律，为甜红椒的热风干燥和设备运行参数提供理论依据和技术参考。

1 试验方案

1.1 试验材料

甜红椒：新鲜色红、无病斑、(湿基)含水率为92%的甜红椒为试验样品。实验前预先将甜椒切为10 mm×10 mm的方形块。

1.2 主要装置

洞道式干燥装置(DG100D型，浙江中控科教仪器设备有限公司)风机功率为370 W，电加热器功率为4.5 kW。如图1所示，快速水分测试仪(MA150型)等。

图1 洞道干燥装置流程图 1.风机 2.管道 3.进风口 4.加热器 5.厢式干燥器 6.气流均布器 7.称重传感器 8.料盘 9.玻璃视窗门 10、11、12.蝶阀 13.温度计

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

选新鲜色红的甜椒→沥干→切块(10 mm×10 mm)→干燥室温度恒定→均匀平铺于网式料盘上(料盘尺寸110 mm×110 mm)→称质量→干燥

选色泽红润、有规则形状且外表无破损的甜红椒，清洗后沥干切成10 mm×10 mm的规则块，取50 g物料置于料盘中进行干燥试验。干燥过程中温度不宜过高，干燥时间不宜过长，以勉影响甜红椒的干燥品质，因此考察温度在90 ℃、95 ℃和100 ℃下甜椒的干燥特性[4]。干燥初始阶段每隔30 s记录的干燥物料质量的变化情况，干燥后期根据物料变化将记录时间间隔加长，待质量无变化时，干燥结束。

1.3.2 试验测定指标与计算方法

(1) 初始含水率

甜红椒的初始含水率按照《食品中水分的测定》GB/T 5009.3-2010测定。

(2) 甜红椒的干基含水量

(1)

式中：Mt为在时刻t时红甜椒干基含水量，g水/g绝干物料；Gt′为在时刻t时红甜椒质量，g；G为甜红椒初始质量，g；c′为甜红椒初始的湿基含水量，%。

(3) 甜红椒的干燥速率

(2)

式中：U为甜红椒的干燥速率，g/(g·min)；A为干燥面积，m2；Δt为干燥间隔时间，min；ΔMt为时间间隔内干燥气化的水分量，g。

2 试验结果与分析

2.1 甜红椒的干燥特性

2.1.1 甜红椒的干燥曲线

图2 甜红椒干燥曲线

由图2可知，在薄层干燥中，干燥风速一定，干燥温度变化时，甜红椒含水率随着干燥时间的延长而降低，在干燥初始，含水率下降较快，之后下降速度变慢，在干燥即将终止时，下降速度趋于平缓。干燥热风温度在90 ℃～100 ℃范围变化时，热风温度越高干燥时间越短，在100 ℃时，甜红椒含水率从11.4降到0.17时需要的干燥时间为60 min，而在95℃和90 ℃时，需要的干燥时间基本相同，约为80 min，比100 ℃下慢1.35倍。

2.1.2 干甜红椒品质

图3为不同干燥温度下甜红椒的品质示图，其干品比较见表1。用热风干燥，干燥温度在100 ℃时，甜红椒品质比较差，在90 ℃时，干品甜红椒中夹杂一部分柔质，不易捻碎，相反，在95 ℃时，干品甜红椒质地脆红，清香中带有淡甜，较好地保持了原有的色泽。

图3 不同温度下干甜红椒品质

干燥温度(℃)色泽口感感官外质100暗红辣带苦味边缘卷起、面泽质硬95亮红辣而淡甜清香卷曲自然、面泽脆红90红润清辣柔甜卷起均匀、面泽带柔

2.2 甜红椒干燥特性曲线拟合分析

在工业生产或应用中，为了分析实验测得的数据或依据这些数据来预测或判断，需要将试验得到的数据拟合，以便得到一个反映事物规律的函数，将实验得到的不连续点运用最小二乘法，用多项式或经验获得数学模型形成一个新函数来逼近已知数据点，实际中常常运用直线和多项式拟合。

因甜红椒的薄层干燥速率曲线和含水率之间在恒速段呈线性关系，在降速段呈非线性关系[6]。

所以选择在干燥恒速段的直线回归模型为：

y=ax+b

(3)

式中：y为甜红椒的干基含水率，g为水/g绝干物料；x为甜红椒的干燥时间，min；a、b为待定系数。

降速段的多项式回归模型为：

y=B0+B1x+B2x2+…+Bnxn

(4)

式中：B0、B1、…Bn为0～n阶多项式系数。为了提高干燥方程回归模型的精确度，利用Origin8.0数据分析软件[5]对回归方程进行拟合。在不同温度下干燥恒速段和降速段的拟合方程分别如下：

恒速段拟合方程为：

90 ℃ ：y=-0.268657x+11.181259

R2=0.993496

95 ℃ :y=-0.297210x+11.133012

R2=0.992587

100 ℃ :y=-0.320923x+11.022519

R2=0.988656

降速段拟合方程为：

90℃:y= -0.000016x3+0.004056x2-0.376045x

+12.204864R2=0.998839

95 ℃:y= -0.000022x3+0.005327x2-0.436280x

+12.329125R2=0.998981

100 ℃:y= -0.000040x3+0.007537x2-0.513893x

+12.535975R2=0.999146

从拟合数据和相关系数R2可看出，干燥恒速段和降速段拟合的回归方程较好，拟合误差很小，回归系数高。

以上回归方程是甜红椒的干燥时间和干基含水率的拟合关系，为了更能直观地看出干燥速率与含水率的关系变化，特将时间与含水率曲线方程进行变换，如图4所示。

图4 甜红椒干燥特性曲线

从图4(a)中可看出，在薄层干燥初始，干燥拟合曲线呈线性，曲率恒定，干燥过程处于恒速段，随着干燥时间变化至15 min时，干燥曲线呈非线性，曲率逐渐变小，干燥过程处于降速段，接近干燥结束时，干燥曲线的曲率最小。从干燥时间与含水率的干燥曲线中得知，曲线曲率随干燥温度的升高而增大。

从图4(b)中可看出，拟合后的红甜椒干燥速率曲线，分恒速段和降速段两个干燥阶段，恒速段大概

持续了15 min左右，在干燥前期，干燥速率随温度的升高而增大，而在干燥后期(红甜椒干基含水率约小于4.2 g水/g干物料时)干燥速率随温度升高反而减小。在整个薄层干燥过程中，温度在95 ℃时干燥速率的变化相对较稳定，处于90 ℃～100 ℃。

3 结 语

(1) 甜红椒薄层热风干燥最佳的参数为：干燥风温95 ℃，干燥时间80 min。

(2) 在甜红椒的薄层试验中，干燥前期风温越高干燥速率越大，干燥后期则相反。

(3) 甜红椒不同温度下薄层干燥的特点，在干燥初期的15 min左右，甜椒干燥处于恒速段，然后大多数时间处于缓慢的降速段。在风温为95 ℃时，甜红椒的品质最佳，干燥过程相对稳定。

[1] 顾立一.味好美甜红椒项目食品安全风险[D].上海：华东理工大学，2013.

[2] 周代梁.油菜籽薄层干燥及其通风特性的试验研究[D].武汉：华中农业大学，2006.

[3] 刘 坤，卢周民，包 蓉，等. 红枣薄层干燥数学模型研究[J].食品科学，2011，32(15):80-83.

[4] 任世英. 四季豆渗透脱水及渗后热风干燥试验研究[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2012.

[5] 肖 信. Origin8.0实用教程-科技作图与数据分析[M].北京：中国电力出版社，2009.

[6] 张建军，王海霞，马永昌，等.辣椒热风干燥特性研究[J].农业工程学报，2008，24(3)：298-301.

Study of Thin Layer Hot-air Drying Characteristics for Sweet Paprika

LI Xiao-kang， DING Li-li， DUAN Zong-ke， KOU Ming-jie

(GansuAcademyofMechanicalSciencesGansu,ProvinceAgricultureMachineryEngineeringTechnologyResearchCenter,LanzhouGansu730030,China)

2014-07-20

甘肃省农产品干燥重点实验室专项资金资助(编号：1309RTSA037)

李晓康(1979-) 男，甘肃庆阳人，工程师，在读硕士，研究方向：农业机械及农产品干燥技术及装备研究。

S641.3

A

1007-4414(2014)04-0131-03