黃婷等

摘要[目的] 更好地調(diào)控蘿卜纓生產(chǎn)加工過程中工藝參數(shù)，進(jìn)一步研究蘿卜纓微波真空干燥的特性及其干燥過程的動力學(xué)模型。[方法]采用微波真空干燥技術(shù)對蘿卜纓進(jìn)行干制，通過對蘿卜纓微波真空干燥特性的研究，分析了微波功率、真空度和裝載量與干燥速率的關(guān)系，并根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別作不同微波功率、真空度和裝載量下的t與-lnMR 曲線和 lnt與ln（-lnMR）曲線，[結(jié)果]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，蘿卜纓的干燥過程大致可分為3個階段，加速期、恒速期和降速期。不同微波功率、真空度和裝載量下的t與-lnMR 曲線和 lnt 與ln（-lnMR）曲線顯示，前者呈非線性，后者呈線性，表明蘿卜纓的微波真空干燥動力學(xué)模型滿足Page方程。通過多元線性回歸分析，擬合方程顯著（P<0.05），擬合度良好，相關(guān)系數(shù)R2=0.93。最后經(jīng)驗(yàn)證，Page方程的預(yù)測值與實(shí)際值擬合良好。 [結(jié)論] 研究可為蘿卜纓的干燥提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞蘿卜纓；干燥；微波；真空；裝載量；動力學(xué)

中圖分類號S631.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2014）36-13024-04

Abstract[Objective] To regulate the technique parameters for radish leaves processing， further study features of radish leaves microwave vacuum drying and dynamics model. [Method] Through study on features of radish leaves microwave vacuum drying， the relationship between microwave power， vacuum degree， loadage and drying rate was analyzed. According to the test data， the t and -lnMR curves， lnt and ln（-lnMR） curves under different microwave power， vacuum degree and loadage were made respectively. [Result] The process of radish leaves drying can be roughly divided into three stages， acceleration period， the constant rate period and falling rate period. The t and -lnMR curves， lnt and ln（-lnMR） curves under different microwave power， vacuum degree and loadage showed that the former is nonlinear， and the latter is liner， namely， microwave vacuum drying process of radish leaves fitted Page equation dynamic model. Through multiple linear regression analysis， the equation is fitted well with the correlation coefficient R2 = 0.93 and significantly （P < 0.05）. Moreover， it was proved that the predicted data of the equation and the experimented data were nearly accordant. [Conclusion] The study can provide theoretical basis and scientific guidance for the radish leaves drying processing.

Key wordsRadish leaves； Drying； Microwave； Vacuum； Loadage； Dynamics

蘿卜的葉子，俗名蘿卜纓，是十字花科屬蘿卜的副產(chǎn)物，富含膳食纖維、維生素、微量元素等多種營養(yǎng)成分[1]，具有促進(jìn)胃腸蠕動、抗胃潰瘍等功效[2-3]，其營養(yǎng)價值遠(yuǎn)高于根。但蘿卜纓的營養(yǎng)價值并沒有得到足夠重視，加之蘿卜纓水分含量高，不耐儲存，常被丟棄，造成蘿卜纓資源的極大浪費(fèi)。因此當(dāng)前亟需開發(fā)蘿卜纓干燥技術(shù)，充分利用蘿卜纓資源，滿足消費(fèi)者對綠色、營養(yǎng)蔬菜的需求。

干燥是農(nóng)產(chǎn)品保藏的重要手段。當(dāng)前農(nóng)產(chǎn)品干燥生產(chǎn)中存在的2個重要問題是高能耗和產(chǎn)品品質(zhì)損失嚴(yán)重，獲得優(yōu)質(zhì)的干燥產(chǎn)品往往需要昂貴的設(shè)備和高能耗操作，如何以低能耗、低成本獲得更少營養(yǎng)損失、更高品質(zhì)的干燥產(chǎn)品，已成為當(dāng)前農(nóng)產(chǎn)品干燥的發(fā)展方向[4]。微波真空干燥將微波與真空技術(shù)相結(jié)合，綜合了微波快速均勻加熱和真空條件下水分快速蒸發(fā)的特點(diǎn)，干燥溫度低、速度快，減少能耗，并與氧氣隔絕，對被干燥物料原有營養(yǎng)成分、色香味的保留具有明顯優(yōu)勢[5]。目前，在微波真空干燥過程中尚無法實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測水分含量及溫度變化，不利于生產(chǎn)過程中各工藝參數(shù)的調(diào)控，因此建立物料微波真空干燥動力學(xué)模型對于干燥過程優(yōu)化和控制具有重要的理論指導(dǎo)意義。近年來，已有學(xué)者對大蒜[6]、羅非魚[7]、杏鮑菇[8]、黃秋葵[9]等產(chǎn)品的微波真空干燥特性及其動力學(xué)模型進(jìn)行了比較深入的研究，但未見微波真空干制蘿卜纓的文獻(xiàn)報道。

鑒于蘿卜纓營養(yǎng)豐富，但難于保藏和運(yùn)輸以及利用率極低的現(xiàn)狀，筆者擬對蘿卜纓微波真空干燥特性進(jìn)行研究，探討微波功率、真空度、裝載量對失水速率的影響，并建立蘿卜纓微波真空干燥的動力學(xué)模型，以期為蘿卜纓微波真空干燥過程的優(yōu)化和控制提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1原料。蘿卜纓，采自鎮(zhèn)江市左家湖農(nóng)家新鮮蘿卜的葉，選擇新鮮、葉形完整和無病蟲害的蘿卜纓，清洗，去梗，瀝干，切段備用。

1.1.2主要儀器設(shè)備。

BS224S型電子天平，賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；NJZ071 型真空微波實(shí)驗(yàn)爐（功率可調(diào)0～700 W、真空度可調(diào)0～0.09 MPa），南京杰全微波設(shè)備有限公司。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1蘿卜纓微波干燥流程。

原料→理料→清洗→去?！卸巍b盤→微波真空干燥。

1.2.3干燥方法。

取一定質(zhì)量的蘿卜纓，單層均勻平鋪于微波真空干燥箱的托盤內(nèi)，分別采用不同真空度、微波功率及裝載量進(jìn)行干燥，直至樣品含水率低于8%為止。干燥過程中，每隔一定時間間隔將蘿卜纓從干燥腔內(nèi)取出記錄樣品質(zhì)量，快速檢測其質(zhì)量變化，并換算成含水率，繪制含水率隨干燥時間變化的干燥曲線。

1.3數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用SPSS 15.0軟件進(jìn)行模型擬合和回歸分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同因素對蘿卜纓微波真空干燥特性的影響

2.1.1微波功率對蘿卜纓微波真空干燥特性的影響。

取100 g蘿卜纓，單層均勻平鋪于微波真空干燥箱的托盤內(nèi)，物料層厚度為10 mm，在真空度為0.08 MPa下進(jìn)行微波真空干燥，不同微波功率（100、200、300、400 W）對蘿卜纓的干燥曲線和失水速率變化的影響如圖1和2所示。

由圖1可見，隨著微波功率的增大，干燥曲線越陡峭，蘿卜纓干燥至相同含水率所需的時間越短。微波強(qiáng)度的適當(dāng)提高，可以有效增加傳質(zhì)和傳熱效率，大大縮短干燥時間（由100 W條件下的17 min縮短至400 W條件下的5 min）。由圖2可見，蘿卜纓微波真空干燥加速期極短，大量水分被迅速蒸去，很快達(dá)到最大干燥速度。在物料含水率相同的情況下，微波功率越大，蘿卜纓失水速度越快，當(dāng)微波功率為400 W時，物料失水速率在2 min內(nèi)達(dá)到16.8 g/min，隨后立即進(jìn)入降速干燥過程，整個過程無明顯恒速期。進(jìn)入干燥后期的物料中水分以比較難以除去的結(jié)合水為主，游離態(tài)水大量減少，致使物料內(nèi)部水分?jǐn)U散速度小于表面水分汽化速度，此時干燥速度主要由內(nèi)部水分?jǐn)U散速度決定，因此失水速率逐漸下降。

2.1.2真空度對蘿卜纓微波真空干燥特性的影響。

取100 g蘿卜纓單層均勻平鋪于微波真空干燥箱的托盤內(nèi)，物料層厚度為10 mm，微波功率100 W，分別在真空度為0.06、0.07、0.08、0.09 MPa下進(jìn)行微波真空干燥。

如圖3所示，真空度越高，干燥至相同含水量所需時間越短，真空度由0.06 MPa增大到0.09 MPa時，干燥時間縮短了2 min。真空度對失水速度的影響見圖4。由圖4可見，真空度越高，失水速度越大，且在很短時間內(nèi)達(dá)到最大失水速度，隨著物料含水率的不斷下降，剩余的水分不足以維持最大脫水速度，失水速度立即進(jìn)入降速期。該試驗(yàn)中真空度（0.06～0.09 MPa）對蘿卜纓干燥時間的影響不明顯，這可能是因?yàn)檎婵斩仍龃?，雖然降低了水的沸點(diǎn)，提高了水蒸氣的擴(kuò)散驅(qū)動力，有利于加快干燥速度，但真空度提高的同時也增加了水分的蒸發(fā)潛熱，導(dǎo)致干燥速度下降，二者相互作用的結(jié)果致使真空度對物料干燥時間的影響不顯著。

2.1.3裝載量對蘿卜纓微波真空干燥特性的影響。

分別取50、100、150、200 g蘿卜纓單層均勻平鋪于微波真空干燥箱的托盤內(nèi)，物料層厚度為10 mm，微波功率100 W，在真空度為0.08 MPa下進(jìn)行微波真空干燥。

由圖5可知，隨著蘿卜纓裝載量的增加，干燥時間延長。這是由于在微波功率相同的情況下，裝載量越大，單位質(zhì)量水分所吸收的微波能量越少，必然延長干燥時間。相反，裝載量越少，則干燥速率越快（圖6），不同裝載量的蘿卜纓的干燥速率都有升速、恒速和降速3個階段，裝載量越大恒速干燥階段的時間越長，失水速率變化越小。

2.2蘿卜纓微波真空干燥動力學(xué)模型研究

干燥動力學(xué)研究主要是對薄層干燥（20 mm 以下的物料層表面完全暴露在

相同的環(huán)境條件下進(jìn)行的干燥過程）曲線的進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬，得到薄層干燥模型[10]。建立薄層干燥模型具有重要的作用，可以預(yù)測不同干燥條件下任意時刻的含水率，掌握干燥過程變化的規(guī)律，進(jìn)而控制干燥過程[11]。

2.2.4動力學(xué)模型的驗(yàn)證。

選取微波功率200 W，真空度0.08 MPa，裝載量150 g進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，將該試驗(yàn)值與模型的預(yù)測值進(jìn)行比較。由圖10可知，回歸模型的預(yù)測曲線與實(shí)際值基本吻合，說明Page方程能較準(zhǔn)確地反映蘿卜纓微波真空干燥的水分變化規(guī)律，可以用來描述蘿卜纓微波真空干燥過程。

3結(jié)論

在該試驗(yàn)條件下，蘿卜纓微波真空干燥過程按失水速率大小可分為加速、恒速和降速3個干燥階段。其中加速干燥階段較短，恒速干燥階段以脫去細(xì)胞間的游離水為主，降速干燥階段以脫去物理結(jié)合水為主。微波功率與裝載量對蘿卜纓干燥速率具有較大影響，真空度對干燥速率的影響較小。蘿卜纓微波真空干燥的動力學(xué)模型滿足 Page 方程。經(jīng)試驗(yàn)證明，實(shí)測值與用該模型所求得的擬合值基本相符，該模型能正確反映蘿卜纓微波真空干燥規(guī)律，可較好地預(yù)測蘿卜纓微波真空干燥過程失水率的變化過程。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭一美，周福富.萊菔葉的藥效應(yīng)用及有效成分的提取分離研究[J].亞太傳統(tǒng)醫(yī)藥，2008（11）：49-50.

[2] GHAYUR M N，GILANI A H.Gastrointestinal stimulatory and uterotonic activities of dietary radish leaves extract are mediated through multiple pathways[J].Phytotherapy Research，2005，19（9）：750-755.

[3] DEVARAJ V C，KRISHNA B G，VISWANATHA G L，et al.Protective effect of leaves of Raphinus sativus Linn on experimentally induced gastric ulcers in rats[J].Saudi Pharmaceutical Journal，2011，19（3）：171-176.

[4] DEFRAEYE T.Advanced computational modelling for drying processes-A review[J].Applied Energy，2014，131：323-344.

[5] 張?jiān)鰩?，張寶善，羅喻紅，等.食品微波真空干燥研究進(jìn)展[J].食品工業(yè)科技，2012（23）：393-397.

[6] FIGIEL A.Drying kinetics and quality of vacuummicrowave dehydrated garlic cloves and slices[J].Journal of Food Engineering，2009，94（1）：98-104.

[7] 楊毅，段振華，徐成發(fā).羅非魚片真空微波干燥特性及其動力學(xué)研究[J].食品科技，2010（11）：101-104.

[8] 劉春泉，嚴(yán)啟梅，江寧，等.杏鮑菇真空微波干燥特性及動力學(xué)模型[J].核農(nóng)學(xué)報，2012（3）：494-499.

[9] 李婧怡，段振華，劉怡彤.黃秋葵真空微波干燥特性及其動力學(xué)研究[J].食品工業(yè)科技，2013（22）：285-289.

[10] 王寶和.干燥動力學(xué)研究綜述[J].干燥技術(shù)與設(shè)備，2009（2）：51-56.

[11] DA SILVA W P，SILVA CMDPS，GAMA F JA，et al.Mathematical models to describe thinlayer drying and to determine drying rate of whole bananas[J].Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences，2014，13（1）：67-74.

[12] 劉坤，魯周民，包蓉，等.紅棗薄層干燥數(shù)學(xué)模型研究[J].食品科學(xué)，2011（15）：80-83.

[13] KOUA K B，F(xiàn)ASSINOU W F.Mathematical modelling of the thin layer solar drying of banana，mango and cassava[J].Energy，2009，34（10）：1594-1602.

[14] CALNSNCHEZ ，SZUMNY A，F(xiàn)IGIEL A，et al.Effects of vacuum level and microwave power on rosemary volatile composition during vacuummicrowave drying[J].Journal of Food Engineering，2011，103（2）：219-227.