黄瓜冷冻干燥工艺优化研究_代宏哲
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表 1 正交试验因素及其水平表
因素
加热板 温度 ℃
水平 1 48
厚度 mm
7
真空 度 Pa
28
冷阱温 度℃
- 50
水平 2 50
8
30
- 52
水平 3 52
9
32
- 55
图 5 冷阱温度对冻干时间影响
·64·
榆 林 学 院 学 报 2009年第 4期 (总第 81期 )
为保证黄瓜全部冻结加热板温度对冻干的影响分析当加热板温度较低时由于热通量较小物料的底部温度及界面温度都很低与物料的共熔点温度有一定差距面温度很低时传质推动力小使干燥时间增长提高加热板温度增加热通量物料的界面温度上传质推动力提高加快了水蒸气的逸出速度干燥时间有所减少如图动力增加的比例小于传质阻力增加的比例所以质的综合效果是传质速率下降使干燥时间延长
(责任编辑 :王瑞斌 )
The Study on Vacuum Freeze D ry ing Technology of Cucum ber
DA I Hong - zhe1 , FEN G Q i2
(1. School of Chem istry and Chem ical Engineering, Yulin University, Yulin 719000, Shaanxi; 2. Yulin Supervision and Checking Station for Product Quality, Yulin, 719000, Shaanxi)
2
1
3 18. 5
误 差 0. 03
2
实验 9 3
3
2
1 1400 20. 367
3 结论
均值 2 20. 500 20. 433 20. 200 20. 400
对黄瓜的共晶点进行了测定 , 其值为 - 26. 5℃。
均值 3 18. 433 20. 933 20. 433 20. 267 极 差 3. 667 1. 266 0. 233 0. 133
(4)冷阱温度对冻干的影响试验 。将预冷过的 黄瓜片 (厚度 8mm )分别以 1. 0℃ /m in的降温速度 冻结至 - 38℃,直至黄瓜片完全冻结 。然后分别在 30 Pa的绝对压力下干燥 , 加热板温度为 50℃, 冷 阱温度分别为 - 45 ℃, - 50 ℃, - 55℃, - 60℃。 3 结果与讨论 3. 1 黄瓜共晶点 黄瓜电阻随温度的变化曲线如图 1所示 。可以看出 ,在初期 - 5 ～ - 25℃之间 , 温度 对电阻几乎没有变化 。这个期间是冰晶或溶质不断 析出 , 共晶溶液逐渐形成的阶段 , 溶液中只有部分 发生固化 。因此 , 固液混合体的导电能力表现出同 完全液体一样的电阻 。而随着温度的下降 , 黄瓜内
收稿日期 : 2009—03—05 作者简介 :代宏哲 (1974—) ,陕西蓝田人 ,助教 ,硕士 ,研究方向 :物质提纯分离 。 E - m ail: daihongzhe@126. com
代宏哲 ,冯 琦 :黄瓜冷冻干燥工艺优化研究
部的水分大多转变为冰晶 ,电阻值突然增大 。这一 区域对应的温度范围就是共晶点温度范围 。为保证 黄瓜全部冻结 , 常取这个范围的下限作为共晶点温 度 ,即黄瓜的共晶点温度为 - 26. 5 ℃。 3. 2 加热板温度对冻干的影响分析 当加热板温度 较低时 ,由于热通量较小 ,物料的底部温度及界面温 度都很低 ,与物料的共熔点温度有一定差距 。当界 面温度很低时 ,传质推动力小 ,使干燥时间增长 。此 时 ,提高加热板温度增加热通量 ,物料的界面温度上 升 ,传质推动力提高 ,加快了水蒸气的逸出速度 ,因 此 ,干燥时间有所减少 ,如图 2。
因素
表 2 正交实验直观分析表
加热板 厚度 真空 冷阱温 冻干 温度 ℃ mm 度 Pa 度 ℃ 时间
因素
表 3 正交实验直观分析表
偏差 平方和
自由度
F比 P临界值
实验 1 1
1
1
1 21. 5
热板温度 20. 276 2 699. 172 19. 000
实验 2 1
2
2
2 22. 1
实验 3 1
3
摘 要 :采用电阻法测量了黄瓜的共晶点 ,其值为 - 26. 5 ℃。进行了单因素和正交实验 ,确定了冻干工 艺最优参数 :加热板温度为 50℃、枣片厚度 8mm、真空压力 30Pa、冷阱温度 - 50℃。 关键词 :黄瓜 ; 冷冻干燥 ; 共晶点温度 中图分类号 : TS205. 1 文献标识码 : A 文章编号 : 1008 - 3871 (2009) 04 - 0062 - 03
3
3 22. 7
厚 度 2. 442
2 84. 207 19. 000
实验 4 2
1
2
3 19. 6
实验 5 2
2
3
1 20. 7
真空压力 0. 096
2
3. 310 19. 000
实验 6 2
3
1
2 21. 2
冷阱温度 0. 029
2
1. 000 19. 000
实验 7 3
1
3
2 17. 9
实验 8 3
式中 : m1 为干物料质量 , g; m0为复水后物料质 量 , g。 2. 3 黄瓜共晶点测量 将黄瓜洗净切片后 ,用两根 铜导线作为电极从左右两侧穿进黄瓜 ,导线的另外 两端分别与万用表的两支电笔相连 。再将黄瓜和导 线一起放进冻干箱 ,开启压缩机对黄瓜进行预冻 ,观 察万用表的读数 。当万用表的指针偏转至无穷大时 记下此时的物料温度 。 2. 4 黄瓜冷冻干燥单因素实验 ( 1 )加热板温度对
Abstract:A set of experim ents designed by the single factor test and the orthogonal test was carried out on a lab scale vacuum - freeze dryer in this paper, and the eutectic point of cucumber m easured by the electric resistance was - 26. 5 ℃. The analysis of the experimental results showed that the op timum technical conditions of the freeze - drying as follow: heating temperature of shell was 50℃, the samp le layer thickness was 8mm , the hothouse p res2 sure was 35Pa. , and freeze temperature was - 50℃. Key words: cucum ber; freeze - drying; eutectic temperature.
[ 2 ]许敦复 ,郑效东. 冷冻干燥技术与冻干机 [M ]. 北京 :化学工业出版社 , 2005.
[ 3 ]成 坚 ,王 琴 ,曾庆孝. 冷冻干燥速率的强化措施 [ J ]. 食品科学 , 1999, (5) : 18 - 19.
[ 4 ]高福成. 冻干食品 [M ]. 北京 :中国轻工业出版社 , 1998.
冻干的影响试验 。将预冷过的黄瓜片 (厚度 8mm ) 以 1. 0℃ /m in的降温速度冻结至 - 38℃,直至黄瓜 片完全冻结 。然后在 30 Pa的绝对压力下干燥 , 加 热板温度分别为 35℃, 40℃, 45℃, 50℃, 55℃;冷阱 温度 - 50 ℃。
(2)黄瓜片厚度对冻干的影响试验 。将预冷过 的黄瓜片 (厚度分别为 7mm , 8mm , 9mm , 10mm ) 以 1. 0℃ /m in的降温速度冻结至 - 38℃,直至黄瓜片 完全冻结 。然后在 30 Pa的绝对压力下干燥 , 加热 板温度为 50℃, 冷阱温度 - 50 ℃。
(3)真空压力对冻干的影响试验 。将预冷过的 黄瓜片 (厚度 8mm )分别以 1. 0℃ /m in的降温速度 冻结至 - 38℃,直至黄瓜片完全冻结 。然后分别在 24 Pa , 26 Pa , 30 Pa, 32 Pa, 35 Pa, 37 Pa的绝对压力 下干燥 , 加热板温度为 50℃, 冷阱温度 - 50 ℃。
3. 5 冷阱温度对冻干的影响分析 如图 5 所示 ,冷 阱温度高于 - 50℃时 ,随着冷阱温度的降低 ,冷冻时 间较快的缩减 ,但当冷阱温度低于 - 50℃以后 ,冷冻 时间随着冷阱温度的降低变化较小 。因为温度越低 越有利于水汽的凝结 。但冷阱温度越低时 ,对应的 平衡水蒸气压的变化越小 。维持过低的冷阱温度意 味着要消耗更多的冷冻功 ,此时对冻干过程带来的 益处也许还抵不上维持过低的冷阱温度所耗的功 。 3. 6 黄瓜冻干正交实验 根据单因素实验 ,选取加 热板温度 、黄瓜片厚度 、真空压力 、冷阱温度四个参 数做 L9 (3) 4 正交实验 ,正交试验结果及分析参见表 1 - 表 3。可以看出 ,真空压力 、厚度对产品品质影 响较显著 。
·63·
动力增加的比例小于传质阻力增加的比例 ,所以 ,传 质的综合效果是传质速率下降 ,使干燥时间延长 。
3. 3 黄瓜片厚度对冻干的影响分析 如图 3 所示 , 物料厚度的增加 ,加重了冻干负荷 ,增大了冷冻层与 干燥层的平均传热阻力和水蒸气从升华界面逸出的 平均传质阻力 ,从而使传到升华界面的热量及水蒸 气的逸出速率减小 ,干燥时间大幅度增加 。 3. 4 真空压力对冻干的影响分析 由图 4 可见 ,随 着压强的不断增加 ,干燥时间先缓慢下降 ,然后又缓 慢上升 ,在压强处于 30Pa左右时 ,升华干燥时间最 短 。这是因为当压强提高到这一压强之前 ,物料的 界面温度一直维持上升 ,在此过程中 ,界面的水蒸气 分压和传质推动力一直在增大 ,保证了整个升华干 燥过程传质推动力增加的比例大于传质阻力增加的 比例 ,因此使干燥时间缩短 。当压强超过这一压强 时 ,因为物料的有效导热系数增加较少 ,而传质阻力 增加较多 ,虽然界面温度上升导致物料界面水蒸气 分压增大 ,进而增大了传质推动力 ,但是此时传质推
黄瓜 (市售新鲜品 ) ; LGJ 一 50 型冷冻干燥机 (北京四环科学仪器厂 ) ;电子分析天平 (北京塞多 利斯天平有限公司 ) ; 低温冰箱 (青岛海尔有限公 司 ) ; M F500 - B 型万用表 (上海第四电表厂 ) 。 2 试验方法 2. 1 黄瓜冻干工艺流程
2. 2 复水比测定 将冻干后的黄瓜称重 ,用开水冲 泡 ,再称重 ,并计算其复水比 : r = m1 / m0。
通过单因素和正交试验 , 确定了各种因素对黄瓜冻 干的影响情况 ,并确定了参数最优取值 :加热板温度 为 50℃、枣片厚度 8mm、真空压力 30Pa、冷阱温度 -
50℃。
参考文献 :
[ 1 ]赵鹤皋 ,郑效东 ,黄良瑾 ,等. 冷冻干燥技术与设备 [M ]. 武汉 :华中科技大学出版社 , 2005.
黄瓜在我国已有近几千年历史 ,一直是百姓喜 爱的传统食品 。然而 ,新鲜黄瓜在储藏 、运输等方面 存在诸多不便 。本研究运用冷冻干燥技术对黄瓜进 行了试验 ,制成了能在常温下长期储藏且销售时质 量好 、口感好的方便即食黄瓜 ,确定了冻干黄瓜的制 作配方及工艺 ,以期能有效的指导实际生产 。 1 材料与仪器
2009年 7月 第 19卷 第 4期
榆林学院学报 JOURNAL OF YUL IN UN IVERSITY
July. 2009 Vol. 19 No. 4
黄瓜冷冻干燥工艺优化研究
代宏哲 1 ,冯 琦 2
(1 榆林学院 化学与化工学院 ,陕西 榆林 719000; 2 榆林市产品质量监督检验所 ,陕西 榆林 719000)
因素
加热板 温度 ℃
水平 1 48
厚度 mm
7
真空 度 Pa
28
冷阱温 度℃
- 50
水平 2 50
8
30
- 52
水平 3 52
9
32
- 55
图 5 冷阱温度对冻干时间影响
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榆 林 学 院 学 报 2009年第 4期 (总第 81期 )
为保证黄瓜全部冻结加热板温度对冻干的影响分析当加热板温度较低时由于热通量较小物料的底部温度及界面温度都很低与物料的共熔点温度有一定差距面温度很低时传质推动力小使干燥时间增长提高加热板温度增加热通量物料的界面温度上传质推动力提高加快了水蒸气的逸出速度干燥时间有所减少如图动力增加的比例小于传质阻力增加的比例所以质的综合效果是传质速率下降使干燥时间延长
(责任编辑 :王瑞斌 )
The Study on Vacuum Freeze D ry ing Technology of Cucum ber
DA I Hong - zhe1 , FEN G Q i2
(1. School of Chem istry and Chem ical Engineering, Yulin University, Yulin 719000, Shaanxi; 2. Yulin Supervision and Checking Station for Product Quality, Yulin, 719000, Shaanxi)
2
1
3 18. 5
误 差 0. 03
2
实验 9 3
3
2
1 1400 20. 367
3 结论
均值 2 20. 500 20. 433 20. 200 20. 400
对黄瓜的共晶点进行了测定 , 其值为 - 26. 5℃。
均值 3 18. 433 20. 933 20. 433 20. 267 极 差 3. 667 1. 266 0. 233 0. 133
(4)冷阱温度对冻干的影响试验 。将预冷过的 黄瓜片 (厚度 8mm )分别以 1. 0℃ /m in的降温速度 冻结至 - 38℃,直至黄瓜片完全冻结 。然后分别在 30 Pa的绝对压力下干燥 , 加热板温度为 50℃, 冷 阱温度分别为 - 45 ℃, - 50 ℃, - 55℃, - 60℃。 3 结果与讨论 3. 1 黄瓜共晶点 黄瓜电阻随温度的变化曲线如图 1所示 。可以看出 ,在初期 - 5 ～ - 25℃之间 , 温度 对电阻几乎没有变化 。这个期间是冰晶或溶质不断 析出 , 共晶溶液逐渐形成的阶段 , 溶液中只有部分 发生固化 。因此 , 固液混合体的导电能力表现出同 完全液体一样的电阻 。而随着温度的下降 , 黄瓜内
收稿日期 : 2009—03—05 作者简介 :代宏哲 (1974—) ,陕西蓝田人 ,助教 ,硕士 ,研究方向 :物质提纯分离 。 E - m ail: daihongzhe@126. com
代宏哲 ,冯 琦 :黄瓜冷冻干燥工艺优化研究
部的水分大多转变为冰晶 ,电阻值突然增大 。这一 区域对应的温度范围就是共晶点温度范围 。为保证 黄瓜全部冻结 , 常取这个范围的下限作为共晶点温 度 ,即黄瓜的共晶点温度为 - 26. 5 ℃。 3. 2 加热板温度对冻干的影响分析 当加热板温度 较低时 ,由于热通量较小 ,物料的底部温度及界面温 度都很低 ,与物料的共熔点温度有一定差距 。当界 面温度很低时 ,传质推动力小 ,使干燥时间增长 。此 时 ,提高加热板温度增加热通量 ,物料的界面温度上 升 ,传质推动力提高 ,加快了水蒸气的逸出速度 ,因 此 ,干燥时间有所减少 ,如图 2。
因素
表 2 正交实验直观分析表
加热板 厚度 真空 冷阱温 冻干 温度 ℃ mm 度 Pa 度 ℃ 时间
因素
表 3 正交实验直观分析表
偏差 平方和
自由度
F比 P临界值
实验 1 1
1
1
1 21. 5
热板温度 20. 276 2 699. 172 19. 000
实验 2 1
2
2
2 22. 1
实验 3 1
3
摘 要 :采用电阻法测量了黄瓜的共晶点 ,其值为 - 26. 5 ℃。进行了单因素和正交实验 ,确定了冻干工 艺最优参数 :加热板温度为 50℃、枣片厚度 8mm、真空压力 30Pa、冷阱温度 - 50℃。 关键词 :黄瓜 ; 冷冻干燥 ; 共晶点温度 中图分类号 : TS205. 1 文献标识码 : A 文章编号 : 1008 - 3871 (2009) 04 - 0062 - 03
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厚 度 2. 442
2 84. 207 19. 000
实验 4 2
1
2
3 19. 6
实验 5 2
2
3
1 20. 7
真空压力 0. 096
2
3. 310 19. 000
实验 6 2
3
1
2 21. 2
冷阱温度 0. 029
2
1. 000 19. 000
实验 7 3
1
3
2 17. 9
实验 8 3
式中 : m1 为干物料质量 , g; m0为复水后物料质 量 , g。 2. 3 黄瓜共晶点测量 将黄瓜洗净切片后 ,用两根 铜导线作为电极从左右两侧穿进黄瓜 ,导线的另外 两端分别与万用表的两支电笔相连 。再将黄瓜和导 线一起放进冻干箱 ,开启压缩机对黄瓜进行预冻 ,观 察万用表的读数 。当万用表的指针偏转至无穷大时 记下此时的物料温度 。 2. 4 黄瓜冷冻干燥单因素实验 ( 1 )加热板温度对
Abstract:A set of experim ents designed by the single factor test and the orthogonal test was carried out on a lab scale vacuum - freeze dryer in this paper, and the eutectic point of cucumber m easured by the electric resistance was - 26. 5 ℃. The analysis of the experimental results showed that the op timum technical conditions of the freeze - drying as follow: heating temperature of shell was 50℃, the samp le layer thickness was 8mm , the hothouse p res2 sure was 35Pa. , and freeze temperature was - 50℃. Key words: cucum ber; freeze - drying; eutectic temperature.
[ 2 ]许敦复 ,郑效东. 冷冻干燥技术与冻干机 [M ]. 北京 :化学工业出版社 , 2005.
[ 3 ]成 坚 ,王 琴 ,曾庆孝. 冷冻干燥速率的强化措施 [ J ]. 食品科学 , 1999, (5) : 18 - 19.
[ 4 ]高福成. 冻干食品 [M ]. 北京 :中国轻工业出版社 , 1998.
冻干的影响试验 。将预冷过的黄瓜片 (厚度 8mm ) 以 1. 0℃ /m in的降温速度冻结至 - 38℃,直至黄瓜 片完全冻结 。然后在 30 Pa的绝对压力下干燥 , 加 热板温度分别为 35℃, 40℃, 45℃, 50℃, 55℃;冷阱 温度 - 50 ℃。
(2)黄瓜片厚度对冻干的影响试验 。将预冷过 的黄瓜片 (厚度分别为 7mm , 8mm , 9mm , 10mm ) 以 1. 0℃ /m in的降温速度冻结至 - 38℃,直至黄瓜片 完全冻结 。然后在 30 Pa的绝对压力下干燥 , 加热 板温度为 50℃, 冷阱温度 - 50 ℃。
(3)真空压力对冻干的影响试验 。将预冷过的 黄瓜片 (厚度 8mm )分别以 1. 0℃ /m in的降温速度 冻结至 - 38℃,直至黄瓜片完全冻结 。然后分别在 24 Pa , 26 Pa , 30 Pa, 32 Pa, 35 Pa, 37 Pa的绝对压力 下干燥 , 加热板温度为 50℃, 冷阱温度 - 50 ℃。
3. 5 冷阱温度对冻干的影响分析 如图 5 所示 ,冷 阱温度高于 - 50℃时 ,随着冷阱温度的降低 ,冷冻时 间较快的缩减 ,但当冷阱温度低于 - 50℃以后 ,冷冻 时间随着冷阱温度的降低变化较小 。因为温度越低 越有利于水汽的凝结 。但冷阱温度越低时 ,对应的 平衡水蒸气压的变化越小 。维持过低的冷阱温度意 味着要消耗更多的冷冻功 ,此时对冻干过程带来的 益处也许还抵不上维持过低的冷阱温度所耗的功 。 3. 6 黄瓜冻干正交实验 根据单因素实验 ,选取加 热板温度 、黄瓜片厚度 、真空压力 、冷阱温度四个参 数做 L9 (3) 4 正交实验 ,正交试验结果及分析参见表 1 - 表 3。可以看出 ,真空压力 、厚度对产品品质影 响较显著 。
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动力增加的比例小于传质阻力增加的比例 ,所以 ,传 质的综合效果是传质速率下降 ,使干燥时间延长 。
3. 3 黄瓜片厚度对冻干的影响分析 如图 3 所示 , 物料厚度的增加 ,加重了冻干负荷 ,增大了冷冻层与 干燥层的平均传热阻力和水蒸气从升华界面逸出的 平均传质阻力 ,从而使传到升华界面的热量及水蒸 气的逸出速率减小 ,干燥时间大幅度增加 。 3. 4 真空压力对冻干的影响分析 由图 4 可见 ,随 着压强的不断增加 ,干燥时间先缓慢下降 ,然后又缓 慢上升 ,在压强处于 30Pa左右时 ,升华干燥时间最 短 。这是因为当压强提高到这一压强之前 ,物料的 界面温度一直维持上升 ,在此过程中 ,界面的水蒸气 分压和传质推动力一直在增大 ,保证了整个升华干 燥过程传质推动力增加的比例大于传质阻力增加的 比例 ,因此使干燥时间缩短 。当压强超过这一压强 时 ,因为物料的有效导热系数增加较少 ,而传质阻力 增加较多 ,虽然界面温度上升导致物料界面水蒸气 分压增大 ,进而增大了传质推动力 ,但是此时传质推
黄瓜 (市售新鲜品 ) ; LGJ 一 50 型冷冻干燥机 (北京四环科学仪器厂 ) ;电子分析天平 (北京塞多 利斯天平有限公司 ) ; 低温冰箱 (青岛海尔有限公 司 ) ; M F500 - B 型万用表 (上海第四电表厂 ) 。 2 试验方法 2. 1 黄瓜冻干工艺流程
2. 2 复水比测定 将冻干后的黄瓜称重 ,用开水冲 泡 ,再称重 ,并计算其复水比 : r = m1 / m0。
通过单因素和正交试验 , 确定了各种因素对黄瓜冻 干的影响情况 ,并确定了参数最优取值 :加热板温度 为 50℃、枣片厚度 8mm、真空压力 30Pa、冷阱温度 -
50℃。
参考文献 :
[ 1 ]赵鹤皋 ,郑效东 ,黄良瑾 ,等. 冷冻干燥技术与设备 [M ]. 武汉 :华中科技大学出版社 , 2005.
黄瓜在我国已有近几千年历史 ,一直是百姓喜 爱的传统食品 。然而 ,新鲜黄瓜在储藏 、运输等方面 存在诸多不便 。本研究运用冷冻干燥技术对黄瓜进 行了试验 ,制成了能在常温下长期储藏且销售时质 量好 、口感好的方便即食黄瓜 ,确定了冻干黄瓜的制 作配方及工艺 ,以期能有效的指导实际生产 。 1 材料与仪器
2009年 7月 第 19卷 第 4期
榆林学院学报 JOURNAL OF YUL IN UN IVERSITY
July. 2009 Vol. 19 No. 4
黄瓜冷冻干燥工艺优化研究
代宏哲 1 ,冯 琦 2
(1 榆林学院 化学与化工学院 ,陕西 榆林 719000; 2 榆林市产品质量监督检验所 ,陕西 榆林 719000)