全 文 ：1 9 9 2 年 1 2月 农 业 机 械 学 报 第 23 卷 第 4 期
高含水率刀豆 、 茄子和青椒
的等温解吸规律 ’
张 愁 王成芝 崔成东 滕 冰
【摘要】 对高含水率刀豆 (普通浓度 、 高浓度预处理和未预处理 ) 、 茄子和青椒 (普通浓度 预
处理 ) 进行了静态下平衡含水率 ( E M c ) 的测定试验 (在 40 OC 、 60 ” C和 80 O C的解吸环境温度 ,
5 % 一 8 %的相对湿度下 ) , 得出了其反映平衡含水率与温湿度关系的等温解吸曲线 , 讨论 了 温
湿度 、 预处理及种类对平衡含水率影响的规律 。 并对普通浓度预处理刀豆选择了最适宜 的 平衡
含水率模型 :
关键词
E M C =
I n ( 1一 R H )
一 a T
1
6
, 确定了其模型系数为 : “ 二 0 . 6 3 ,
刀豆 , 茄子 , 青椒 , 等温解吸 , 平衡含水率
解吸过程中的平衡含水率是热力干燥过程中的一个重要的基础性指标 , 它是建立干燥模
型所必不可少的重要参数 。 而等温解吸曲线对确立合理的干燥工艺具有重要的指导价值 。
1 试验材料 、 设备及方法
所用刀豆 、 茄子和青椒均来自东北农学院园艺站 , 其品种分别为东北常见的水豆角 、 长
茄一号和哈椒一号 。 采用静态称重技术来确定 E M c 。 根据不同的工艺要求对物料进行 不 同
的预处理 , 用刀 切 碎 备 用 。 试验在康维皿内进行 。 康维皿分内室和外室两部分 , 在外室中
放置不同饱和盐溶液以产生不同的平衡相对湿度 ( E R H ) , 见表 1 〔1〕。 在内室中放入约 2 9
捣 碎 备用的 物 料 , 密封后置于调定温度的烘箱中 , 平衡时间依 次 为 : 1天 (8 0℃ ) 、 2 天
( 60
O
)C 和 3 天 ( 40 O c ) , 以两小时间隔内重量变化在 l m g 以内为准 。 每个试验均 有一 次 重
复 。
所用天平为西德产 s a r t 。 r i us , 精度为 士 o . l m g ; 烘箱采用沈阳市红旗试验设备 厂 制 造
的 D F H 7型 , 功率 3 . k7 w , 温度 3 0 士 I OC ; 测初始含水率所用真空干燥箱为 : 大连第四仪表
厂生产的 6 6 5型 , 功率 6 6 0w , 真空度 10 . 1 3 x l o ` P a , 温度为 。 ~ Z 0 0 0C , 精度士 z o e 。
试验指标为干基平衡含水率 ( E M )C
E M C
= ( G
, 一 G ; ) / G 。 = ( 1 + ?
。
) ` , / G 。 一 1
式中 试— 物料初始重量 ; 。— 物料解吸 f 时刻重量 ; 弘— 物料干基初始水 分 ; G g一一物料的干物质重量 。
* 国家 自然科学青年基金及黑龙江省科委资助项 目
张 悠 东北农学院农业工程系 博士 , 1 5 0 0 30 哈尔滨市香坊区
王成芝 东北农学院农业工程系 教授
崔成东 东北农学院食 品系副主任 副教授
膝 冰 东北农学院中心实验 室 实验师
第 4 期 高含水率刀豆 、 茄子和青椒的等温解吸规律
裹 1 几种保持恒定湿度溶液的平衡相对湿度值 ( % )
T a b住e 1 E q u i l i b r云。 m r e l a t i v e h u m i d i t y w i t h d i f f e r e n t s o l u t i o n s f o r m a l n t a i n i n g
e o n s t a n t h u m i d i t y
所用药品 4 0 OC 6 0℃ 8 0℃
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ùlIn甘
.…氏J,1,土六曰J.止勺白口K O HL I C I · H 2 0K F · 2 H 2 0
M g C 1 2
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·
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6
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0
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8
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0
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.
4
6 1
。
5
7 4
。
7
8 1
。
7
8 8
。
0
4 9
,
9
5 9
. 3
7 4
,
9
8 0
.
7
8 2
。
0
5 0
.
0
5 8
。
9
7 6
。
4
7 9
。
5
2 试验结果及分析
3 种物料及其不同的预处理的等温解吸曲线分别见图 1 ~ 图 5 。 所采用的预处理及其相
应的初始水分分别为 , 普通浓度预处 理刀豆 : 1% N : H C o 。 , 1 0 ℃烫漂 8二 in , ,一 1 3 09 . 3 %
( d
.
b
.
) , 高浓度预处理 刀 豆 : 1 5% 糊 精 , 1 0 0 o e 烫 漂 s m i n , ? 。 = 1 2 3 0 . 2% ( d . b . ) ;
未预处理刀豆 : , 。 = 1 3 98 . 。% ( d . b . ) , 普通浓度预处理茄 子 : 0 . 1% N o H S aO , 烫漂 6 o in ,
畔户ē日énnU,d自1火八.启P袂à勺芝阅价书妞ō橄吝,一 1 8 2 9 . 1% ( d . b . 为 普通 浓 度 预 处 理 青 椒 : 1%N a H C o : , 烫漂 3 o i n , 甲。 二 17 3 1 . 5% ( d . b . ) 。由图 1~ 图5可看出 , 随着温度的升高 , 其 E M c 也随之下降 , 等温解吸曲线呈反 s 形状 , R H 在 30 % ~ 60 %范围 内
曲线斜度较小 , 即随着 R H 变化 E M C 变化不大 。
刀豆预处理的不同带来了等温解吸曲线的差异 , 从图 1
一图 3 来看 , 3 种不同处理中 , 40 OC和 60 “ C时差异 不 太 明
显 , 而在 80 ℃时 , 普通浓度预处理的 E M C 最低 , 未处 理
的次之 , 高浓度预处理的最高 。
种类带来的差异也相当明显 。 从图 1 、 图 4 和图 5 可
知 , 青椒的 E M C最低 , 茄子的次之 (与青椒相差不大 ) ,
图 1
F i g
·
20 4 0 6 0 8 0湿 度R H `写 )
普通浓度预处理刀豆等温解吸曲线
T h e i s o t h e r nt
a l d e s o r P毛i o n
C U t V e S
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e o m m o n P r e t r e a t m
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图 2
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2
二
w o r d b e a n s
2 0 4 0 (30 8 0
湿度尸H ( % )
高浓度预处理刀豆等温解吸曲线
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u n d e r h i g h e o n e e n t r a t i o n P , e t r e a t m
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图 3
3
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i异 )变R ll (% )
未预处理刀豆的等温解吸曲线
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农 业 机 械 学 报 1 9 9 2 年
刀豆的最高 。
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ǎ .只P次)ùà运叫辞关如卜拯一 2 0 ` T 一 8 0口 C。
T
二
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一
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. T ~ 6 0℃
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了显度R H ( % )
2 0 4 0 6 0 8 0
湿度 R H ( % )
.
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图 4 普通浓度预处理茄子等温解 吸曲线
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·
4 T h e i s o t h e r m
a l d e s o r P t i o n e u r v e s o f
图 5
F 19
·
普通浓度预处理青椒等温解吸曲线
5 T h e i s o t h e r m
a l d e s o r P t i o n e u r v e s .
e g g p l a n t s u n d e r e o m m o n P r e t r e a t m
e n t s o f s w e e t P e P P e r s u n d e r e o m m o n
P r e t f e a t m e D 遥
3 讨论
3
.
1 沮湿度对平衡含水率的影晌
根据物理化学中 B . E . T 多 分子吸附层理论 (该 理 论 要 求 测 试 的 参数较多 , 得 出的
模型系数很难确定 , 故一般仅用作定性解释 ) , 食品表面吸附单分子层后 , 由于气体分 子 本
身的相互吸引力 , 还可以发生多分子层的吸附 。 这里第一层吸附是气体 ( 指水蒸气 ) 分子与
固体表面直接发生联系 , 而第二层 以后各层的吸附则是相同水分 子 之 间 的 相 互 作 用。 在
E R H = o %一 60 %的范围内 , 食品中 E M c 、 E R H , 单分子层水分覆盖值及 B . E . T 常数间的关
一 、 , _ _ _ _ , , , _ _ _ _ _ , _ _ _ 、 「1 2 10 0 _ 、 1、 , 、 . a , b系为 : E M C 一 ` 」/笼( ` 一 E R H / ` 0 0 , ` l言(亩赤一 一 ` )十 ` 」} , 式中 , c =舜` 言· ` Q`一 Q , ` ’ r
为 B . E . T 常数 ; m ,为食品吸附水分第一单层覆盖值 ; a , 、 b l分别为第一层水 分子吸附速度
和解吸速度的比例常数 ; a 、 6 分别为第二层起以后各层水分子吸附速度和解吸速度的比例
常数 ; Q l及 Q分别为第一层及第二层起以后各层水分子的吸附热 , 它接近于水分 子 的 凝 聚
热 ; R 为气体常数 ; T 为绝对温度 。
由上式可看出 , 当 E R H 大时 , 上式分母变小 , 则 E M c 变大 , 食品解吸的水分就 少 ;
当环境温度 ( T ) 下降时 , 常数 c 增大 , 上式分母变小 , 食品解吸的水分也少 。
在我国 , 脱水蔬菜生产季节一般在夏季 , 这季节的特点是气温较 高 ( 20 一 30 Oc ) , 环 境
相对湿度也较高 ( 60 %~ 80 % ) , 一般烘温在 60 一 80 O c , 由湿空 气 的 I 一 d 图〔 3〕可知 , 这时
烘干机内的小环境 R H 二 4% ~ 12 % , 再从图 1 ~ 图 5中可看出 , 在这范围内 , 刀豆 3 种预 处理
和 3 种不同物料的 E M c 均在 8% ( d . b . ) 以下 , 且在烘温偏 高 限 (8 O℃ ) 及 R H 偏低限
(4 % ) 时 E M c 可控制在 5%以下 。 这说明干制这 3 种物料时在普通的工艺条件下能烘到要
求的安全水分 (一般为 8% ) 。
3
.
2 预处理和物料种类对平衡含水率的影响
烫漂预处理是大多数蔬菜原料干制工艺所必不可少的先行过程 。 它对保持脱水产品的营
养成分 、 色素 、 风味物质以及控制褐变和外观具有重要的意义 〔吐〕 。 但预处理过程同时 破 坏
细胞组织 , 使细胞 内的原生质发生凝固 、 失水 , 造成质壁分离 , 细胞膜透性 加 大 〔 5〕 , 这对
E M c 有很大影响 。
第 4 期 高含水率刀豆 、 茄子和青椒的等温解 吸规律 39
高浓度预处理能使渗入细胞中的添加剂增多 , 首先引起初始含水率的下降 (渗透脱水 ) ,
这时可设想为细胞 内一部分水分被添加剂以某种形式 “ 结合 ” 在细胞 内 , 极不易被脱去 , 因
此产生高浓度预处理的 E M c 比低浓度的要高的现象 , 与本文图 1和图 2 中水豆角在 80 “ C 下的
等温解吸曲线的结果相吻合 。 从工艺上看 , 生产 “ 半干半潮 ” 食品〔“ 〕的依据也在 于 此 , 即
高浓度预处理后能在同样的水活度 。 。 ( R H 1/ 0 0) 下得到较高的安全水分。
由于未预处理的物料细胞结构 (如 : 细胞膜 ) 尚未变化 , 以及细胞膜的阻碍 、 “ 过滤 ”
作用 , 使脱水反比低浓度预处理困难 , 因此其 E 材 c 也比低浓度预处理的偏大 , 本文 图 1 和
图 3 水豆角在 80 Oc 下的等温解吸曲线可证实这一点 。
品种上的差异也能导致 E M c 的不同 。 本文中刀豆属豆类 , 而茄子和青椒属茄果 类 。 豆
类一般有外皮和内豆 , 为了保证生产率同时又不致使产品品质下降 , 脱水生产中往往使内豆
占一定比例 (如 : 在脱水刀豆中占10 % ~ 20 % ) 。 由于外皮和内豆的细胞结构各不 相 同 , 水
分分布也不均匀 。 内豆的结构较为紧密 , 排湿的有效面积小 , 故失水较困难 , 而茄果类的细
胞结构一般分布较均匀 , 结构也较疏松 , 排湿的有效面积大 , 故脱水较易。 本文图 1 ~ 图 5
中的等温解吸曲线对比证实了上述分析。
3
.
3 平衡含水率模型
目前描述 E M c 的常见模型有 4 种 〔7 〕 ( 表 2 ) 。 H e n d e r s on 模型是早期最著名的农 产品
E M c 模型 , 为了研究玉米干燥的模拟 , T h 。。 P s o n 对 H e n d o r s o n 模型的温度项增 加了另一
常数 , 把原方程修改成 H e n de r s o n 一 T 五。 m P s o n 模型 ; c h u n g 一 P f o s t 模型是假设在吸附自 由
能的变化与 E M c 有关的前提下建立起来的 ; 而 M 。 id f i e d一 H 。 l s e y 模型则是为描述多层凝聚
作用而发展起来的 。
裹 2 4 种常见的 E M c摸型
T a b】e 2 F o o r c o m m o n m o d e } 5 f o r E M C
模 型 名 E M C 模 型
1
。
H
e n d e r s o n
( H
e o d e r s o n , 1 9 5 2 )
2
.
C 五u n g一 P f o s t
( c 卜u n g a n d P f o s t , 1 9 6 7 )
3
.
M
o d i f i e d H
a
l
s e y
( L g l
e s 主a s e t . , 1 97 6 )
4
.
H
e n d e r g o n 一 T h o m P s o n
( T h o m P s
o n , 19 7 2 )
二 , 。俨冤黔〕` ’ “ ’
: , e =子 l· l里男黔〕
二 , 。 二
!男翁笋 l` ’ “ ’
二 , 。找兴丫恶 }“ ` “ ’
注 : a 、 b 、 c 为模型常数 , E M C为千基含水率 , R H 为相应的相对湿度 , T 为绝对温度 。
本文为了探讨上述模型对蔬菜物料的适合性 , 特对图 1 中普通浓度预处理 刀 豆 进 行了
E M c 模型比较 。 为了比较 , 本文采用 3 个指标 : 回归方程的 F 值 , (复 ) 相关 系 数 R 以及
剩余标准差 刀 。 比较结果见表 3 。 从表 s 可知 , H e n d e r s o n 模型最适宜 , 而 M o d i f i e d H a l -
se y 模型拟合最差 。 因此 , 可确定普通浓度预处理 刀 豆 的 E M c 模 型 为
E M C = 〔I n ( 1 一 R H ) / ( 一 0 . 6 3 T ) 〕’ ` 2 · 7 7
农 业 机 械 学 报 1 9 9 2 年
表 3 普通浓度预处理刀豆的 E M c 模型比较
T a b l e 3 C o m P a r i s o n o f d i f f e r e n t E M c m o d e ls f o r s w o r d b e a n s w i t h
c o m m o n p r e t r e a t m e n t
模 型 名
H e n d e r s o n
C h u n g 一 P f o s t
M
o d i f i e d H
a l s e y
H e n d e r s o n 一 T h o rn P s o n
0
。
6 3
3
。
4 6
0
。
06
0
。
8 2
2
,
7 7
一 29 . 7 7
7
.
9 8 2
。
7 7
6 6
.
43
4 1
。
2 2
1
。
8 5
1 5
。
5 3
0
。
8 9
0
。
8 3
0
。
4 2
0
。
6 8
3
。
0 5
3
。
1 2
0
。
8 4
2 8 5
。
1 1
4 结论
4
.
1 刀豆 、 茄子和青椒在解吸过程中 , 随着温度的升高 , 平衡含水率下降 , 等温解吸曲线
呈反 S 形状 。
4
.
2 对刀豆进行同等条件的解吸过程可得 : 普通浓度预处理的平衡含水率最低 , 未处 理 的
次之 , 高浓度预处理的最高 。
4
.
3 在低浓度预处理后进行同等条件解吸过程可得 : 青椒的平衡含水率最低 , 茄子的次之 ,
而 刀豆的最高 。
4
.
4 讨论了温湿度 、 预处理及种类对平衡含水率的影响规律。
` · , 对” 通浓度预处 ” ” “ , 找出了其适宜模型 : E M c =
{
I n ( 1 一 R H )
一 a T
1 / b 并确定
了其模型系数 : 。 = 。 . 63 , b = 2 . 7
参 考 文 献
J o h n
.
A D e a n
·
L a n g e , 5 H a n d b o o k o f C h e m i s t r 了 . M e G r a w H i l l b o o k C o m P a n 了 , 1 9 8 5 .
达式奎等 . 食品工程测试 。 上海 : 上海交通大学出版社 , 1 9 8 .7
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张 怒 , 王成芝 . 国内外蔬菜干燥前预处理及其发展 . 农牧与食品机械 , 19 9 1 ( 5 ) : 12 一 15
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e h e n C h i a 一 e h u o g , V a n e e M o r e y R
.
C o m P a r i s o n 。 f F o u r E “ C / E R H E q u 。 t i。 n s . T r a n s .
o f t h e A S A E
,
1 9 8 9
,
3 2 ( 3 ) : 9 8 3~ 9 9 0
.
eU厅」
第 4 期 高含水率刀豆 、 茄子和青椒的等温解吸规律 4 1
S T U D Y O N IS O T H E RM A L D E SO R P T IO N O F SW O RD
B E AN
,
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Z h a n g M i n W
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( N
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A b s t r a C t
T e n g B i n g
I n t il i s P a P e r s t h e d e t e r m i n i n g t e s t s f o r t h e s t a l i e e q u i l i b
r i u 皿 m o i s t u r e e o n -
t e n t ( E M c ) o n s w
o r d b e a n , e g g P l a n t a n d s w e e t P e P P e r h a v e b e e n m a d e a t 4 0
O
C ,
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, s o
O
C a n d o v e r a r a n g e o f r e l a t i v e h u m s d i t i e s ( R H ) f
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.
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i s o t h e r m a l d e
s o r P t i o n e u : v e s h a v e b e e n o b t a i n e d
·
T h e e f f e e t s o f t e m P e r a t u
r e
a n d R H
, P r e t r e a t m e n t s a n d s t r a i n s o n E M C h a v e b e e n d i s e u s s e d
.
T h e m o s t
s u i t a b l e E M C m o d e l h a s b e e n
s e l e e t e d
.
A n d t h e e o e f f i e i e n t s o f t il e m o d
e l 五a v e
b e e n d e t e r m i n
e d
.
Ke y w o r d s S w o r d b e
a n , E g g P l a n t , s w e e t p e P P e r , I s o t h e r m a l d e s o r P t 主。 公 ,
E q u i l i b r i u m m
o i s t u r e e o n t e n t