全 文 ：胡萝卜吸附式低温干燥特性的研究
孙庆梅!，朱跃钊!，陈海军"，韩海涛!，崔 群"!
（!# 南京工业大学 机械与动力工程学院，南京 "!$$$%；"# 南京工业大学 化学化工学院，南京 "!$$$%）
摘 要：对胡萝卜吸附式低温干燥过程的干燥特性进行了试验研究。考察了干燥气体（空气）的湿度和风量以及物
料粒度对胡萝卜干燥特性和复水比的影响，得到形状相似的干燥曲线，用自定义最小二乘法拟合均能获得较好的
结果。结果表明：吸附式低温干燥过程可使被干燥物料达到超干水平（含水率 & ’(）；增加干燥气体流量对干燥过
程进行有利，当气体流量从 "$$ ) * +增加到 ,$$ ) * +时，胡萝卜含水率从 ,!#!-(降低到 -,#%-(；被干燥物料颗粒大
小和形状对干燥过程有显著影响；经过吸附式干燥后的胡萝卜色泽鲜艳，无褐变，外表品质优于热风干燥。吸附式
低温干燥后胡萝卜的复水比（.#’"）显著高于热风干燥（!#/0）。
关键词：胡萝卜；吸附；干燥特性
中图分类号：12$"0#. 3 /" 文献标识码：4 文章编号：!./"5-./0（"$$,）$-5$$.-5$’
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67#/%$&/：1+= MPR9:; L+CPCLH=P9QH9L DK LCPPDH OCQ QHAM9=M =TN=P9<=:HCJJR AQ9:; H+= JDO5H=
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8"+ 1(%*#：LCPPDH；CMQDPNH9D:；MPR9:; L+CPCLH=P9QH9L
我国是果蔬生产出口大国，有广阔的脱水果蔬
销售市场。果蔬多为热敏性物质，对于这类物料的
干燥，目前国内外［!，"］多采用冷冻干燥、热风干燥、
热泵干燥等方式。冷冻干燥可以很好的保存物料原
有的色、香、味以及形状，干燥后复水性好，营养成分
损失较少，但设备昂贵，加工成本高，后期包装要求
! 收稿日期："$$,5$/5$-
作者简介：孙庆梅（!%/%5），女，硕士研究生，研究方向：生物质干燥。
联系人：朱跃钊（!%’05），男，副教授，研究方向：机械热工，生物质加工。
第 "卷第 -期
"$$,年 0月
生 物 加 工 过 程
E+9:=Q= ZDAP:CJ DK [9DNPDL=QQ F:;9:==P9:;
4A;\ "$$,
·.-·
万方数据
也高，不利于大面积推广。热风干燥简单经济，成本
低廉，但高温容易使物料内部组织发生变化，导致复
水性差。热泵干燥中压缩机所用的制冷工质 !"!#
会破坏大气臭氧层，不利于环保。吸附式低温干燥
基本能达到冷冻干燥的效果，而且能耗低投资小，很
适合用于热敏性物料的干燥，成为诸多学者关注的
热点。
目前，国内外对吸附式低温干燥的研究多集中
在用于种子干燥方面［$ % &］，将其运用到果蔬干燥方
面［’ % ()］的研究还不成熟。而且对于其运用于果蔬
干燥方面也只涉及到采用除湿轮干燥的系统。本文
采用了自制的吸附剂填充的固定床吸附器用于干燥
气体的脱水或除湿，对于胡萝卜吸附式低温干燥特
性及其影响因素进行了实验研究，为吸附式低温干
燥技术的推广应用提供基础研究。
! 材料与方法
(*( 试验材料
选取外观完好、新鲜度良好的胡萝卜（购于农贸
市场），洗净沥干，去梢和根留取中间段并去皮，切成
粒状待用。实验所用的主要仪器列于表 (。
表 ( 主要仪器
+,-./ ( +0/ 1234,25 ,11,2,67#
仪器名称 型号 生产厂家
电子天平 89:()9 北京塞多利天平有限公司
组织捣碎匀浆机 ;;<:（:))$<&(） 江苏省金坛市环宇科学仪器厂
真空干燥箱 =>电热鼓风干燥箱 @A"$) B ’
(*: 试验装置
搭建吸附式低温干燥模拟实验装置如图 ( 所
示。空气由气体压缩机进入缓冲罐，出缓冲罐有两
路气体，一路气体经装有自制吸附剂的吸附器，脱出
空气中水分后，去混合器；另一路气体去水饱和器，
增湿，然后去混合器，根据实验要求，通过调节两支
路上的流量比例来控制进入干燥器的气流的湿度。
采用温、湿度巡测仪测量进干燥器空气的温湿度。
(—气体压缩机；:—缓冲罐；$，H，I—转子流量计；&—饱和瓶；
’—吸附器；?，J—阀门；()—混合器；((—温、湿度巡测仪；(:—干燥容器
图 ( 吸附式低温干燥模拟实验装置
"3K*( +0/ #347.,63LM /N1/234/M6,. /O7314/M6 LP .LQ<6/41/2,672/ ,R#L2163LM R253MK
(*$ 实验方法
将预处理好的胡萝卜颗粒（试样）放入吸附式低
温干燥系统的干燥器中，在一定的空气湿度、风量下
干燥，每 :) 43M记录一次质量，直至恒重（相邻两次
质量差小于 ( 4K即认为达到平衡），此时，试样含水
率（某一时刻物料所含水分质量与初始鲜物料质量
的比值，S）为平衡含水率。然后将此试样置于
()) T的沸水中浸泡 $) 43M，取出沥干，称重，用于
计算复水比（干制品复水后沥干质量与干制品质量
的比值）。最后再将试样放入真空干燥箱，在 ’) T、
（J*’I U )*:I）V (): W,绝压下，干燥 H*I 0，称得质量
作为绝干质量。
" 结果与讨论
在进行吸附式低温干燥系统设计中，首先要根
·&H· 生物加工过程 第 :卷第 $期
万方数据
据干燥特性选取合适工艺参数进行相关设备的设计
计算及选型。对于果蔬脱水过程的干燥特性与所使
用干燥气体的温度、相对湿度和气体风量，以及物料
粒度［!］密切相关，为此，本文在自制的吸附式低温干
燥模拟实验装置上测定了这些参数与胡萝卜干燥过
程的关系，即干燥过程特性曲线。
"#$ 干燥气体的相对湿度对干燥过程的影响
为了考察干燥气体（空气）的相对湿度对胡萝卜
干燥过程的影响，本研究选取 % && ’ % && ’ % &&
胡萝卜颗粒（试样），在 $!#( )、干燥气体流量为 "((
* + ,的条件下，分别测得干燥气体（空气）的相对湿
度为 $#-.、%#%.和 /#0.时，胡萝卜含水率随时间
的变化关系如图 "所示，由此得到干燥速率与胡萝
卜含水率的关系如图 0所示。
—!—$1-.；—"—%1%.；—#—/10.
图 " 不同空气相对湿度干燥曲线
234#" 563789:; <6=8;=8 >;:797 83&; ?6: @3??;:;=8 A3: :;BA83>; ,9&3@C
38D
—!—$1-.；—"—%1%.；—#—/10.
图 0 不同空气相对湿度干燥速率曲线
234#0 E:D3=4 :A8;7 >;:797 &63789:; <6=8;=8 ?6: @3??;:;=8 A3: :;BA83>;
,9&3@38D
由图 "可见，干燥气体的相对湿度越低，越有利
于干燥；在相同条件下，当相对湿度为 $#-.时，可
使胡萝卜含水率接近于超干（含水率 F %.）水平，这
充分显示了吸附式低温干燥的优势，因一般冷冻干
燥物料的含水率受露点限制不可能达到超干，一般
为 -. G /.［$$］。
由图 0表明：胡萝卜干燥过程可以划分为调整、
恒速和降速三个阶段。调整阶段，由于物料初始含
水率很高（达到 H-.），干燥气体相对湿度与物料湿
度差较大，传质推动力大，干燥速度快。恒速干燥阶
段主要是去除非结合水，这部分水分由物料内部向
表面迁移的速率与水分迁移到表面后的蒸发速率相
等，干燥速率保持恒定，基本不随物料含水率变化。
当物料内部水分向表面迁移的速率低于水分迁移到
表面后的蒸发速率后，干燥过程进入降速阶段，在降
速阶段主要脱除非结合水及部分结合水，由于结合
水与物料结合紧密，去除困难。此干燥过程特性为
胡萝卜吸附式低温干燥设备设计提供基础参数。
当干燥气体温度、流量及物料粒度都选定时，分
别为 $!#( )、"(( * + ,和 % && ’ % && ’ % &&，干燥
气体湿度不同时，对胡萝卜的干燥曲线（含水率 I
随干燥时间 8的变化关系）采用自定义最小二乘法
进行拟合，得到拟合模型如表 "所示：
表 " 干燥曲线拟合模型
JAKB; " L6=B3=;A: ;783&A836= &6@;B7 6? @:D3=4 <9:>;
干燥方式 拟合多项式 相关系数
吸附式低温干燥
（相对湿度 $#-.）
! M HN#NH"% O (#-N0( "
P $#""" ’ $(C0 "
(#HHH$
吸附式低温干燥
（相对湿度 %#%.）
! M HN#/N!! O (#-$0% "
P $#$!" ’ $(C0 "
(#HHH/
吸附式低温干燥
（相对湿度 /#0.）
! M HN#0("( O (#%"-( "
P (#!N- ’ $(C0 "
(#HHH/
"#" 干燥气体流量对干燥过程的影响
为了考察干燥气体流量对干燥过程的影响，本
研究选取 % && ’ % && ’ % &&胡萝卜颗粒，在 $!#(
)、干燥气体相对湿度为 $#-.条件下，分别测得干
燥气体流量为 "(( * + ,、0(( * + ,和 N(( * + ,时，胡萝
卜含水率随时间的变化关系如图 N所示。
由图 N可见，增加干燥气体流量对干燥过程进
行有利。在相同条件下，干燥到 $(( &3=时，当气体
流量从 "(( * + , 增加到 N(( * + ,，胡萝卜含水率从
N$#$0.降低到 0N#H0.，空气流量的改变对干燥过
程的影响不是十分明显。在工程设计中干燥气体流
量选取还要兼顾合理运行的经济指标，如：在本实验
"((N年 !月 孙庆梅等：胡萝卜吸附式低温干燥特性的研究 ·-%·
万方数据
条件下，!"" # $ %的气体流量要比 &"" # $ %较经济合
理。
—!—!"" # $ %；—"—’"" # $ %；—#—&"" # $ %
图 & 不同空气流量干燥曲线
()*+& ,-)./012 3-4/24/ 521.0. /)62 7-1 8)772124/ 9)1 7:-; 19/2
!+’ 干燥物料粒度对干燥过程的影响
为了确定合理的干燥物料粒度，本研究在 <=+"
>、干燥气体相对湿度为 <+?@、流量为 !"" # $ %条
件下，分别测得胡萝卜颗粒为 A 66 B A 66 B A 66、
<" 66 B A 66 B A 66和 <" 66 B <" 66 B A 66时，
胡萝卜含水率随时间的变化关系如图 A所示。
—!—A 66B A 66B A 66；—"—<" 66B A 66B A 66；
—#—<" 66B <" 66B A 66
图 A 不同粒度干燥曲线
()*+A ,-)./012 3-4/24/ 521.0. /)62 7-1 8)772124/ *1940:91)/C -7 19;
69/21)9:
由图 A可见，被干燥物料颗粒大小和形状对干
燥过程有显著影响。颗粒尺寸越小，比表面积越大，
暴露在干空气中的表面越大，越有利于水分蒸发。
在本实验条件下，粒度为 A 66 B A 66 B A 66时干
燥速率最快。
!+& 吸附式干燥与热风干燥的对比
为了比较吸附式干燥与热风干燥速率，以及对
胡萝卜品质的影响，本研究选择 <" 66 B <" 66 B A
66胡萝卜粒，分别进行热风干燥（温度为 ?" >，在
鼓风干燥箱中）和吸附式干燥（温度为 <=+" >，干燥
气体相对湿度为 <+?@，干燥气体流量为 !"" # $ %）实
验。干燥特性曲线如图 ?所示。
—!—热风 干燥；—"—吸附式低温干燥
图 ? 干燥曲线对比
()*+? D1C)4* 3%9193/21)./)3. 3-6E91).-4 -7 %-/ 9)1 81C)4* 521.0.
:-;F/26E219/012 98.-1E/)-4 81C)4*
由图 ?表明：在本实验条件下，热风干燥可以很
快达到干燥平衡，平衡含水率为 !’@左右，明显高
于安全贮藏含水率（式干燥过程可以得到较低的含水率（平衡含水率为
<<+!"@左右）。经过吸附式干燥后的胡萝卜色泽仍
较鲜艳，无褐变，外表品质要优于热风干燥。
!+A 复水性能
在果蔬干燥或脱水保藏中，果蔬的复水性能是
作为评价干燥的果蔬品质的一个主要指标。因此，
为了考察吸附式干燥过程对胡萝卜复水性能的影
响，本研究在干燥气体温度 <=+" >、流量 !"" # $ %条
件下，分别测得不同颗粒尺寸，以及经不同相对湿度
的干燥气体干燥后的胡萝卜的复水性能，实验结果
见表 ’和表 &；同时测得经热风干燥（?" >）后胡萝
卜的复水比为 <+H=。
表 ’ 空气相对湿度对复水率的影响
I9J:2 ’ K)1 12:9/)52 %06)8)/C 521.0. 12%C819/)-4 19/2 7-1 81C)4*
3911-/（A 66B A 66B A 66）
干燥气体相对湿度（@） 复水比
<+? ?+A!
A+A ?+"<
H+’ A+L=
·??· 生物加工过程 第 !卷第 ’期
万方数据
表 ! 物料体积对复水率的影响
"#$%& ! ’#(&)*#% +,%-.& +&)/-/ )&012)#(*,3 )#(& 4,) 2)1*35 6#)),(
（788 9 : 0）
物料体积（..;） 复水比
<7= >?=7
7=8 =?=<
=88 !?=!
由表 ;和表 !可见，经吸附式低温干燥后胡萝
卜的复水比在 >左右，显著高于热风干燥；干燥气体
的湿度变化对胡萝卜复水比没有明显影响。在干燥
气体温度、湿度和风量都相同时，随着粒度的增大，
复水能力下降，因为在相同的复水时间内，粒度大的
物料有可能没有得到完全恢复，导致复水比随粒度
增加变小。
! 结论
（<）吸附式低温干燥条件下，胡萝卜的干燥曲线
呈现大致相同的反 @型变化规律，有较明显的调整、
恒速和降速三个干燥阶段。
（7）吸附式低温干燥过程可使被干燥物料达到
超干水平，不受露点限制。
（;）增加干燥气体流量对干燥过程进行有利。
在兼顾能耗的同时，干燥气体的相对湿度越低，风量
越大，越有利于干燥的进行。
（!）被干燥物料颗粒大小和形状对干燥过程有
显著影响。颗粒尺寸越小，比表面积越大，暴露在干
空气中的表面越大，越有利于水分蒸发。
（=）经过吸附式干燥后的胡萝卜色泽仍较鲜艳，
无褐变，外表品质优于热风干燥。
（>）经吸附式低温干燥后胡萝卜的复水比
（>?=7）显著高于热风干燥（变化对胡萝卜复水比没有明显影响。
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学报，
N
力强的菌株，这样才有可能进行后续的发酵条件优
化的研究。菌种的选择是酒精生产中的第一步，本
研究初步筛选得到一株能利用纤维素水解糖（葡萄
糖和木糖等）发酵生产酒精的菌种。进一步的菌种
选育，是要提高菌种酒精产生能力，优化发酵工艺条
件和后续一步的酒精提纯工作，实现工业化、工厂
化。
参考文献：
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万方数据