殷文鑫 王豪

摘要：試驗利用微波干燥技術(shù)對香蕉片微波干燥水分特性進行了研究。通過微波干燥香蕉片的微波功率和香蕉切片厚兩個單因素試驗結(jié)果分析出微波功率比香蕉切片厚度對香蕉片干燥特性的影響更為顯著。并采用了4個常用的薄層干燥模型對不同微波功率下的香蕉片干燥過程進行擬合，通過干燥模型擬合程度的有關(guān)優(yōu)劣性評價指標(biāo)得出用于香蕉片干燥過程的分析預(yù)測時的最佳干燥模型Midilli模型。

關(guān)鍵詞：香蕉片；微波干燥；干燥特性；干燥模型

近年來，食品研究者針對香蕉生理生化特點已經(jīng)研究開發(fā)了香蕉片、香蕉汁、香蕉粉、香蕉罐頭、果脯、果醬、香精等香蕉加工產(chǎn)品。其中，干燥作為香蕉貯藏的重要手段，在生產(chǎn)上被廣泛應(yīng)用。目前，生產(chǎn)上一般采用真空油炸、微波膨化、真空冷凍、擠壓膨化和熱風(fēng)-微波聯(lián)合等脫水技術(shù)干制香蕉片。微波干燥是利用發(fā)生在分子和原子水平的極化作用。利用微波干燥農(nóng)產(chǎn)品的一般優(yōu)點如下：使物料質(zhì)地膨松、節(jié)約能耗、更適于降速干燥階段、能量迅速分散、可用于局部加熱及可以避免過熱等。本文通過實驗研究比較微波功率及切片厚度兩個條件對香蕉片干燥特性的影響，通過對試驗數(shù)據(jù)的擬合分析從4個常用的薄層干燥模型中找出與香蕉干燥特性描述最好的干燥模型。

1.材料與方法

1.1材料

香蕉：市售，九成熟，無病蟲害，無微生物污染。

1.2儀器與設(shè)備

微波爐，ALZO4型精密分析天平：梅特勒一托利多儀器（上海）有限公司生產(chǎn)；PL6OZ一S型電子天平：梅特勒一托利多儀器（上海）有限公司生產(chǎn)。

1.3試驗方法

1.3.1含水率的測定直接干燥法測量，按下式計算：

1.3.2試驗設(shè)計

手工剝?nèi)ハ憬镀ず?，每組試驗時先用不銹鋼刀片切出等厚度的香蕉片，然后稱取一定質(zhì)量的香蕉片單層均勻平鋪在瓷碟中置于微波爐中進行干燥。每組試驗均將微波爐功率調(diào)至80W，對功率因素的影響研究時通過改變香蕉片的質(zhì)量來改變對單位質(zhì)量香蕉供給的功率，對香蕉片厚度對干燥特性的影響時香蕉片的厚度分別控制為4mm、6mm、8mm。

2.實驗結(jié)果與分析

2.1微波強度對香蕉片干燥特性的影響

本試驗在對微波干燥香蕉片的微波強度單因素試驗中，控制微波爐功率為80W，依次放入質(zhì)量為20g、40g、60g的香蕉片進行干燥。對試驗數(shù)據(jù)計算處理后繪出不同功率下香蕉片的干燥特性曲線圖1。

從圖1可以看出：在香蕉片的厚度相同條件下，該供給功率范圍內(nèi)，隨著微波功率的增加，香蕉片干燥所用的總時長大大縮短。并且由干燥曲線的變化趨勢可見香蕉片的干燥過程經(jīng)歷了升速階段、恒速階段、降速階段，這與已知物料干燥理論相吻合。微波功率越大恒速干燥階段的時間所占比重越小。這是由于隨著單位質(zhì)量香蕉片的微波供給功率的增加，物料吸收微波能量速率增加，從而使得水分蒸發(fā)速度提高，干燥時間縮短。

2.2切片厚度對香蕉片干燥特性的影響

本試驗在對香蕉片微波干燥的香蕉切片厚度單因素試驗時，控制微波干燥功率均為2W/g，香蕉切片厚度依次取4mm、6mm、8mm，對試驗數(shù)據(jù)計算處理后繪出干燥曲線如圖2。

從干燥曲線看，香蕉切片厚度對干燥時間的影響不夠顯著。這是由于試驗選用的這組香蕉切片厚度均處于微波穿透深度之內(nèi)，香蕉片厚度對香蕉片受熱影響微小。

2.3香蕉片干燥模型的建立

2.3.1模型擬合

物料干燥過程是一個復(fù)雜的熱量質(zhì)量傳遞過程，同時又與物料的物理特性密切相關(guān)。眾多學(xué)者通過不同物料的干燥試驗研究，總結(jié)了多個理論、半理論和經(jīng)驗?zāi)Ｐ陀糜诿枋龈稍镞^程中物料水分比隨時間的變化規(guī)律。試驗選擇了4個常用的薄層干燥模型進行香蕉片干燥過程的擬合，如表1所示。

對三種功率下的香蕉片微波干燥的MR數(shù)據(jù)分別用四種模型進行擬合，并以決定系數(shù)R2、殘差平方和（res）作為模型的評價指標(biāo)，R2越大，殘差平方和（res）越小，說明擬合結(jié)果越好。各模型擬合結(jié)果所得的參數(shù)值及模型評價指標(biāo)計算結(jié)果見表2。

2.3.2模型評價

由上表可見所選四種模型的R2變化范圍分別為：Newton模型為0.9605～0.9855、Henderson and Pabis模型為0.9642～0.9762、Page模型為0.9854～0.9936、Midilli模型為0.9964～0.9982。Midilli模型的R2值總體大于其他三個模型，故由此指標(biāo)判斷，Midilli模型擬合效果最優(yōu)。再由殘差平方和res分析：功率1.33W/g以上四個模型res值依次為0.2099、0.1421、5.1518、0.0415，功率2W/g以上四個模型res值依次為0.1586、0.1071、3.4419、0.0664，功率4W/g以上四個模型res值依次為0.0154、0.0139、0.9047、0.0120。不同功率下各模型擬合所得res值均為Midilli模型最小，因而說明Midilli模型擬合效果最優(yōu)。綜上，將Midilli模型作為香蕉片微波干燥的干燥模型。

3.結(jié)論

香蕉片的干燥速度受微波功率的影響比較顯著，當(dāng)微波供給功率由1.33W/g增加為4W/g時，香蕉片干燥過程所用時間由48min減少到18min。而香蕉片的厚度由4mm增加到8mm時，香蕉片干燥過程所用時間由40min變?yōu)?2min，表明在該切片厚度變化范圍內(nèi)厚度對香蕉片干燥特性影響很小，這是由微波的穿透深度大于香蕉片厚度造成的。

從香蕉片的干燥曲線可以看出香蕉片的干燥過程經(jīng)歷了加速、恒速、降速共三個階段。微波功率越大恒速干燥階段的時間所占比重越小。這是由于隨著單位質(zhì)量香蕉片的微波供給功率的增加，物料吸收微波能量速率增加，從而使得水分蒸發(fā)速度提高，干燥時間縮短。

用四種常見的薄層干燥模型對試驗結(jié)果的非線性擬合，通過有關(guān)模型評價指標(biāo)分析得出Midilli模型為香蕉片微波干燥特性的最佳數(shù)學(xué)模型。（作者單位：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院）

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