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        單片物料厚度對(duì)胡蘿卜紅外薄層干燥水分遷移的影響

        2017-07-24 15:23:58孫傳祝石東岳王相友魏忠彩山東理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院山東淄博25509山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院山東淄博25509中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院北京0008
        食品科學(xué) 2017年13期
        關(guān)鍵詞:單片薄層胡蘿卜

        孫傳祝,石東岳,王相友*,魏忠彩(.山東理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,山東 淄博 25509;2.山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院,山東 淄博 25509;.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,北京 0008)

        單片物料厚度對(duì)胡蘿卜紅外薄層干燥水分遷移的影響

        孫傳祝1,石東岳1,王相友2,*,魏忠彩3
        (1.山東理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,山東 淄博 255091;2.山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院,山東 淄博 255091;3.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,北京 100083)

        為探討胡蘿卜紅外薄層干燥條件下的水分遷移規(guī)律,選擇單片物料厚度h、料層厚度δ、干燥溫度T、功率密度g和輻射距離L為影響因素進(jìn)行試驗(yàn),并借助低場(chǎng)核磁共振技術(shù)研究了橫向弛豫時(shí)間T2x、峰面積A2x和峰比例S2x的變化規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn),干燥中期,各單片物料厚度h的自由水流動(dòng)性下降60%以上,而水分含量趨于0;不易流動(dòng)水、結(jié)合水的水分含量增幅分別為不大于3 倍、3~6 倍。干燥至120 min,各單片物料厚度h的自由水峰面積占總水峰面積的比例下降至15%以下,結(jié)合水所占比例增大至65%以上,而不易流動(dòng)水所占比例呈“雙峰”現(xiàn)象。隨著單片物料厚度h的增大,水分有效擴(kuò)散系數(shù)Deff下降30%;發(fā)現(xiàn)Page模型可較好地預(yù)測(cè)紅外薄層干燥中水分比的變化。本研究成果為進(jìn)一步探討農(nóng)產(chǎn)物料的紅外干燥規(guī)律及干燥設(shè)備的研發(fā)提供了理論參考。

        低場(chǎng)核磁共振;紅外輻射;胡蘿卜;單片物料厚度;薄層干燥;水分遷移

        紅外輻射熱效率高、干燥均勻性好,且具有一定的穿透能力,即能夠從物料內(nèi)部快速加熱[1-2],當(dāng)入射光能與物料分子的能級(jí)差相同時(shí),其輻射能量與物料內(nèi)部分子間的相互作用和共振導(dǎo)致物料內(nèi)部升溫,從而使水分更易流動(dòng)和滲透。研究物料干燥過(guò)程中復(fù)雜的熱力學(xué)現(xiàn)象,揭示內(nèi)部水分遷移規(guī)律,優(yōu)化紅外薄層干燥工藝,并改進(jìn)干燥裝備,即能充分利用其速熱特性快速脫除物料水分,因此紅外輻射干燥一直是國(guó)內(nèi)外食品干燥領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)[3-6]。另外,紅外線還可用于農(nóng)產(chǎn)品加工中殺菌、滅酶和脫皮等方面[7-9]。

        果蔬內(nèi)部水分主要以結(jié)合水、不易流動(dòng)水和自由水3 種形態(tài)存在,干燥過(guò)程中可以脫除大部分自由水和不易流動(dòng)水[10-11]。結(jié)合水中以鍵能較弱的H鍵與大分子基團(tuán)締合的弱結(jié)合水,可在加熱后轉(zhuǎn)換為不易流動(dòng)水被干燥脫除,而以較強(qiáng)H鍵締合的結(jié)合水,因性質(zhì)穩(wěn)定不易被干燥脫除[12]。經(jīng)長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)摸索,認(rèn)為紅外輻射干燥適用于胡蘿卜等質(zhì)地均勻型蔬菜,并適宜采用薄層快速干燥工藝。

        低場(chǎng)核磁共振(low-field nuclear magnetic resonance,LF-NMR)技術(shù)具有無(wú)損、快速和精確等特點(diǎn)[13-15],是檢測(cè)物料內(nèi)部水分分布的有效工具,國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用該技術(shù)在果蔬質(zhì)量監(jiān)測(cè)和農(nóng)產(chǎn)品、海產(chǎn)品加工中的水分遷移規(guī)律等方面開展了相關(guān)研究[16-19]。王相友等[20]利用核磁共振技術(shù)對(duì)紅外與熱風(fēng)干燥條件下的胡蘿卜切片內(nèi)部水分遷移特性進(jìn)行了對(duì)比研究;張緒坤等[21]對(duì)胡蘿卜切片內(nèi)部不同相態(tài)水分干燥過(guò)程中的遷移規(guī)律做了分析。但現(xiàn)有研究多采用單片形式研究干燥過(guò)程中物料內(nèi)部的水分遷移變化規(guī)律,與生產(chǎn)實(shí)際相差較遠(yuǎn),難以精確揭示一定料層厚度下的干燥進(jìn)程。

        為了提高干燥速率vt和干菜品質(zhì),本課題組前期以胡蘿卜為材料進(jìn)行了單片物料厚度h、料層厚度δ、干燥溫度T、功率密度g和輻射距離L等條件下的紅外薄層干燥單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn),極差分析得到較佳方案為:h=1 mm、T=90 ℃、δ=15 mm、L=130 mm和g=0.72 W/cm2。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際,并考慮到單片物料厚度h和干燥溫度T對(duì)干制品品質(zhì)的影響,經(jīng)優(yōu)化得到較佳方案為:h=2 mm、T=85 ℃、δ=15 mm、L=130 mm和g=0.60 W/cm2。方差分析[22]發(fā)現(xiàn),單片物料厚度h對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有顯著影響。

        為進(jìn)一步探討單片物料厚度h對(duì)紅外薄層干燥水分遷移的影響規(guī)律,本實(shí)驗(yàn)借助LF-NMR技術(shù)對(duì)單片物料厚度h、料層厚度δ、干燥溫度T、功率密度g和輻射距離L 5 因素條件下的胡蘿卜紅外薄層干燥樣本進(jìn)行檢測(cè),通過(guò)分析橫向弛豫時(shí)間T2x、峰面積A2x和峰比例S2x,揭示干燥過(guò)程中水分遷移變化規(guī)律。本研究可為進(jìn)一步優(yōu)化干燥工藝參數(shù)以及數(shù)學(xué)模型的建立提供更為精確的數(shù)據(jù)支持。

        1 材料與方法

        1.1 材料

        胡蘿卜購(gòu)自于山東省淄博市張店區(qū)農(nóng)貿(mào)市場(chǎng),要求新鮮無(wú)霉變、無(wú)損傷。

        1.2 儀器與設(shè)備

        實(shí)驗(yàn)用自行設(shè)計(jì)的紅外干燥箱由箱體、紅外輻射裝置、溫度控制系統(tǒng)、傳感器、風(fēng)機(jī)和料盤等組成(圖1),紅外輻射元件采用碳纖維紅外加熱管。

        圖1 紅外輻射干燥箱結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 1 Structure diagram of infrared radiation drying oven

        PQ001型核磁共振分析儀 上海紐邁電子科技有限公司;101熱風(fēng)恒溫干燥箱 上海葉拓儀器儀表有限公司;MS304S型電子天平(精度1 mg) 慈溪市華徐衡器實(shí)業(yè)有限公司;試管(直徑25 mm) 張店飛馬化玻儀器供應(yīng)站。另有規(guī)格為30 mm×30 mm×25 mm的自制料盤等。

        1.3 方法

        1.3.1 干燥

        實(shí)驗(yàn)前將胡蘿卜洗凈、晾干,切制成長(zhǎng)25 mm、寬5 mm和要求厚度的長(zhǎng)條狀樣本,并按要求的料層厚度δ堆放于料盤中。開啟紅外輻射加熱系統(tǒng),待達(dá)到設(shè)定干燥溫度T后,將樣本置于干燥箱內(nèi);間隔30 min稱質(zhì)量,進(jìn)行LF-NMR檢測(cè),并置于105 ℃熱風(fēng)恒溫箱干燥至絕干;當(dāng)樣本干基含水率降至安全貯藏含水率0.087 g/g以下時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

        1.3.2 LF-NMR檢測(cè)

        打開核磁共振軟件,當(dāng)溫度穩(wěn)定在(32.0±0.1) ℃范圍內(nèi)時(shí),利用分析軟件FID(free induction decay)脈沖序列矯正系統(tǒng)參數(shù)。將裝有樣品的試管置于磁體線圈中,利用CPMG(Carr-Purcell-Meiboom-Gill)脈沖序列采集樣品橫向弛豫時(shí)間T2x,再利用反演軟件進(jìn)行反演運(yùn)算,得到T2反演圖譜。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 單片物料厚度h對(duì)T2反演譜的影響

        圖2 物料厚度2 mm時(shí)的T2圖譜Fig. 2 T2 spectrum at an h value of 2 mm

        如圖2所示,干燥初期曲線有結(jié)合水(0.1~10 ms)T21、不易流動(dòng)水(10~100 ms)T22和自由水(>100 ms)T23這3 個(gè)水峰。由于峰面積A2x值代表著該相態(tài)的水分含量[23],故A2x可對(duì)物料中不同相態(tài)的水分含量進(jìn)行預(yù)測(cè)。

        隨著干燥的進(jìn)行,T2圖譜整體向左移動(dòng),峰幅值逐漸減小,這是因?yàn)槲锪蟽?nèi)部大量自由水被脫除,自身黏度的升高對(duì)水分束縛作用增大,其流動(dòng)性越來(lái)越差。干燥前期,T22和T23峰幅值迅速減小,原因是大量自由水和不易流動(dòng)水被去除,各相態(tài)水分分布狀態(tài)發(fā)生了變化。

        圖2中,由于3 種相態(tài)水分的流動(dòng)性和含量均不斷降低,其曲線呈不斷向左移動(dòng)、波峰面積不斷減小的趨勢(shì)。單片物料厚度分別為h=1 mm、h=2mm和h=3 mm時(shí),T2圖譜的變化規(guī)律相同,因此選擇具有代表性的h=2 mm進(jìn)行分析。

        2.2 單片物料厚度h對(duì)自由水遷移變化的影響

        圖3 單片物料厚度h對(duì)自由水遷移變化的影響曲線Fig. 3 Effect of h value on changes in free water migration as a function of drying time

        由圖3a可見,表示水分流動(dòng)性的橫向弛豫時(shí)間T23呈先降后升趨勢(shì),T23值越大表明水分子流動(dòng)性越強(qiáng)。h為1、2 mm和3 mm時(shí),干燥至120 min T23分別下降至86.97、114.98 ms和151.99 ms,下降幅度依次達(dá)78.46%、71.52%和62.35%,這是由于h越薄毛細(xì)管和細(xì)胞組織對(duì)水分向外擴(kuò)散的阻力越小、水分遷移通道越短所致。隨著干燥的進(jìn)行物料產(chǎn)生“卷曲”變形,且h越薄變形越嚴(yán)重,自由水受到的束縛力增大,流動(dòng)性降低;干燥至120 min后3 種h的T23分別增大至132.19、174.75 ms和200.92 ms,這是由于物料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)因紅外輻射而遭到破壞,部分不易流動(dòng)水向自由水轉(zhuǎn)化所致。由圖3b可見,峰面積A23迅速減小,至120 min時(shí)已趨于0,說(shuō)明自由水已被脫除。由圖3c可見,表示自由水峰面積占峰總面積百分比的峰比例S23先降后升,干燥至120 min時(shí),3 種h所對(duì)應(yīng)的峰比例S23分別為6.51%、14.54%和11.20%,均取得干燥進(jìn)程中的最小值,說(shuō)明大部分自由水至此已被脫除,之后不易流動(dòng)水開始向自由水轉(zhuǎn)化,使得S23緩慢增大至30%左右。不同h的S23變化規(guī)律相同,說(shuō)明h對(duì)不同相態(tài)水分間的轉(zhuǎn)化基本無(wú)影響。

        2.3 單片物料厚度h對(duì)不易流動(dòng)水遷移特性的影響

        圖4 單片物料厚度h對(duì)不易流動(dòng)水遷移變化的影響曲線Fig. 4 Effect of h value on changes in immobilized water migration as a function of drying time

        由圖4a可見,T22雖先降后升,但h為1、2 mm和3 mm時(shí)T22波動(dòng)幅度分別只有18.57、21.74 ms和32.45 ms。干燥初期,由于物料內(nèi)部水分的脫除導(dǎo)致細(xì)胞液濃度升高,在濃度梯度作用下自由水向不易流動(dòng)水轉(zhuǎn)化,使得物料內(nèi)部水分通過(guò)毛細(xì)管外遷難度增大[24],同時(shí)不易流動(dòng)水以更強(qiáng)的吸附力與細(xì)胞組織結(jié)合,導(dǎo)致T22有所降低;由于紅外線只能穿透到物料內(nèi)部一定的深度[25],h越薄不易流動(dòng)水脫除越快,T22值和波動(dòng)幅度也越小。干燥100 min后T22增大,這是由于物料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)遭到破壞,不易流動(dòng)水分所受束縛力降低所致;另外,鍵能較弱的H鍵遭到破壞使得結(jié)合水向不易流動(dòng)水轉(zhuǎn)化,也導(dǎo)致T22增大。T22在180 min后無(wú)明顯變化規(guī)律可循,此時(shí)絕大部分水分已被脫除,組織結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞,改變了物料原有的均質(zhì)特性。由圖4b可見,干燥初期自由水向不易流動(dòng)水轉(zhuǎn)化,使得h為1、2、3 mm時(shí)A22值分別增大至140.26、225.54、289.38,比初始值分別增加1.58、2.54、3.26 倍;物料內(nèi)部水分傳輸通道越長(zhǎng),相對(duì)較多的自由水轉(zhuǎn)化為不易流動(dòng)水,使得h=3 mm時(shí)A22的增大幅度較其他單片物料厚度明顯。150 min后A22<5.0,說(shuō)明不易流動(dòng)水已幾乎全部被脫除。由圖4c可見,S22呈現(xiàn)“雙峰”現(xiàn)象。干燥初期自由水向不易流動(dòng)水的轉(zhuǎn)化使得h為1、2 mm和3 mm時(shí)S22分別增大至20.16%、20.07%和24.12%;干燥中期不易流動(dòng)水被干燥脫除以及向結(jié)合水的轉(zhuǎn)化,使得S22分別下降至11.86%、15.42%和12.36%;干燥后期物料中酶、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和H鍵的分解使得不易流動(dòng)水含量增加,導(dǎo)致S22大幅度上升至30%左右。

        2.4 單片物料厚度h對(duì)結(jié)合水遷移特性的影響

        表1 單片物料厚度h對(duì)結(jié)合水遷移變化的影響Table 1 Bound water parameters at different hvalues as a function of drying time

        由表1和圖2可見,干燥至60 min后T2圖譜的結(jié)合水峰分裂為T211(0.1~1 ms)和T212(1~10 ms)這2 個(gè)峰,對(duì)應(yīng)于物料內(nèi)部鍵能較弱的結(jié)合水峰稱為T212峰,其氫鍵因紅外輻射和分子共振而斷裂破壞,與其締合的水分流動(dòng)性增強(qiáng),故T212逐漸增大;對(duì)應(yīng)于鍵能較強(qiáng)、性質(zhì)穩(wěn)定的結(jié)合水峰稱為T211峰,因H鍵結(jié)合牢固,故其變化幅度相差不大。

        圖5 單片物料厚度h對(duì)結(jié)合水遷移變化的影響曲線Fig. 5 Effect of h value on changes in bound water migration as a function of drying time

        由圖5可見,干燥前30 min主要脫除自由水和不易流動(dòng)水,故曲線變化不明顯。干燥中期不易流動(dòng)水與膠體物質(zhì)緊密結(jié)合[26],加之鍵能較弱的H鍵受熱分解,導(dǎo)致h為1、2 mm和3 mm時(shí)A211+A212值分別增大至140.58、240.98、271.25,比新鮮狀態(tài)分別增大3.10、5.31、5.96 倍;由于此時(shí)其他相態(tài)水分的干燥脫除,而結(jié)合水的干燥尚未開始,故此時(shí)的S211+S212分別增大至75.83%、65.39%和77.09%,比新鮮狀態(tài)的增大幅度分別高達(dá)46.24、39.87、47.01 倍。干燥后期由于細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)被破壞,轉(zhuǎn)化的結(jié)合水和鍵能較弱的結(jié)合水被逐漸干燥脫除,導(dǎo)致A211+A212逐步趨于0,而S211+S212逐漸下降至30%左右。

        2.5 水分有效擴(kuò)散系數(shù)Deff計(jì)算及模型擬合

        2.5.1 水分有效擴(kuò)散系數(shù)

        水分比MR可用于表示物料干燥速率vt的快慢,其計(jì)算公式可簡(jiǎn)化為:

        式中:MR為水分比;Mt為干燥至t時(shí)刻的干基含水率/(g/g);M0為新鮮物料的干基含水率/(g/g)。

        干基含水率計(jì)算公式為:

        式中:mt為物料干燥至t時(shí)刻的水分質(zhì)量/g;mc為干燥至絕干時(shí)的物料質(zhì)量/g;m0為新鮮物料的內(nèi)部水分質(zhì)量/g。

        由于峰面積A2x與水分含量成正比,且實(shí)驗(yàn)時(shí)的取樣質(zhì)量相同,因此式(4)可轉(zhuǎn)化為:

        式中:At為干燥至t時(shí)刻的峰總面積;A0為新鮮物料的峰總面積。

        胡蘿卜干燥主要處于降速干燥階段,其水分有效擴(kuò)散系數(shù)可由Fick擴(kuò)散方程計(jì)算,公式[27]如下。

        將不同h條件下的lnMR與t用OriginPro 8.0軟件進(jìn)行線性擬合,即可求得Deff值如表2所示。

        表2 不同單片物料厚度h下胡蘿卜的水分有效擴(kuò)散系數(shù)Table 2 Effective moisture diffusivity of carrot slices under condition with different single material thickness h

        由表2可見,h在1~3 mm時(shí),Deff值從1.375×10-8m2/s下降至0.959×10-8m2/s,下降幅度達(dá)30.25%,因此h對(duì)Deff有顯著影響。這是因?yàn)殡Sh的增大,切片內(nèi)部水分外遷通道變長(zhǎng),使得水分?jǐn)U散能力減弱,故在實(shí)際生產(chǎn)中,可通過(guò)減小h來(lái)提高生產(chǎn)效率。

        2.5.2 數(shù)學(xué)模型的擬合

        2.5.2.1 常見數(shù)學(xué)模型

        常見的7 種干燥數(shù)學(xué)模型[28-30]如表3所示。

        表3 干燥數(shù)學(xué)模型Table 3 Mathematical drying models

        本研究利用OriginPro 8.0軟件進(jìn)行擬合分析。擬合時(shí)用決定系數(shù)(R2)、均方根誤差(root mean square error,RMSE)和卡方(χ2)判斷擬合度,R2越接近1、而RMSE和χ2值越小表示擬合程度越好,其計(jì)算公式見(8)~(10)。

        式中:MRexp,i為實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的水分比;MRpre,i為干燥模型預(yù)測(cè)的水分比;N為實(shí)驗(yàn)取樣次數(shù);n為干燥模型中參數(shù)個(gè)數(shù)。

        2.5.2.2 擬合結(jié)果

        對(duì)表3所列的7 種干燥模型的擬合MR數(shù)據(jù)如表4所示,發(fā)現(xiàn)Page模型具有最高的R2平均值(0.993 1)與最低的RMSE和χ2平均值(0.023 7、8.68×10-4)。

        通過(guò)對(duì)料層厚度δ、干燥溫度T、功率密度g和輻射距離L這4 個(gè)因素條件下的LF-NMR實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析,發(fā)現(xiàn)Page模型同樣具有最高的R2平均值與最低的RMSE和χ2平均值,說(shuō)明該模型能更好地預(yù)測(cè)胡蘿卜紅外薄層干燥中的降水過(guò)程。因篇幅限制,其分析計(jì)算過(guò)程不再贅述。

        表4 不同干燥條件下模型擬合結(jié)果Table 4 Fitting results of different models under different drying conditions

        2.5.3 數(shù)學(xué)模型的驗(yàn)證

        為驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確度,選擇不同物料厚度h條件下的模型預(yù)測(cè)MR值與實(shí)驗(yàn)測(cè)得MR值進(jìn)行比較,其結(jié)果如圖6所示。可以看出,數(shù)據(jù)點(diǎn)在直線y=x處上下波動(dòng),因此Page模型可以用來(lái)預(yù)測(cè)干燥過(guò)程中不同干燥階段MR的變化。

        圖6 模型MR預(yù)測(cè)值與MR實(shí)驗(yàn)值的比較Fig. 6 Comparison of predicted and experimental MR

        3 結(jié) 論

        本實(shí)驗(yàn)在前期單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)基礎(chǔ)上,選擇單片物料厚度h、料層厚度δ、干燥溫度T、功率密度g和輻射距離L作為影響因素進(jìn)行了胡蘿卜紅外輻射薄層干燥實(shí)驗(yàn),并借助LF-NMR技術(shù)對(duì)因素h進(jìn)行了水分遷移規(guī)律研究,結(jié)論如下:干燥中期,單片物料厚度h分別為1、2 mm和3 mm時(shí),自由水的流動(dòng)性下降幅度達(dá)60%以上,而不易流動(dòng)水的流動(dòng)性波動(dòng)幅度較?。蛔杂伤乃趾垦杆贉p小至0,不易流動(dòng)水的水分含量比初始值增加1.5~3.3 倍,而結(jié)合水的水分含量分別增大3~6 倍。

        干燥至120 min,不同單片物料厚度h條件下自由水峰面積占總水峰面積的比例分別取得最小值6.51%、14.54%和11.20%,結(jié)合水所占比例分別取得最大值75.83%、65.39%和77.09%;不易流動(dòng)水所占比例呈“雙峰”現(xiàn)象,干燥初期增大至20%左右,中期有所下降,后期大幅度上升至30%左右。

        單片物料厚度h從1 mm增大至3 mm時(shí),水分有效擴(kuò)散系數(shù)Deff值下降30.25%,因此單片物料厚度h對(duì)水分有效擴(kuò)散系數(shù)Deff有顯著影響。對(duì)干燥數(shù)學(xué)模型的擬合分析發(fā)現(xiàn)Page模型可以更好地預(yù)測(cè)胡蘿卜紅外薄層干燥過(guò)程中MR的變化。

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        Effect of Single Material Thickness on Moisture Transfer during Infrared Thin-Layer Drying of Carrot

        SUN Chuanzhu1, SHI Dongyue1, WANG Xiangyou2,*, WEI Zhongcai3
        (1. School of Mechanical Engineering, Shandong University of Technology, Zibo 255091, China; 2. School of Agricultural Engineering and Food Science, Shandong University of Technology, Zibo 255091, China; 3. College of Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China)

        In order to improve the drying rate vtand the quality of dried vegetables, in our previous work, single material thickness (h), material thickness (δ), drying temperature (T), power density (g) and radiation distance (L) were selected as factors affecting infrared radiation thin layer drying of carrot slices and optimized by one-factor-at-a-time method and orthogonal array design, and the analysis of variance showed that h value had a significant effect on the experimental results. In an effort to further explore the effect of h value on moisture migration during infrared thin layer drying, this study examined the transverse relaxation time (T2x), peak area (A2x) and peak ratio (S2x) as a function of single material thickness (h) and 4 other factors by low-filed nuclear magnetic resonance (LF-NMR). The mobility of free water dropped by over 60% in the middle stage of drying at each h value, with the moisture content tending to be zero and immobilized and bound water increasing not more than three times and three to six times, respectively. After 120 min of drying, the percentage of free water in the total peak area of water decreased to below 15% at each h value, while the percentage of bound water rose to above 65%, and the percentage of immobilized water showed two peaks. The effective water diffusion coefficient (Deff) was reduced by up to 30% with increasing h value. The Page model provided good prediction of changes in moisture ratio during infrared thin layer drying. Results from this study can provide a theoretical reference to further explore infrared drying of agricultural crops and to develop crop drying equipment.

        low-filed nuclear magnetic resonance (LF-NMR); infrared radiation; carrot; single material thickness; thin layer drying; moisture transfer

        10.7506/spkx1002-6630-201713009

        TS255

        A

        1002-6630(2017)13-0053-07

        2016-11-28

        國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(31271908)

        孫傳祝(1959—),男,教授,本科,研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工工藝及設(shè)備。E-mail:suncz@sdut.edu.cn

        *通信作者:王相友(1961—),男,教授,博士,研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)及裝備。E-mail:wxy@sdut.edu.cn

        孫傳祝, 石東岳, 王相友, 等. 單片物料厚度對(duì)胡蘿卜紅外薄層干燥水分遷移的影響[J]. 食品科學(xué), 2017, 38(13): 53-59.

        DOI:10.7506/spkx1002-6630-201713009. http://www.spkx.net.cn

        SUN Chuanzhu, SHI Dongyue, WANG Xiangyou, et al. Effect of single material thickness on moisture transfer during infrared thin-layer drying of carrot[J]. Food Science, 2017, 38(13): 53-59. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201713009. http://www.spkx.net.cn

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