李占勇，劉建波，徐 慶，史亞彭

（天津市輕工與食品工程機械裝備集成設計與在線監(jiān)控重點實驗室，天津科技大學機械工程學院，天津 300222）

0 引 言

新鮮蔬菜和果品中含有大量的水分及營養(yǎng)物質，容易造成微生物與細菌的滋長，使果蔬發(fā)生腐爛變質[1]。對果蔬進行干燥處理是延長其貯藏期的重要方式之一[2]。在干燥過程中應盡量保證新鮮果蔬原有的營養(yǎng)價值，色澤及良好的復水性能等。低壓過熱蒸汽干燥是在低壓條件下，利用過熱蒸汽直接與被干燥物料接觸而除去水分的一種干燥方式[3]。低壓過熱蒸汽干燥（low pressure superheated steam dring, LPSSD）溫度較低，而且干燥過程中無氧氣存在，可以有效避免營養(yǎng)成分在干燥過程中的熱力降解及氧化損失，因此低壓過熱蒸汽干燥可以很好的保留食品類物料中的營養(yǎng)物質。Kongsoontornkijkul等[4]研究發(fā)現(xiàn)低壓過熱蒸汽干燥的印度醋栗茶中維生素C的保留率要高于真空干燥（vacuum drying，VD）與熱風干燥（hot air drying，HAD）的印度醋栗茶中維生素C的保留率。Husen等[5]甚至發(fā)現(xiàn)常壓過熱蒸汽干燥的鱷梨果醬中酚類物質與黃酮類物質的保留率要高于冷凍干燥。此外，低壓過熱蒸汽干燥的產品具有良好的色澤與復水性。Phungamngoen等[6]比較了熱風、真空干燥和低壓過熱蒸汽干燥對洋白菜表面顏色的影響，研究結果表明低壓過熱蒸汽干燥的洋白菜總色差值變化最小。Devahastin等[7]等也發(fā)現(xiàn)低壓過熱蒸汽干燥的胡蘿卜塊色澤與復水性要優(yōu)于真空干燥。Jamradloedluk等[8]的研究也表明過熱蒸汽干燥的榴蓮片復水性要好于熱風干燥，因此低壓過熱蒸汽干燥非常適用于果蔬等食品類物料的干燥。

雖然低壓過熱蒸汽干燥的果蔬品質要優(yōu)于熱風或真空干燥，但在干燥溫度較低時低壓過熱蒸汽干燥時間較長。Leeratanarak等[9]在研究土豆條低壓過熱蒸汽干燥與熱風干燥特性時發(fā)現(xiàn)，當干燥溫度在80 ℃以下時土豆條低壓過熱蒸汽干燥時間較長；當干燥溫度升高至80 ℃以上時，低壓過熱蒸汽干燥時間要少于熱風干燥時間。Devahastin等[7]和 Panyawong等[10]也發(fā)現(xiàn)當干燥溫度在70-90 ℃時，低壓過熱蒸汽干燥時間要長于真空干燥時間；隨干燥溫度的升高，低壓過熱蒸汽干燥時間與真空干燥時間之差逐漸減少。利用過熱蒸汽進行干燥時，存在某一溫度使得水在干空氣中的蒸發(fā)速度與在過熱蒸汽中的蒸發(fā)速度相同，在此溫度以上，水在過熱蒸汽中的蒸發(fā)速度較大；反之，則相反，該溫度稱為逆轉點溫度[11]。對于低壓過熱蒸汽干燥，逆轉點溫度需通過比較物料在低壓過熱蒸汽與真空中的干燥速率。嚴格定義上，逆轉點溫度是基于恒速干燥速率計算。文獻研究中也有作者基于整個干燥階段和降速干燥階段的干燥速率來求解逆轉點溫度。Suvarnakuta等[12]比較了分子篩基于恒速干燥階段與整個干燥階段計算的逆轉點溫度的不同，研究表明：若以恒速干燥階段計算則存在逆轉點溫度，若以整個干燥階段計算，則在試驗條件范圍內不存在逆轉點溫度。Messai等[13]則以煤炭顆粒作為多孔性試驗物料，研究了其在低壓過熱蒸汽干燥過程中的逆轉點溫度，研究結果表明：以恒速干燥階段和降速干燥階段平均干燥速率計算，都存在逆轉點溫度。

果蔬類物料在低壓過熱蒸汽干燥過程中一般無恒速干燥階段，是否存在逆轉點溫度還未見有報道。與真空干燥相比，研究果蔬類物料低壓過熱蒸汽干燥逆轉點溫度對于提高干燥過程效率具有重要意義。此外，物料的干燥品質是評價干燥方式與干燥條件的重要指標，在獲得較高干燥速率的同時應盡量保證物料中的營養(yǎng)成分。

青蘿卜中含有豐富的營養(yǎng)物質同時兼具藥用價值，其干制品被廣泛的應用于制作醬菜，調料以及配菜等。同時，青蘿卜含水率較高，其干燥過程具有代表性，本文選取青蘿卜作為代表性果蔬物料，研究其在低壓過熱蒸汽干燥過程中是否存在逆轉點溫度。同時，為進一步評價低壓過熱蒸汽干燥與真空干燥的優(yōu)劣，本文分別比較了在逆轉點溫度之上與之下對青蘿卜片進行干燥時，2種干燥方式干燥的青蘿卜片中維生素C的保留率。此外，逆轉點溫度通常較高，在獲得較高干燥速率的同時會加劇物料中營養(yǎng)成分的損失。通過分析青蘿卜片逆轉點溫度的影響因素，可選擇適宜的溫度，減少高溫干燥對物料品質的破壞。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

所用青蘿卜（十字花科，蘿卜屬，品種為衛(wèi)青蘿卜），購自天津當?shù)厥袌?。青蘿卜片的尺寸按照均勻性設計方案的尺寸準備，物料直徑的誤差為±0.3 mm，厚度的誤差為±0.1 mm。

1.2 試驗設備

低壓過熱蒸汽干燥試驗裝置如圖 1所示，主要有蒸汽發(fā)生器，蒸汽過熱器，干燥箱（由 DHG-9920型真空干燥箱改制，浙江力辰儀器科學有限公司），冷凝器，真空泵以及在線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。用于含水量測定的儀器設備為：101-00S型熱風干燥箱（浙江力辰儀器科學有限公司）；TD12001型電子天平（奧豪斯儀器上海有限公司）。青蘿卜片中維生素C的檢測采用Agilent1200型液相色譜儀（美國安捷倫科技公司）。電熱恒溫水槽 CU-420（上海精密儀器儀表有限公司）用于青蘿卜片復水比的測定。青蘿卜片干燥過程中水分類型的檢測采用MicroMR-25型低場核磁共振分析儀（蘇州紐邁電子科技有限公司）。青蘿卜切片機，自行設計制造。

1.3 試驗方法

1.3.1 均勻性試驗設計方案

均勻試驗設計方法只考慮試驗點在試驗范圍內均勻散布，挑選試驗代表點的出發(fā)點是“均勻分散”，而不考慮“整齊可比”，可使每個因素的每個水平做1次且僅做1次試驗，任2個因素的試驗點在平面的格子點上，每行每列有且僅有1個試驗點。本文采用均勻性試驗設計的方法對試驗條件進行設計。試驗所用蒸汽流量為300 mg/h，干燥壓力為0.009 5～0.020 0 MPa（文中的干燥壓力為絕對壓力），干燥溫度為75～90℃，物料直徑為28～53 mm，物料厚度為2～5 mm，將試驗條件分為4因素4水平，采用均勻試驗設計方法對試驗條件進行設計，均勻試驗設計方案見表1所示。

圖1 低壓過熱蒸汽干燥系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of the low pressure superheated steam drying system

表1 青蘿卜片第一降速干燥階段與整個干燥階段參數(shù)Table 1 Green turnip slice parameters obtained from first falling rate drying period and whole drying period

1.3.2 干燥方法

本文低壓過熱蒸汽干燥試驗與真空干燥試驗按照均勻性試驗設計表依次進行干燥，真空干燥試驗與低壓過熱蒸汽干燥試驗為同一干燥裝置，但不通入過熱蒸汽。當青蘿卜片的干基含水率降至約0.087 g/g時停止干燥[14]。

1.3.3 物料含水率與干燥速率表示方法

將青蘿卜樣品放置于 105 ℃的熱風干燥箱中，當物料的質量不再發(fā)生變化時認為青蘿卜片中水分完全去除，青蘿卜片干基含水率的計算方法如下：

式中M為青蘿卜片的干基含水率，g/g；mi為青蘿卜片在i時刻的質量，g；m為青蘿卜片完全干燥后的質量，g；青蘿卜片的初始干基含水率為12.81±1.44 g/g。

干燥速率計算公式如下：

式中r為青蘿卜片干燥速率，%/min；ΔM為t時間內青蘿卜片的干基含水率變化，g/g；t為干燥時間，min。

1.3.4 青蘿卜片復水比測定方法

青蘿卜片的復水性能與其在干燥過程中的組織結構變化有關。在復水比測定中，首先往250 mL的燒杯中裝入約150 mL的蒸餾水，然后將燒杯置于60 ℃的電熱恒溫水槽中，當燒杯內蒸餾水溫度達到并穩(wěn)定于60 ℃時將干燥后的青蘿卜片放于燒杯中并開始計時。復水15 min后將青蘿卜片取出，放置于鐵絲網上瀝干5 min，稱量并記錄青蘿卜片的質量，重復多次直到前后 2次青蘿卜的質量不再變化時停止復水。每組試驗選取 3片蘿卜片進行復水，取平均值。在本文中青蘿卜的復水能力采用復水比來表示，復水比（Rr）的計算公式如下：

式中rG、dG分別表示復水后和復水前青蘿卜片質量，g。

1.3.5 維生素C的檢測

青蘿卜片中維生素 C的檢測采用高效液相色譜法（HPLC）[15]，干燥過程青蘿卜片中維生素C的含量用保留率表示，計算方法如下：

式中，R：青蘿卜片中維生素C的保留率，%；C：青蘿卜干片中維生素C的含量，mg/g；Co：青蘿卜鮮樣中維生素C的含量，mg/g。

1.3.6 低場核磁共振分析

低場核磁共振（low field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）技術作為一種無損檢測技術能對質子躍遷的信號進行捕捉分析，從而可以定量的表示物料中的水分類型與含量。低場核磁共振技術已被應用胡蘿卜[16,17]、蓮子[18]和蘋果片[19,20]等物料干燥過程水分類型的分析。文中青蘿卜樣品中的水分類型采用紐邁 MicroMR-25型核磁共振成像分析儀進行檢測，橫向弛豫時間T2采用CPMG脈沖序列，橫向弛豫時間T2的主要操作參數(shù)為等待時間TW= 3 000 ms，回波時間TE=0.5 ms，回聲數(shù)NECH=6 000，重復次數(shù)NS=32。

1.3.7 數(shù)據(jù)處理

均勻性設計試驗數(shù)據(jù)利用Minitab 17軟件進行處理，平均干燥速率計算值的準確性采用實際值與計算值之的相對誤差δ與決定系數(shù)R2表示，相對誤差δ與決定系數(shù)R2的計算公式如下：

2 結果與分析

2.1 平均干燥速率

食品類物料在低壓過熱蒸汽干燥過程中無恒速干燥階段，有 2個降速干燥階段，因此本文選取第一降速干燥階段與整個干燥階段的平均干燥速率來求解逆轉點溫度。整個干燥階段是指青蘿卜片從初始干基含水率降至約0.087 g/g的過程。經過計算，低壓過熱蒸汽干燥的青蘿卜片第一降速干燥階段的含水率區(qū)間為（12.17± 0.82～1.70±1.63） g/g，真空干燥的青蘿卜片第一降速干燥階段的干基含水率為（11.25±1.71～2.53±0.68） g/g。低壓過熱蒸汽干燥的青蘿卜片的活化能為32.25 kJ/mol，真空干燥的青蘿卜片的活化能為36.15 kJ/mol。由多孔介質結合水的物理吸附熱范圍為20～40 kJ/mol可知[21]，青蘿卜片在低壓過熱蒸汽干燥與真空干燥過程中除去的水分主以物理吸附為主。

2.1.1 平均干燥速率擬合公式

表 1所示為青蘿卜片低壓過熱蒸汽干燥和真空干燥在整個干燥階段的平均干燥速率1?r和2?r，在第一降速干燥階段的平均干燥速率r1和r2，以及2種干燥方式所用干燥時間t1和t2的數(shù)值。

本文在均勻性試驗結果的基礎上采用Minitab 17軟件分別對基于整個干燥階段和第一降速干燥階段的低壓過熱蒸汽和真空干燥平均干燥速率進行了擬合，公式（7）～（10）分別為基于整個干燥階段和第一降速干燥階段擬合的低壓過熱蒸汽干燥和真空干燥平均干燥速率與干燥條件（壓力P和干燥溫度T）及青蘿卜片尺寸（直徑D和厚度H）之間的關系方程。

2.1.2 平均干燥速率擬合公式驗證

為了驗證擬合公式（7）～（10）所計算干燥速率的準確性，本文進行了試驗驗證。表 2所示為隨機干燥條件下青蘿卜片低壓過熱蒸汽干燥與真空干燥平均干燥速率實際值與計算值的相對誤差δ與決定系數(shù)R2。δk與Rk2分別表示青蘿卜片基于整個干燥階段平均干燥速率實際值與計算值之間的相對誤差與決定系數(shù)；δr與Rr2分別表示青蘿卜片基于第一降速干燥階段平均干燥速率實際值與計算值之間的相對誤差與決定系數(shù)。

表2 青蘿卜片平均干燥速率計算值與實際值相對誤差δ與決定系數(shù)R2Table 2 The relative error δ and determination coefficient R2 of average drying rate of green turnip slice

從表 2可以看出青蘿卜片基于整個干燥階段獲得的低壓過熱蒸汽干燥與真空干燥平均干燥速率實際值與計算值之間的決定系數(shù)分別為0.94和0.95，最大相對誤差分別為9.45%和9.20%；基于第一降速干燥階段獲得的低壓過熱蒸汽干燥與真空干燥平均干燥速率實際值與計算值之間的決定系數(shù)分別為0.89和0.91，最大相對誤差分別為9.23%和10%，試驗誤差在所接受的試驗誤差范圍之內，這說明可以由公式（7）～（10）對其它干燥條件下的平均干燥速率進行數(shù)值計算。

2.2 逆轉點溫度求解

圖2所示為在干燥壓力0.009 5 MPa，青蘿卜片厚度為3 mm，直徑為48 mm條件下分別基于整個干燥階段及第一降速干燥階段平均干燥速率求解的逆轉點溫度，圖2中，WDP（whole drying period）和 FRP（first falling drying period）分別代表基于整個干燥階段和第一降速干燥階段。

利用青蘿卜片干燥速率擬合公式（7）～（10）計算得出，基于第一降速干燥階段計算的逆轉點溫度T1=86.1℃（見圖 2），即在第一降速干燥階段，當干燥溫度低于86.1 ℃時，青蘿卜片在低壓過熱蒸汽中的干燥速率要低于在真空干燥中的速率；當干燥溫度高于86.1 ℃時，青蘿卜片在低壓過熱蒸汽中的干燥速率要高于在真空中的干燥速率?；谡麄€干燥過程計算的逆轉點溫度T2=92.7℃（見圖2），即對于整個干燥過程，當干燥溫度低于92.7℃時，青蘿卜片在低壓過熱蒸汽中的干燥速率要低于在真空中的干燥速率；當干燥溫度高于92.7 ℃時，青蘿卜片在低壓過熱蒸汽中的干燥速率要高于在真空中的干燥速率。為體現(xiàn)過熱蒸汽的干燥速率優(yōu)勢，應在逆轉點溫度以上對物料進行干燥。顯然，基于整個干燥階段計算的逆轉點溫度要高于基于第一降速干燥階段計算的逆轉點溫度，這說明低壓過熱蒸汽干燥在青蘿卜片干燥的前期要比在干燥后期更具有干燥動力學優(yōu)勢。Devahastin等[7]在研究胡蘿卜塊干燥特性時也發(fā)現(xiàn)干燥溫度對低壓過熱蒸汽干燥速率的影響要顯著高于對真空干燥的影響，Devahastin認為這是由于干燥溫度對過熱蒸汽熱力性質的影響要高于對熱空氣熱力性質的影響。由《國際單位制的水和水蒸汽性質》[22]可得，在本文中，當干燥壓力為0.009 5 MPa，干燥溫度為75 ℃～100 ℃的范圍內過熱蒸汽的定壓比熱容變化幅度小于0.041%，導熱系數(shù)升高了約5.17%，過熱蒸汽熱力性質變化不是影響干燥速率的主要因素。

圖2 基于整個干燥階段與第一降速干燥階段平均干燥速率計算的青蘿卜片逆轉點溫度Fig.2 Green turnip slice inversion temperature calculated from average drying rate of whole drying period and first falling rate drying period

對于低壓過熱蒸汽干燥與真空干燥，物料中的水分在內部汽化，水分以汽態(tài)的形式傳遞到物料表面[7]，水蒸汽在物料表面的蒸發(fā)速率受傳遞熱量[23]和干燥介質流速的影響。本文中干燥介質的流速相同，忽略干燥介質流速對物料表面水分蒸發(fā)速率的影響。由圖 3可以看出在低壓過熱蒸汽干燥與真空干燥的前期物料表面溫度波動較小，近似認為溫度恒定。低壓過熱蒸汽干燥的青蘿卜片表面恒溫階段在第一降速干燥階段結束時停止[7]。本文低壓過熱蒸汽干燥與真空干燥的第一降速干燥階段物料表面溫度處于恒定階段。由圖 3可以看出在相同干燥壓力下，隨干燥溫度的升高，低壓過熱蒸汽干燥的物料表面溫度在此階段近似相等（理論上等于水的沸點溫度，在本文中物料表面溫度略高于水的沸點溫度）；而真空干燥的物料表面溫度（等于濕球溫度），隨干燥溫度的升高而升高。由圖 3可知，升高相同的溫度，低壓過熱蒸汽干燥的物料表面與干燥介質之間的溫差變化幅度大于真空干燥，低壓過熱蒸汽干燥傳遞給物料更多的熱量，使干燥速率變化更為顯著。此外，Prothon等[24]研究發(fā)現(xiàn)生物基材料在熱風干燥過程中自由水的遷移對食品物料孔結構的影響較小，結合水的遷移導致細胞收縮、孔隙形成以及細胞和孔隙結構的崩潰，從而對食品物料孔結構產生嚴重影響。圖 4所示為利用核磁共振分析儀得到的青蘿卜干燥過程中各類型水分含量的變化。比較圖 3與圖 4可得，青蘿卜片在低壓過熱蒸汽干燥第一降速干燥階段去除的水分主要為自由水。由Prothon等[24]的研究可知，自由水的去除對物料的結構影響較小，可認為在第一降速干燥階段青蘿卜片的結構無顯著變化，即不考慮第一降速干燥階段孔結構變化對干燥速率的影響。綜上，影響基于第一降速干燥階段計算的逆轉點溫度的主要因素為物料表面溫度與干燥介質之間的溫差。

圖3 青蘿卜片低壓過熱蒸汽干燥與真空干燥過程表面溫度變化Fig.3 Surface temperature variation curve of green turnip slice during low pressure superheated steam drying and vacuum drying

圖4 青蘿卜低壓過熱蒸汽干燥過程中各類型水分峰值面積變化Fig.4 Peak area variation of various types of water in green turnip during low pressure superheated steam drying

基于整個干燥階段計算的逆轉點溫度，除干燥溫度會對干燥速率產生影響外，物料本身的變化也會對干燥速率產生影響。Moardder等[25]的研究表明生物基材料在干燥過程中的多孔結構變化會顯著影響物料的傳輸特性，如熱擴散率，水分擴散率和介電特性等。Guillard等[26]也指出對于具有多孔結構的生物基材料，隨著材料孔隙率的增加有效水分擴散系數(shù)會增加。Prakotmak等[27]和Chen等[28]將有效水分擴散系數(shù)表達為孔隙率的函數(shù)，如下所示：

式中DA為二元分子擴散系數(shù)，m2/s；ε為樣品的孔隙率；τ為物料的曲折度；Deff為有效水分擴散系數(shù)，m2/s。

從式（11）可以看出有效水分擴散系數(shù)與物料孔隙率成正比關系。Marabi等[29]利用熱風干燥，冷凍干燥以及兩種干燥方法結合的方式得到不同孔隙率的胡蘿卜干，研究發(fā)現(xiàn)胡蘿卜干復水比隨著孔隙率的增加而增加。Mcminn等[30]在研究熱風干燥的土豆片復水性時也發(fā)現(xiàn)具有較低孔隙率的土豆片復水性較差，因此物料的孔隙率可以用復水比表征。本文利用青蘿卜片的復水比來表征物料的孔隙率特點，若干燥條件對青蘿卜片復水比的影響作用較大則認為干燥條件對青蘿卜片的孔隙結構影響作用較大，即對物料干燥過程的有效水分擴散系數(shù)有較大的影響。由圖 4可得在干燥的后期青蘿卜中去除的水分主要為中度結合水（moderately bound water），中度結合水的去除會顯著影響物料的孔隙結構。圖 5所示為干燥條件對青蘿卜片復水比的影響。從圖 5中可以看出當干燥溫度由75℃升高至90℃時，低壓過熱蒸汽干燥與真空干燥的青蘿卜片復水比分別增加了4.2%和6.3%。如前所述，復水比的增加說明物料具有較高的空隙率，實際干燥過程物料有效水分擴散系數(shù)增加，從而可加快干燥速率。低壓過熱蒸汽干燥的青蘿卜片復水比隨干燥溫度的變化較小，說明隨干燥溫度的升高，低壓過熱蒸汽干燥的青蘿卜片孔隙率增加量小于真空干燥。在干燥后期，低壓過熱蒸汽干燥的青蘿卜片有效水分擴散系數(shù)增加量小于真空干燥，因此基于整個干燥階段計算的逆轉點溫度要高于基于第一降速干燥階段計算的逆轉點溫度。在本文中 2種干燥方式干燥的青蘿卜片復水比隨干燥溫度的變化差異較小，物料表面與干燥介質之間的溫差是逆轉點溫度存在的主要原因。

對于食品類物料干燥，在獲得較高干燥速率的同時往往會降低物料的品質，本文分別研究了低壓過熱蒸汽干燥與真空干燥，在逆轉點溫度前后干燥的青蘿卜片中維生素C的保留率。當干燥壓力為0.009 5 MPa，低壓過熱蒸汽與真空干燥在85 ℃干燥的青蘿卜片中維生素C的保留率分別為46.22%和42.74%；在92.7 ℃（逆轉點溫度）干燥的青蘿卜片中維生素 C的保留率分別為 40.68%和38.02%；在100 ℃干燥的青蘿卜片中維生素C的保留率分別為35.13%和33.29%。在逆轉點溫度以上與以下，低壓過熱蒸汽干燥的青蘿卜片中維生素C的保留率都要高于真空干燥，這說明在逆轉點溫度以上，低壓過熱蒸汽干燥速率不僅高于真空干燥速率，而且干燥的物料中維生素C的保留率要高于真空干燥。

圖5 干燥條件對青蘿卜片復水比的影響Fig.5 Effect of drying condition on rehydration ratio of dried green turnip slice

2.3 逆轉點溫度影響因素分析

2.3.1 干燥壓力對逆轉點溫度的影響

圖6所示直徑為48 mm，厚度為3 mm的青蘿卜片低壓過熱蒸汽干燥逆轉點溫度隨干燥壓力的變化。

圖6 青蘿卜片逆轉點溫度隨干燥壓力的變化Fig.6 Variation of green turnip slice inversion temperature with drying pressure

從圖 6可以看出，基于整個干燥階段與第一降速干燥階段計算的逆轉點溫度都隨干燥壓力的升高（真空度的下降）而升高。Suvarnakuta等[12]在研究多孔介質分子篩珠在低壓過熱蒸汽干燥中的逆轉點溫度時,也發(fā)現(xiàn)干燥壓力的升高會使逆轉點溫度升高，原因在于隨干燥壓力的升高，低壓過熱蒸汽干燥的分子篩表面溫度與干燥介質之間的溫差下降幅度大于真空干燥，使傳熱速率顯著降低。由圖 3可以看出，在低壓過熱蒸汽干燥的前期，物料表面溫度等于該操作壓力下水的沸點溫度，當干燥壓力升高時，由于水的沸點溫度升高，物料表面溫度隨之升高；而對于真空干燥，當干燥壓力升高時，在干燥的前期物料表面溫度基本不變，這與Messai等[13]的研究結果一致。隨干燥壓力的升高，低壓過熱蒸汽干燥的物料表面溫度與干燥介質之間的溫差下降，傳遞給物料的熱量降低，使干燥速率降低，因此隨干燥壓力的升高逆轉點溫度升高。由圖 5可得，低壓過熱蒸汽干燥的物料與真空干燥的物料復水比分別降低了 6.5%和12.2%，說明在干燥的后期，真空干燥的物料有效水分擴散系數(shù)顯著降低，因此基于第一降速干燥階段計算的逆轉點溫度，隨干燥壓力的變化大于基于整個干燥階段計算的逆轉點溫度變化。

2.3.2 物料厚度對逆轉點溫度的影響

圖7所示為在干燥壓力為0.0095MPa，直徑為48mm的青蘿卜片低壓過熱蒸汽干燥過程逆轉點溫度隨物料厚度的變化。

圖7 青蘿卜片逆轉點溫度隨物料厚度的變化Fig.7 Variation of green turnip slice inversion temperature with material thickness

從圖 7可以看出，隨物料厚度的增加，基于整個干燥階段計算的逆轉點溫度升高，基于第一降速干燥階段計算的逆轉點溫度變化幅度較低，可忽略。在第一降速干燥階段，改變青蘿卜片厚度不會影響干燥介質與物料表面之間的熱量傳遞。青蘿卜片在第一降速干燥階段的干燥速率無明顯變化，因此基于第一降速干燥階段計算的逆轉點溫度隨物料厚度無明顯變化。從圖5可以看出，隨物料厚度的增加，低壓過熱蒸汽干燥與真空干燥的青蘿卜片復水比分別減少了8%和3.4%，這表明在干燥的后期，隨青蘿卜片厚度的增加，低壓過熱蒸汽干燥的青蘿卜片孔隙率減少量要大于真空干燥，青蘿卜片有效水分擴散系數(shù)減小幅度要大于真空干燥，干燥速率下降更為顯著，使基于整個干燥階段計算的逆轉點溫度隨物料厚度的增加而升高。此外，本文研究發(fā)現(xiàn)物料直徑對 2種方式計算的逆轉點溫度沒有影響。

3 結 論

本文通過比較青蘿卜片低壓過熱蒸汽干燥與真空干燥過程，并通過計算整個干燥階段和第一降速干燥階段的平均干燥速率，得出以下結論：

1）在干燥壓力為0.009 5 MPa時，基于整個干燥階段與第一降速干燥階段計算的逆轉點溫度分別為92.7 ℃和86.1 ℃?；谡麄€干燥階段計算的逆轉點溫度高于基于第一降速干燥階段計算的逆轉點溫度。

2）基于整個干燥階段計算的逆轉點溫度隨干燥壓力的升高而升高，隨物料厚度的增加而增加?；诘谝唤邓俑稍镫A段計算的逆轉點溫度隨干燥壓力的升高而升高，物料厚度對逆轉點溫度無影響。在設備與物料容許的范圍內，降低干燥壓力與物料厚度可獲得較低的逆轉點溫度。

3）低壓過熱蒸汽與真空干燥在 85 ℃（逆轉點溫度以下）干燥的青蘿卜片中維生素 C的保留率分別為46.22%和42.74%；在100 ℃（逆轉點溫度以上）干燥的青蘿卜片中維生素C的保留率分別為35.13%和33.29%。在逆轉點溫度以上，低壓過熱蒸汽干燥速率不僅高于真空干燥速率，而且干燥的物料中維生素C的保留率要高于真空干燥。為體現(xiàn)低壓過熱蒸汽的干燥速率優(yōu)勢，可在逆轉點溫度以上對物料進行干燥。

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