張建超 白羽嘉 馮作山 鄭麗萍 迪力努爾·加克甫

(1. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2. 新疆果品采后科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830052)

甜瓜是新疆盛產(chǎn)的水果之一[1]。但新疆地處偏遠(yuǎn)，甜瓜又屬于季節(jié)性強(qiáng)、產(chǎn)量大、貯藏期短的水果，易造成采后大量浪費(fèi)。目前，甜瓜干燥方式包括自然干燥、熱風(fēng)干燥、熱泵干燥、微波干燥、真空冷凍干燥、變溫壓差膨化干燥和氣體射流沖擊干燥等[2]。微波干燥現(xiàn)被廣泛應(yīng)用，弱微波是在微波干燥的基礎(chǔ)上降低其功率密度，因此不會(huì)使金屬材料產(chǎn)生電火花，并能反射微波，使物料完全吸收，也不會(huì)出現(xiàn)物料邊角焦糊的現(xiàn)象。干燥熱空氣是自然環(huán)境中溫度較高(25～35 ℃)的干燥(相對(duì)濕度在20%～50%)空氣，即干熱空氣能[3]。新疆獨(dú)特的地理位置，使之有取之不盡的干熱空氣，且干熱空氣節(jié)能環(huán)保，成本低。王童等[4]研究發(fā)現(xiàn)，微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥速率最快且花生營養(yǎng)品質(zhì)最佳；Bunushree等[5]研究了微藻的對(duì)流微波干燥動(dòng)力學(xué)模型；Hou等[6]研究發(fā)現(xiàn)，低水分樣品在較低溫度下加熱更均勻，水分剖面更均勻；Merve等[7]研究了青椒微波干燥在180 W下干燥和80 ℃下復(fù)水能夠保持其品質(zhì)特征。目前，微波─熱風(fēng)干燥技術(shù)、微波─真空干燥技術(shù)及微波干燥技術(shù)運(yùn)用較為廣泛，但對(duì)終端產(chǎn)品有一定影響，不能滿足消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品口感及營養(yǎng)的需求。研究擬采用常見的5種薄層干燥模型，研究弱微波輔助干熱空氣對(duì)甜瓜片的干燥效果，并對(duì)各個(gè)模型進(jìn)行擬合優(yōu)度評(píng)價(jià)，篩選出最適合的模擬模型，并計(jì)算出最終模型方程，旨在為甜瓜加工方式的選擇和應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

甜瓜：西州蜜25號(hào)，要求無病斑，無機(jī)械損傷，采后放入低溫庫(7 ℃)貯藏備用，產(chǎn)自新疆吐魯番。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

電子秤：JE21-JC21型，廣東香山衡器集團(tuán)股份有限公司；

微波輔助干熱空氣干燥裝置(見圖1)：自制。

1. 排氣口 2. 干燥盤 3. 隔架 4. 干燥柜門 5. 干燥柜體 6. 微波波導(dǎo)口 7. 風(fēng)扇 8. 電器控制柜 9. 潔凈干熱空氣入口 10. 引風(fēng)機(jī) 11. 空氣凈化器 12. 自然環(huán)境干熱空氣 13. 微波發(fā)生器圖1 微波輔助干熱空氣裝置Figure 1 Microwave-assisted hot air device

1.1.3 設(shè)備工作原理及方式 利用夏、秋季新疆的高溫干燥空氣，即干熱空氣能，作為主體的干燥介質(zhì)，用于脫除果蔬70%～80%的水分，微波作為輔助補(bǔ)能方式，以電磁波的形式直接將能量傳送至物料，無需中間傳熱介質(zhì)，能量損耗小、利用率高，可達(dá)90%以上；能穿透到物料內(nèi)部實(shí)現(xiàn)整體加熱，干燥過程中水分內(nèi)外擴(kuò)散平衡、蒸發(fā)速率快；此外微波還有抑殺酶和微生物的作用，便于精確調(diào)控，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。一般微波能量密度為10 kW/m3，試驗(yàn)設(shè)備降低微波場的能量密度至常規(guī)的1/20～1/50，即一種弱微波場狀態(tài)[12]，解決微波應(yīng)用中的干燥物料局部過熱，邊角焦糊、金屬器具打火等技術(shù)應(yīng)用瓶頸問題，實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)技術(shù)的生產(chǎn)應(yīng)用。

工作方式：試驗(yàn)所用干熱空氣通過空氣凈化器過濾由引風(fēng)機(jī)引入干燥柜體，再由風(fēng)扇吹向物料，潮濕空氣由排氣口排出；設(shè)備所用2M210-M1磁控管，單個(gè)功率1 000 W，工作頻率2 450 MHz，干燥柜體長3 m、寬1 m、高2 m，內(nèi)置長1 m、寬1 m干燥盤，干燥盤為大孔隙金屬網(wǎng)盤，孔隙大小為1 cm×1 cm，設(shè)備干燥時(shí)由3個(gè)微波發(fā)生器為一組按從左至右的順序輪流開啟或關(guān)閉，開啟功率3 000 W，9個(gè)微波發(fā)生器按順序開啟由3個(gè)DH48S-S時(shí)間繼電器完成(一個(gè)時(shí)間繼電器控制3個(gè)微波發(fā)生器)，其中一個(gè)作為總的時(shí)間控制器，控制其余兩個(gè)時(shí)間繼電器，這兩個(gè)時(shí)間繼電器控制風(fēng)扇和微波發(fā)生器的開啟或關(guān)閉(即一個(gè)DH48S-S時(shí)間繼電器可控制兩個(gè)時(shí)間，一個(gè)時(shí)間結(jié)束即另一個(gè)時(shí)間開始)，因此3個(gè)時(shí)間繼電器可以控制4個(gè)時(shí)間段，風(fēng)扇為一個(gè)時(shí)間，9個(gè)微波發(fā)生器3個(gè)為一組則為3個(gè)時(shí)間，開啟順序：先風(fēng)扇，然后由3個(gè)微波發(fā)生器為一組按從左至右的順序輪流開啟或關(guān)閉，微波循環(huán)時(shí)間為3組微波總時(shí)間，每組微波時(shí)間為總的微波循環(huán)時(shí)間的1/3，以保證微波能量分布均勻，避免物料局部過熱和發(fā)生邊角焦糊。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程 甜瓜經(jīng)自來水沖洗，去皮，去瓤，切片，浸入含0.20%檸檬酸、0.15%食鹽的混合溶液中護(hù)色20 min，漂洗后瀝干表面水分，裝盤，放入干燥柜體內(nèi)進(jìn)行干燥，一次微波+一次干熱空氣干燥為一次循環(huán)(干熱空氣和微波為輪流開啟或關(guān)閉)，每循環(huán)5次計(jì)一次重，風(fēng)扇風(fēng)速5 m/s，樣品初始重量1 000 g，初始含水率89.64%，干熱空氣溫度30 ℃，空氣相對(duì)濕度30%，直至濕基含水率11%以下。因試驗(yàn)設(shè)置因素為改變微波和干熱空氣的工作時(shí)間，所以將以干燥時(shí)間計(jì)改為以干燥循環(huán)次數(shù)計(jì)，循環(huán)次數(shù)隨干燥時(shí)間的延長而增加。

1.2.2 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

(1) 甜瓜切片厚度：設(shè)定干熱空氣循環(huán)干燥時(shí)間為6 min，微波循環(huán)干燥時(shí)間為120 s，甜瓜切片厚度分別為5，7，9，11，13 mm，干熱空氣和微波為從左至右輪流開啟或關(guān)閉，開啟功率3 000 W，每循環(huán)5次稱重一次，直至甜瓜片濕基含水率達(dá)11%以下，重復(fù)3次。

(2) 微波循環(huán)干燥時(shí)間：設(shè)定干熱空氣循環(huán)干燥時(shí)間為6 min，微波循環(huán)干燥時(shí)間分別為60，90，120，150，180 s，甜瓜切片厚度為9 mm，干熱空氣和微波為輪流開啟或關(guān)閉，每循環(huán)5次稱重一次，直至甜瓜片濕基含水率達(dá)11%以下，重復(fù)3次。

(3) 干熱空氣循環(huán)干燥時(shí)間：設(shè)定干熱空氣循環(huán)干燥時(shí)間分別為2，4，6，8，10 min，微波循環(huán)干燥時(shí)間為120 s，甜瓜切片厚度為9 mm，干熱空氣和微波為輪流開啟或關(guān)閉，每循環(huán)5次稱重一次，直至甜瓜片濕基含水率達(dá)11%以下，重復(fù)3次。

1.2.3 指標(biāo)測(cè)定

(1) 甜瓜片含水量：按GB 5009.3─2016執(zhí)行，按式(1)計(jì)算含水量。

(1)

式中：

H——甜瓜片水分含量，g/100 g；

L1——甜瓜片和干燥皿的質(zhì)量，g；

L2——甜瓜片和干燥皿干燥至恒重時(shí)的質(zhì)量，g；

L3——干燥皿的質(zhì)量，g。

(2) 濕基含水率：根據(jù)文獻(xiàn)[13]，按式(2)計(jì)算濕基含水率。

(2)

式中：

Wt——甜瓜片t次循環(huán)的濕基含水率，%；

Mt——甜瓜片t次循環(huán)的質(zhì)量，g；

M0——甜瓜片的初始質(zhì)量，g；

W0——甜瓜片的初始含水率，%。

(3) 水分比：根據(jù)文獻(xiàn)[14]，按式(3)計(jì)算水分比。

(3)

式中，

MR——水分比，g/g；

M0——甜瓜片的初始質(zhì)量，g；

Mg——甜瓜片干燥至平衡時(shí)刻的質(zhì)量，g；

Mt——甜瓜片t次循環(huán)的質(zhì)量，g。

(4) 干燥速率：根據(jù)文獻(xiàn)[15]，按式(4)計(jì)算干燥速率。

(4)

式中：

DR——干燥速率，%/5次；

Wt1、Wt2——甜瓜片干燥到t1、t2次的濕基含水率，%；

t1、t2——循環(huán)次數(shù)。

(5) 干燥數(shù)學(xué)模型：根據(jù)前人[16-17]研究，選擇5種相對(duì)常用的果蔬薄層干燥Thompson方程對(duì)甜瓜干燥數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，模型種類及公式見表1。

表1 常用的果蔬薄層干燥數(shù)學(xué)模型Table 1 Vegetable and fruit thin layer drying models and expressions

模型擬合優(yōu)度通過決定系數(shù)(R2)、均方根標(biāo)準(zhǔn)差(RMSE)和卡方(χ2)來判斷[18]。R2與擬合度呈正相關(guān)，RMSE和χ2與擬合度呈負(fù)相關(guān)[19]，并按式(5)～式(7)進(jìn)行計(jì)算。

(5)

(6)

(7)

式中：

MRexp,i、MRpre,i——第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)試驗(yàn)MR與模型預(yù)測(cè)MR；

N——試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)目；

n——模型中參數(shù)數(shù)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入和計(jì)算，用Origin 2018 64Bit軟件進(jìn)行繪圖和模型擬合。

2 結(jié)果與分析

2.1 弱微波輔助干熱空氣干燥甜瓜片干燥特性分析

2.1.1 切片厚度對(duì)甜瓜片干燥特性的影響 由圖2、圖3可知，當(dāng)甜瓜切片厚度為5，7，9，11，13 mm時(shí)，干燥循環(huán)次數(shù)分別為45，50，55，60，65次，甜瓜片含水率隨循環(huán)次數(shù)的增加逐漸下降，分別在循環(huán)35，40，50，55，60次有最大干燥速率，分別為3.55%/5次，3.40%/5次，2.61%/5次，2.50%/5次，2.11%/5次。水分比在干燥前期下降較快，干燥后期下降緩慢，與易麗等[20]的結(jié)果相似，說明切片厚度對(duì)干燥時(shí)間有顯著影響。甜瓜片干燥過程主要為加速和降速兩個(gè)階段，且加速階段比降速階段長，干燥速率在起初為緩慢狀態(tài)到干燥中期干燥速率加快，接近干燥終點(diǎn)時(shí)干燥速率開始減慢，可能是接近干燥終點(diǎn)，甜瓜片中的極性分子越少，吸收微波能量的能力減弱[21]，所以接近干燥終點(diǎn)時(shí)干燥速率會(huì)減慢。這與西林火姜[22]、馬鈴薯[23]、香蕉[24]的微波干燥變化規(guī)律相似。甜瓜片越薄，水分子由內(nèi)向外的擴(kuò)散途徑越短，相同質(zhì)量下接觸干熱空氣的面積越大，甜瓜片的干燥速率越快，干燥時(shí)間越短。綜合考慮，選擇切片厚度為9 mm較合適。

圖2 不同切片厚度下甜瓜片的水分比變化曲線Figure 2 Different thickness of slice the moisture ratio curve of melon slices

圖3 不同切片厚度下甜瓜片的干燥速率變化曲線Figure 3 The drying rate curve of different slice thickness of melon slices

2.1.2 微波循環(huán)干燥時(shí)間對(duì)甜瓜片干燥特性的影響 由圖4、圖5可知，當(dāng)微波循環(huán)時(shí)間為60，90，120，150，180 s時(shí)，干燥循環(huán)次數(shù)分別為70，65，55，45，35次，說明隨著微波時(shí)間的延長，干燥循環(huán)次數(shù)越少，分別在循環(huán)60，55，45，35，30次有最大干燥速率，分別為2.36%/5次，2.23%/5次，2.91%/5次，3.75%/5次，5.09%/5次。微波加熱方式為由內(nèi)向外的加熱，極性分子之間振動(dòng)摩擦產(chǎn)生熱，可為水分蒸發(fā)提供潛熱并與外部空氣形成較大的水分梯度[22]，加速水分遷移速率。甜瓜片水分比在干燥前期下降較快，后期趨于平緩，與謝輝等[25]的結(jié)果相似。干燥過程分為加速干燥和減速干燥兩個(gè)階段，干燥前期、中期甜瓜片表面水分迅速汽化，干燥速率增加[26]，干燥末期表面自由水逐漸消失，內(nèi)部自由水和少量流動(dòng)水的去除受到細(xì)胞結(jié)構(gòu)的限制，干燥速率降低[27]。與藍(lán)莓[28]、紫薯[29]、蘋果[30]等物料的微波干燥過程相似。甜瓜片干燥初期，微波干燥60 s，甜瓜片可升溫10 ℃，微波干燥120 s，可升溫20 ℃，微波干燥180 s，可升溫30 ℃，因此，隨著微波時(shí)間的延長，物料整體溫度升高，溫度越高，甜瓜片與空氣間的溫度差和濕度差增大，從而加快甜瓜片中水分?jǐn)U散速率，所以微波時(shí)間越長，干燥速率越快，干燥循環(huán)次數(shù)越少。綜合考慮，選擇微波循環(huán)時(shí)間為120 s較合適。

圖4 不同微波循環(huán)時(shí)間下甜瓜片的水分比變化曲線Figure 4 Different microwave circulation time the moisture ratio curve of melon slices

圖5 不同微波循環(huán)時(shí)間下甜瓜片的干燥速率變化曲線Figure 5 Different microwave circulation time curves of drying rate of melon slices

2.1.3 干熱空氣循環(huán)干燥時(shí)間對(duì)甜瓜片干燥特性的影響

由圖6、圖7可知，當(dāng)干熱空氣干燥時(shí)間為2，4，6，8，10 min時(shí)，甜瓜片干燥循環(huán)次數(shù)分別為65，60，55，50，40次，隨著干熱空氣循環(huán)干燥時(shí)間的延長，甜瓜片的循環(huán)干燥次數(shù)減少，分別在循環(huán)60，55，40，45，35次有最大干燥速率，分別為2.39%/5次，2.32%/5次，2.61%/5次，3.79%/5次，2.72%/5次。干熱空氣循環(huán)時(shí)間越長其水分比曲線斜率越大，干燥速率越快，干燥末期曲線斜率逐漸平緩，其干燥速率下降，與侯燕杰等[31]的結(jié)果相似。干燥過程分為加速干燥和降速干燥兩個(gè)階段，且加速干燥時(shí)間較長，與核桃[32]、樹莓[33]、無籽刺梨[34]的熱風(fēng)干燥規(guī)律相似。這是因?yàn)楦蔁峥諝饬鬟^甜瓜片表面會(huì)形成濃度邊界層，邊界層內(nèi)水分濃度梯度較大，干熱空氣的水分濃度梯度遠(yuǎn)低于甜瓜片表面的，熱空氣流過甜瓜片表面，在對(duì)流傳質(zhì)的作用下水分從甜瓜片表面?zhèn)鬟f到干熱空氣。物料傳遞給干熱空氣水分會(huì)在內(nèi)部形成水分梯度，從而推動(dòng)內(nèi)部水分向表面遷移，同時(shí)甜瓜片吸收的微波能也為內(nèi)部水分遷移提供驅(qū)動(dòng)力，使物料快速干燥[35]。綜合考慮，選擇干熱空氣循環(huán)時(shí)間為6 min 較合適。

圖6 不同干熱空氣循環(huán)時(shí)間下甜瓜片的水分比變化曲線Figure 6 Differentdry air circulation time the moisture ratio curve of melon slices

圖7 不同干熱空氣循環(huán)時(shí)間下甜瓜片的干燥速率變化曲線Figure 7 Different dry air circulation time curves of drying rate of melon slices

2.2 甜瓜片干燥動(dòng)力學(xué)模型的建立

2.2.1 不同干燥條件下的干燥模型 由表2可知，lnMR與循環(huán)次數(shù)t的線性方程既不符合指數(shù)模型也不符合單項(xiàng)擴(kuò)散模型。不同切片厚度下Page方程相關(guān)系數(shù)R2為0.971 4～0.986 6，卡方χ2為5.39×10-4～1.44×10-3，均方根標(biāo)準(zhǔn)差RMSE為0.021 19～0.031 68；Parabolic方程相關(guān)系數(shù)R2為0.994 4～0.998 9，卡方χ2為3.52×10-4～4.12×10-3，均方根標(biāo)準(zhǔn)差RMSE為0.015 69～0.055 58；Thompson方程相關(guān)系數(shù)R2為0.992 9～0.999 7，卡方χ2為4.55×10-5～1.51×10-3，均方根標(biāo)準(zhǔn)差RMSE為0.005 84～0.027 47，Thompson方程R2的最小值明顯大于Page方程和Parabolic方程的，χ2的最大值小于Parabolic方程的稍大于Page方程的，但Thompson方程的最小值明顯小于Page方程的，仍可說明甜瓜片的干燥特性，RMSE的最大值明顯小于Page方程和Parabolic方程的。

表2 不同切片厚度下模型擬合結(jié)果Table 2 Model fitting results under different slice thickness conditions

由表3可知，不同微波循環(huán)干燥時(shí)間下Page方程相關(guān)系數(shù)R2為0.974 1～0.985 2，卡方χ2為5.74×10-4～1.44×10-3，均方根標(biāo)準(zhǔn)差RMSE為0.021 86～0.030 99；Parabolic方程相關(guān)系數(shù)R2為0.996 5～0.998 8，卡方χ2為4.91×10-4～4.68×10-3，均方根標(biāo)準(zhǔn)差RMSE為0.016 75～0.058 34；Thompson方程相關(guān)系數(shù)R2為0.996 7～0.999 5，卡方χ2為2.26×10-5～3.38×10-4，均方根標(biāo)準(zhǔn)差RMSE為0.004 05～0.013 90，Thompson方程R2的最小值大于Page方程和Parabolic方程的，χ2和RMSE的最大值明顯小于Page方程和Parabolic方程的。

表3 不同微波循環(huán)干燥時(shí)間下模型擬合結(jié)果Table 3 Model under the conditions of different cycle of microwave drying time fitting results

由表4可知，不同干熱空氣循環(huán)干燥時(shí)間下，Page方程相關(guān)系數(shù)R2為0.969 2～0.987 8，卡方χ2為2.86×10-4～1.12×10-3，均方根標(biāo)準(zhǔn)差RMSE為0.015 31～0.028 30；Parabolic方程相關(guān)系數(shù)R2為0.979 4～0.998 8，卡方χ2為8.46×10-4～5.39×10-3，均方根標(biāo)準(zhǔn)差RMSE為0.024 81～0.061 43；Thompson方程相關(guān)系數(shù)R2為0.999 2～0.999 9，卡方χ2為9.55×10-6～6.19×10-5，均方根標(biāo)準(zhǔn)差RMSE為0.002 68～0.006 43，Thompson方程R2的最小值明顯大于Page方程和Parabolic方程的，χ2和RMSE的最大值明顯小于Page方程和Parabolic方程的。綜上，最適合描述弱微波輔助干熱空氣干燥甜瓜片過程中失水規(guī)律的模型為Thompson方程。

表4 不同干熱空氣循環(huán)干燥時(shí)間下模型擬合結(jié)果Table 4 Under the condition of different hot air circulation drying time model fitting results

令:

A1=a1+b1×G+c1×G2，

(8)

B1=d1+e1×G+f1×G2，

(9)

C1=g1+h1×G+i1×G2，

(10)

式中：

G——切片厚度，mm；

a1、b1、c1、d1、e1、f1、g1、h1、i1——待定系數(shù)。

根據(jù)Thompson方程擬合結(jié)果，

當(dāng)切片厚度為5 mm時(shí)，

t=0.499 3-17.045lnMR-1.854 7(lnMR)2，

(11)

當(dāng)切片厚度為9 mm時(shí)，

t=1.121 7-22.564lnMR-2.495 1(lnMR)2，

(12)

當(dāng)切片厚度為13 mm時(shí)，

t=0.579 4-25.856lnMR-2.752 3(lnMR)2。

(13)

將式(11)、式(12)、式(13)中相應(yīng)的A1值、B1值、C1值代入式(8)、式(9)、式(10)中，再將3個(gè)不同切片厚度的G1值、G2值、G3值代入式(8)、式(9)、式(10)中，得到三元一次方程組，對(duì)其求解得：

a1=-2.92，b1=0.95，c1=-0.05,d1=-5.59，e1=-2.80，f1=0.10,g1=-0.52，h1=-0.33，i1=0.01。

得到參數(shù)A、B、C的值為：

A=-2.92+0.95G-0.05G2，

B=-5.59-2.80G+0.10G2，

C=-0.52-0.33G+0.01G2。

最終得到甜瓜片在不同切片厚度(G)下的動(dòng)力學(xué)模型：

t=-2.92+0.95G-0.05G2+(0.10G2-2.80G-5.59)lnMR+(0.01G2-0.33G-0.52)(lnMR)2。

(14)

同理，甜瓜片在不同微波循環(huán)時(shí)間(H)下的動(dòng)力學(xué)模型：

t=1.88-0.02H+0.000 7H2+(0.000 3H2+0.02H-29.79)lnMR+(0.000 02H2+0.001 2H-3.15)(lnMR)2。

(15)

不同干熱空氣循環(huán)時(shí)間(S)下動(dòng)力學(xué)模型為：

t=-0.03+0.06S+0.02S2+(0.02S2+0.72S-27.59)lnMR+(0.001 1S2+0.07S-2.97)(lnMR)2。

(16)

不同干燥條件下lnMR與干燥循環(huán)次數(shù)的關(guān)系見圖8～圖10。

圖8 不同切片厚度下lnMR與干燥循環(huán)次數(shù)的關(guān)系Figure 8 Different slice thickness lnMR relationship with dry cycles

圖9 不同微波循環(huán)時(shí)間下lnMR與 干燥循環(huán)次數(shù)的關(guān)系Figure 9 The cycle time of different microwave lnMRrelationship with dry cycles

圖10 不同干熱空氣循環(huán)時(shí)間下lnMR與 干燥循環(huán)次數(shù)的關(guān)系Figure 10 Different hot air circulation time lnMRrelationship with dry cycles

2.2.2 最優(yōu)模型驗(yàn)證 為了檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臄M合度是否準(zhǔn)確，選擇切片厚度9 mm、微波循環(huán)時(shí)間120 s、干熱空氣循環(huán)時(shí)間6 min對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，將Thompson方程預(yù)測(cè)值與真實(shí)值進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見圖11，模型決定系數(shù)R2為0.995 0，卡方χ2為3.93×10-4，均方根標(biāo)準(zhǔn)差RMSE為0.016 58，說明模型能夠較好地反映弱微波輔助干熱空氣干燥甜瓜片的干燥特性和規(guī)律，可用于預(yù)測(cè)弱微波輔助干熱空氣干燥甜瓜片干燥過程的水分變化規(guī)律。

圖11 Thompson方程驗(yàn)證曲線Figure 11 Thompson model verification curve

3 結(jié)論

由弱微波輔助干熱空氣干燥甜瓜片的干燥曲線和速率曲線可知，不同干燥條件下，甜瓜片的干燥速率曲線均為先加速干燥后減速干燥兩個(gè)階段，隨著干燥循環(huán)次數(shù)的增加，甜瓜片的水分比呈下降趨勢(shì)；甜瓜片越薄，微波循環(huán)干燥時(shí)間越長，干熱空氣循環(huán)干燥時(shí)間越長，甜瓜片干燥循環(huán)次數(shù)越少；前期、中期甜瓜片干燥速率隨干燥循環(huán)次數(shù)的增加而加快，接近干燥終點(diǎn)時(shí)，干燥速率減慢。最佳干燥參數(shù)為切片厚度9 mm，微波循環(huán)時(shí)間120 s，干熱空氣循環(huán)時(shí)間6 min。

對(duì)5種干燥模型進(jìn)行線性模型擬合發(fā)現(xiàn)，Page方程、Parabolic方程和Thompson方程適合弱微波輔助干熱空氣干燥甜瓜片模型擬合，Thompson方程最適合描述弱微波輔助干熱空氣干燥甜瓜片干燥特性及規(guī)律，其R2為0.992 9～0.999 9，χ2為9.55×10-6～1.51×10-3，RMSE為0.002 68～0.027 47。通過驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，Thompson方程的預(yù)測(cè)值與真實(shí)值的線性結(jié)果相似R2為0.995 0，χ2為3.93×10-4，RMSE為0.016 58，可用于預(yù)測(cè)弱微波輔助干熱空氣干燥甜瓜片的干燥特性。試驗(yàn)未對(duì)弱微波輔助干熱空氣干燥甜瓜片干燥能耗及水分?jǐn)U散情況進(jìn)行研究，接下來可對(duì)設(shè)備干燥甜瓜片的干燥能耗，以及水分?jǐn)U散情況進(jìn)行研究。