远红外真空组合干燥菊花脑特性研究 李格萍１，黄卫萍２，李长友１ （１．华南农业大学工程学院 广州，５１０６４２ ２．广西农业职业技术学院 南宁，５３０００７） 摘要：在专用试验台上，考察菊花脑在远红外真空组合干燥条件下的干燥特性和温度变化特性，讨论其生命活动对干燥过程的影响规律。
评估远红外真空组合干燥工艺的实用性，为开发高效节能干燥设备提供一些基础数据。
关键词：菊花脑；远红外真空干燥；干燥特性中图分类号：S226.60 引 言 菊花脑是一种多年生宿根性山野菜，又名菊花叶、路边黄等，由于富含多种营养成分，且具有清凉解暑之功效而倍受人们的青睐［１］。
但对这一呈现巨大市场前景和极具开发价值的野菜的深加工技术及装备的研究，几乎还是空白。
为了掌握菊花脑采收后的失水规律、获取开发其高效节能干燥设备的基础数据。
本研究在受人为控制的特定试验条件下，考察菊花脑采收后在远红外真空组合干燥条件下的特性，讨论其生命活动对干燥过程的影响规律，评估远红外真空组合干燥工艺的实用性。
∗１ 试验装置与测定方法 １．１试验装置 实验装置如图１所示。
包括真空腔体，红外线发生装置、温度数据采集系统、重量数据采集系统、气动控制系统和真空机组。
真空腔体直径９００ｍｍ，高度１２００ｍｍ， 真空度最低可达５Ｐａ。
实验中，根据不同真空度的要求，可以分别开启粗抽泵、水环泵、扩散泵、维持泵进行工作。
本次实验，以真空腔体为干燥室，内置红外线发生体。
１．２测定方法 本实验利用ＬＰＳＸ型重量传感器（精度±０．０１ｇ）和ＰＴ６５０型变送器（精度±０．０５ｇ，新西兰Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｔｒａｕｓｄｕｃｅｒｓ Ｌｔｄ．生产）和ＶＢ测试平台，建立了一套连 续跟踪干燥过程中，物料重量变化的测试系统［２］，本试验记录时间间隔为１ｓ。
实验中温度的测定是使用镍铬-镍硅热电偶，测温范∗收稿日期：2007-6-28 修订日期：项目基金：广东省自然科学基金（20021042）和广东省教育厅自然基金（２００００９）作者简介：李格萍（1967—），女（汉族），籍贯：山西太原，高级工程师，再读博士研究生，研究方向是农产品加工储藏。
广州天河五山华南农业大学工程学院，５１０６４２。
Email:ligepingzhzh@通讯作者：李长友（1958—），男（汉族），籍贯：陕西蒲城，教授，博士，从事农产品加工过程控制研究。
广州天河五山华南农业大学工程学院，５１０６４２。
围为－220℃～1300℃，精度0.1℃。
温度数据的采集使 ａ．真空腔体 ｂ． ＬＰＳＸ型重量传感器 ｃ．ＰＴ６５０变送器 ｄ．计算机 ｅ．计算机 ｆ． ＤＲ２４０温度集录仪 ｇ．实验物料 ｈ．对比物料 ｉ． 红外线发生体 （热电偶测点：１．腔体上部 ２．腔体下部 ３．腔壁 ４．茎中心 ５．叶表面 ６．室内空气 ７．茎叶交叉处 ８．茎中心 ） 图１ 红外真空干燥实验装置简图 Fig1.Experimental device and the distribution of thermocouplemeasuring points用DR240型综合数据记录仪，日本横河电机厂（YOKOGAWA）生产。
该仪器A/D转换器共有30个 通道，为了更好的观察抽真空过程中温度的变化规律，本试验记录时间间隔为10s；实验材料的初始含水率按10g菊花脑样品，105℃，24h烘箱法测定，取三个重复样品的平均值。
１．３试验材料 试验材料选用大叶菊花脑和小叶菊花脑，其中大叶菊花脑是从五山花店定购的新鲜采摘的菊花脑，使用前用清洗，用滤纸吸干表面的水分备用；小叶菊花脑产于广西农业职业技术学院现代农业技术展示中心，采摘后经过预冷处理后至于冰柜保存，实验前1h取出置于室内使之接近室温，然后清洗并用滤纸吸干表面的水分备用。
实验时，将菊花脑用细铁丝串起两串，一串悬挂于真空腔体内重量传感器上，测定菊花脑去水变化，同时，将另一串悬挂在相应的位置，在茎表面、叶表面、茎中心等处设置热电偶测点，然后关上真空腔体门，开始抽真空至设定的真空度。
真空腔体内热电偶测点布置如图1所示。
１．４试验设定 本次实验首先考察菊花脑在抽真空过程和一定真空度下的干燥特性和温度变化特性，然后再考察真空红外热辐射组合干燥下菊花脑的去水特性以及与热风干燥品质对照试验，试验设定如表1所示。
表１ 试验设定表 Table1. Experimental arrangementＮｏ 试验材料 干燥条件 真空度 （ＫＰａ） 辐射距离 （ｍｍ） 温度 （℃） 相对湿度 （％） １ 大叶菊花脑 真空 ９０ ４００ ２ 大叶菊花脑 真空红外 ９０ ４００ ３ 小叶菊花脑 真空红外 ９０ ４００ ４ 小叶菊花脑 真空红外 ９０ ３００ ５ 小叶菊花脑 真空红外 ９０ ２００ ６ 小叶菊花脑 真空红外 ８０ ４００ ７ 小叶菊花脑 真空红外 ８０ ３００ ８ 小叶菊花脑 热风 ６０ ４０％ ９ 小叶菊花脑 热风 ７０ ４０％ １０ 小叶菊花脑 热风 ８０ ４０％ ２．试验结果及讨论 ２．１大叶菊花脑温度变化特性 大叶菊花脑在真空红外热辐射下温度变化特性如下０１０２０３０４０５０６００１０２０３０４０５０６０Ｔｉｍｅ（ｍｉｎ）Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（℃）(b)图２ 大叶菊花脑在远红外真空干燥条件下温度变化图 Fig2. Large-leaved CNH.M temperature change characteristics undervacuum ＆IR conditions从图２中我们可以观察到，在抽真空的前５分钟时间内，真空腔体内空气温度急剧降低，腔体底部最低空气温度达到瞬间１．９℃， 大叶菊花脑叶表面、茎表面、茎中心、茎叶交叉处等处温度也在瞬间急剧降低到４℃左右，但是，物料温度变化明显滞后于腔体内空气温度的变化，同时温度变化值也小于腔体的温度变化值，接着腔体内空气温度和物料温度开始迅速回升，同样可以观察到腔体空气温度升高的速度明显快于物料温度，升高的值也大大高于物料温度；２０分钟后，腔体空气温度升高渐趋平稳，４０分钟左右物料温度也渐趋平稳，直至４．５小时左右，物料含水率逐渐达到平衡含水率。
观察到的现象说明，在抽真空时，由于真空腔体内压力急剧下降，腔体中菊花脑物料表面以及物料中的部分自由水分在较低的压力下迅速汽化，在汽化时需吸收周围空气中的热量以提供所需要的汽化潜热，虽然，红外线发生体提供了辐射能量，但是，这一能量在短时不足以提供汽化所需的热能，因此，腔体内空气温度和菊花脑物料的温度急剧降低。
实验中，我们观察到，在真空干燥和真空红外热辐射组合干燥物料两种情形下，在形成真空的过程中及干燥的初期，真空腔体空气温度和菊花脑物料温度变化均是先达到瞬间的最低温度点后，然后真空腔体内空气温度和物料温度开始迅速回升，但菊花脑物料温度变化明显滞后于真空腔体内空气温度的变化，温度变化值也小于真空腔体空气的温度变化值。
显然这是由于菊花脑生命活动对其内部水分的扩散和温度变化有一个牵制作用。
２．２大叶菊花脑干燥特性 大叶菊花脑在真空状态和真空红外热辐射下含水率随时间变化、干燥速率随时间变化曲线如图３所示。
０２００４００６００８００１０００００．５１１．５２２．５３３．５４４．５５Ｔｉｍｅ（ｈ）Ｍｏｉｓｔｕｒｅｃｏｎｔｅｎｔ（％，ｄ．ｂ）０１００２００３００４００５０００２００４００６００８００１０００Ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｃｏｎｔｅｎｔ（％，ｄ．ｂ）Ｄｒｙｉｎｇ ｒａｔｅ（％／ｈ，ｄ．ｂ）图３ 大叶菊花脑在真空、远红外真空条件下的干燥特性曲线 Fig 3 Drying characteristic curves of large-leaved CNH.M invacuum , vacuum ＆ IR conditions从菊花脑真空、真空红外干燥特性曲线可以看到，在菊花脑真空干燥初期，虽有一定的去水能力，但是到后期去水速率缓慢接近停止。
这是由于抽真空时，随着真空腔中空气压力降低，空气中包含的水蒸汽压力也降低，势必加大物料表面水蒸汽和腔体内水蒸汽的压力势差，在这一压力势差作用下，物料中的水分进入腔体中。
随着物料水分的蒸发和扩散，在相对封闭的真空腔体中，腔体内水蒸汽压力和物料表面的水蒸汽压力趋于平衡，又因为没有提供后期去水所需要的能量，因此，物料去水速率缓慢接近停止。
因此，为了改善干燥效率，这时就要提供与之匹配的能量来加速干燥进程。
从图３我们同时看到，菊花脑真空红外干燥是一个降速干燥过程，干燥初期速率变化幅度较大，而后期速率变化幅度渐小。
这是由于在干燥初期，物料水分含量高，物料水分吸收辐射能量升温而汽化，加之干燥室内处于负压状态，此时物料内水蒸汽压大于干燥室水蒸汽压，这一压力势差的作用加速了物料水分向外扩散，脱水速率急速上升，物料含水率迅速下降，到后期，因物料中余下的水分与物料的结合能加大，去除这部分水分需要提供的能量增大，因此，干燥速率渐渐减慢。
从菊花脑真空、真空红外干燥特性曲线图中可见，真空红外干燥较真空干燥，物料降水速率加快，效率显著提高，表明真空红外干燥是一个实用有效的干燥方法。
从图４、图５，我们可以看到，在相同的真空度下， ０２００４００６００８００１００００１２３４Ｔｉｍｅ （ｈ）Ｍｏｉｓｔｕｒｅ Ｃｏｎｔｅｎｔ（％，ｄ．ｂ）（ａ）０２００４００６００８００１００００２００４００６００８００１０００Ｍｏｉｓｔｕｒｅ Ｃｏｎｔｅｎｔ（％，ｄ．ｂ）Ｄｒｙｉｎｇ Ｒａｔｅ（％／ｈ，ｄ．ｂ）（ｂ） 图４相同真空度（９０ＫＰａ）不同辐射距离小叶菊花脑干燥特性曲线 Fig4 Curves of drying characteristic of small-leaved CNH.M at different radiation distance under the same vacuum degree(90Kpa)０２００４００６００８００１００００１２３４Ｔｉｍｅ （ｈ）Ｍｏｉｓｔｕｒｅ Ｃｏｎｔｅｎｔ（％，ｄ．ｂ）（ａ）０２００４００６００８００１００００２００４００６００８００１０００Ｍｏｉｓｔｕｒｅ Ｃｏｎｔｅｎｔ（％，ｄ．ｂ）Ｄｒｙｉｎｇ Ｒａｔｅ（％／ｈ，ｄ．ｂ）（ｂ）图５ 相同辐射距离（４００ｍｍ）不同真空度下小叶菊花脑干燥特性曲线 Fig 5 Curves of drying characteristic of small-leaved CNH.M under different vacuum degree with same radiation distance (400mm)随着红外线发生体和物料间辐射距离的加大，干燥时间缩短，干燥速率加快；而在相同的辐射距离下，加大真空度也可强化干燥进程，缩短干燥时间。