【摘要】：蘋(píng)果片是在保持蘋(píng)果原有風(fēng)味的基礎(chǔ)上加工而成的一種休閑食品,而干燥是蘋(píng)果片加工的關(guān)鍵工藝。干燥實(shí)質(zhì)是蘋(píng)果組織水分由內(nèi)向外的遷移過(guò)程,在這個(gè)過(guò)程中蘋(píng)果組織結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生一系列物理、化學(xué)和生物方面的變化,而這些變化都與蘋(píng)果組織內(nèi)的水分和溫度分布息息相關(guān),因此了解干燥過(guò)程中蘋(píng)果組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)在不同時(shí)刻,不同位置處的水分及溫度,對(duì)提高蘋(píng)果片加工品質(zhì),降低能耗具有重要意義;另外,歐姆加熱作為一種可以有效提高蘋(píng)果片干燥速率的預(yù)處理手段,目前理論方面的相關(guān)研究較為缺乏。本文基于有限元仿真的研究手段,構(gòu)建蘋(píng)果片干燥的宏觀模型及微觀模型并試驗(yàn)驗(yàn)證,分析不同干燥條件下蘋(píng)果組織的干燥特性,以及不同細(xì)胞微觀結(jié)構(gòu)內(nèi)水分遷移規(guī)律,并基于宏觀模型和微觀模型分析歐姆加熱預(yù)處理對(duì)蘋(píng)果干燥特性的影響。(1)基于Voronoi多邊形構(gòu)建蘋(píng)果組織細(xì)胞微觀幾何模型。幾何模型細(xì)胞面積頻率分布與真實(shí)蘋(píng)果對(duì)比相似度較高,表明這種蘋(píng)果微觀幾何模型可以描述真實(shí)蘋(píng)果組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)。(2)構(gòu)建蘋(píng)果組織內(nèi)水分遷移微觀模型并進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明,不同風(fēng)速條件下蘋(píng)果組織的水分比的模擬值和試驗(yàn)值擬合很好,表明模型能夠很好的描述蘋(píng)果組織微觀結(jié)構(gòu)內(nèi)水分的遷移過(guò)程。根據(jù)微觀模型分析蘋(píng)果不同微觀結(jié)構(gòu)內(nèi)的水分遷移規(guī)律,發(fā)現(xiàn)蘋(píng)果組織表面失水速率比中心快100~1000倍;在干燥過(guò)程中細(xì)胞壁失水最快,細(xì)胞內(nèi)次之,細(xì)胞間隙失水最慢(3)建立蘋(píng)果片熱風(fēng)干燥傳質(zhì)傳熱微觀模型及宏觀模型,并試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明模型能夠較好的描述蘋(píng)果片干燥過(guò)程中的水分和溫度變化,但宏觀模型相較于微觀模型更能反映蘋(píng)果片整體的含水率變化,但微觀模型中的水分分布更能反映蘋(píng)果片真實(shí)的干燥情況,并且宏觀和微觀模型的溫度分布情況高度相似;分析了熱風(fēng)的溫度和風(fēng)速對(duì)干燥特性的影響,在外界濕度不變的條件下,發(fā)現(xiàn)溫度越高,風(fēng)速越大,蘋(píng)果片失水越快;并且風(fēng)速的影響大于溫度;其次宏觀模型對(duì)蘋(píng)果片的干燥特性的描述優(yōu)于微觀模型。綜上所述,宏觀和微觀模型各有利弊:微觀模型更能真實(shí)反映蘋(píng)果組織內(nèi)的水分分布情況,而宏觀模型對(duì)于蘋(píng)果片干燥過(guò)程中水分變化的描述更為準(zhǔn)確。(4)試驗(yàn)研究不同歐姆加熱預(yù)處理?xiàng)l件對(duì)蘋(píng)果片熱風(fēng)干燥特性的影響。結(jié)果表明,處理電場(chǎng)強(qiáng)度越大、溫度越高,熱風(fēng)干燥速率越快;歐姆加熱預(yù)處理后的干燥速率常數(shù)變化范圍為0.01834~0.02191,均高于未處理的0.01726;歐姆加熱的電場(chǎng)強(qiáng)度和處理溫度越高,蘋(píng)果組織有效水分?jǐn)U散系數(shù)越大。并基于宏觀模型分析發(fā)現(xiàn),歐姆加熱預(yù)處理可以有效提高蘋(píng)果片的干燥速率,并且歐姆加熱預(yù)處理和未處理的蘋(píng)果片對(duì)比明顯;并基于微觀模型分析蘋(píng)果細(xì)胞微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)蘋(píng)果干燥特性的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn),在干燥過(guò)程中P_m越大,細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞壁水分分布越均勻,這有利于蘋(píng)果片的進(jìn)一步干燥;D_w越大,蘋(píng)果組織失水越快,但蘋(píng)果組織的水分特性參數(shù)對(duì)干燥速率的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及外界干燥條件的影響。
【圖文】：

4 幾何模型構(gòu)建的具體操作蘋(píng)果組織的細(xì)胞微觀結(jié)構(gòu)是極為復(fù)雜的，為了便于幾何模型的構(gòu)建，并節(jié)約后續(xù)模型仿真計(jì)算的時(shí)間，因此幾何模型建立了一個(gè)只包含 1200 個(gè)細(xì)胞的 1.1mm 厚果組織塊，根據(jù)模型需要也可以構(gòu)建尺寸更大的蘋(píng)果組織幾何模型。在 matlab的 Voronoi 圖的基礎(chǔ)上，將生成的 Voronoi 圖導(dǎo)入 CAD（2017）繪圖軟件以實(shí)現(xiàn)間隙和細(xì)胞壁的進(jìn)一步構(gòu)建。 蘋(píng)果組織干燥過(guò)程的數(shù)學(xué)模型構(gòu)建1 蘋(píng)果片對(duì)流干燥的求解域?qū)τ诳諝鈱?duì)流環(huán)境，設(shè)置空氣環(huán)境的求解域尺寸為 0.4m×1m，該尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于試樣的尺寸 1.1mm×13.2mm，以保證干燥過(guò)程中空氣內(nèi)的相對(duì)濕度恒定，蘋(píng)果置于空氣環(huán)境求解域的中心位置，如圖 2-4 所示。圖 2-3 蘋(píng)果組織微觀幾何模型Fig.2-3 micro geometry of apple tissue無(wú)滑移壁

西北農(nóng)林科技大學(xué)碩士學(xué)位論文模型的驗(yàn)證織在 3 組不同風(fēng)速下失水 60s，樣本水分比隨時(shí)間的變化如圖,點(diǎn)為試驗(yàn)值。在失水前期，組織含水率降低較快，之后含水率值和仿真數(shù)據(jù)基本吻合。60s 干燥時(shí)間下，，試驗(yàn)數(shù)據(jù)和仿真值1m/s 和 2m/s 對(duì)流速度條件下，分別為 0.9970，0.9975 和 0.9表明蘋(píng)果組織微觀數(shù)學(xué)模型可以成功的描述對(duì)流條件下組織0.5m/s
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TS255.42

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本文編號(hào)：2622415