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香蕉粉真空带式干燥实验研究
陈人人1 余风强1 徐成海2
（1广东省农业机械研究所，广州，510630；2东北大学机械工程与自动化学院，沈阳，110004）
摘 要：真空带式干燥非常适合于干燥高粘性高浓度的热敏性物料，是优良的果蔬粉干燥方法之一。本文通过对香蕉粉的干燥实验，研究了物料滞留时间、加热温度和真空度对干燥过程及干燥速率的影响。
关键词：真空带式干燥；香蕉；真空度 The Vacuum Belt-drying of Banana Powder
Chen Renren1 Yu Fengqiang2 Xu Chenghai2
(1 Research Institute of agricultural mechanics, Guangzhou,510630；
2 Northeastern University, Shenyang, 110004) Abstract: Vacuum belt-drying was a suitable method on high viscous and heat sensitive materials, and was considered as a suitable drying technology for vegetables and fruits powder. Several experiments on banana powder was made, and the effect of the drying conditions, residual time, heating temperature and vacuum degree, were experimentally studied.
Keywords：continuous drying；vacuum；banana
1 前言
果蔬粉是水果蔬菜深加工的重要途径之一，在食品工业的多个领域应用广泛。优质果蔬粉的生产，关键技术之一在果蔬浆脱水干燥，不同工艺将直接影响果蔬粉中维生素等营养成分含量和产品的色泽外观、溶解性等质量指标。果蔬粉干燥方法有多种，热风干燥[1]，转鼓干燥，喷雾干燥[2]，真空冷冻干燥[3]和真空干燥等。
真空带式干燥[4]是真空干燥的一种工艺，具有真空干燥的一般特点，能获得较高品质的产品，其连续工作的特点更适合于大规模的产品生产。目前对该种干燥方法的研究较少，可供查阅的文献不多[5]。为了考察真空带式干燥的干燥特性，探讨热敏性浆料在真空连续干燥过程的一些共同规律，以香蕉为实验物料对真空带式干燥的主要干燥参数（干燥时间、加热温度和工作真空度）进行了实验研究。
2 实验
2.1 实验装置
实验设备采用广东省农业机械研究所研制的GZD-S型真空带式干燥机。该设备由主机、真空系统、制冷系统、加热系统和控制系统等组成，主要技术参数：工作真空度100～10000Pa可调控；物料干燥时间13～120min可调控；热板辐射加热5区间温度40～300℃可分别调控；进料速度及浆料铺放宽度均可调控。
2.2 实验工艺
将新鲜香蕉去皮，切片，护色，热烫，冷却，打浆，制成香蕉原浆。浆料通过喂料泵从原料罐定量输入到真空室内，通过可摆动的喷嘴铺放到移动的传送带上。物料在加热和真空的作用下，边移动边干燥，到传送带终端实验结束。
2.3 实验安排
为考察干燥参数（物料干燥时间、加热温度和工作真空度）对干燥过程的影响，做了下列单因素实验。实验中参数部分固定不变，部分可变，其中固定参数：a）物料为未浓缩原浆，初始含水量基本一样，其范围为84.3%±0.4%；b）单位时间进料量不变；c）辐射加热5区间中，2－5区间的加热温度分别设定为180℃，150℃，100℃，50℃。其中变动参数：a）第1加热区间的加热温度T1；b）干燥时间，即物料在干燥机内滞留时间；c）工作真空度。实验安排见表1。 
3 结果和分析
3.1 干燥时间对干燥特性的影响
图1和图2给出不同干燥时间对物料水分含量和干燥速率影响的曲线。 
由图1可知，在传送带的相同位置上，干燥时间越长，物料水分越低，在干燥前期的恒速干燥段更明显，且降速干燥段所处的位置提前，如图2所示。干燥时间分别为100min和80min，物料最终的水分含量分别为3.07%和6.80%。物料干燥时间长，能获得更低的水分含量。
3.2 加热温度对干燥特性的影响
第1区不同的加热温度对应的水分含量曲线和降水速率曲线如图3和图4。由图4所示，在干燥前期，T1为250℃时干燥速率大于T1为200℃，原因是当输入热量大时，物料预热段缩短，较快进入恒速干燥段，在相同时间段干燥速率变大。而在加热温度相同的后区间中，物料的干燥速率几乎相等。T1为250℃和200℃时，获得的最终含水量分别为3.63%和6.80%。另外第4组的实验，1区加热温度为290℃，物料在经过第2区时即出现严重的焦糊现象，说明幅射热量过大，远远超出了水分汽化所需热量。因此，提高前期加热温度在一定程度上可缩短物料预热段，获得较低的湿含量，但过高的加热温度易使物料品质受损。 3.3 工作真空度对干燥特性的影响
3.3.1 对物料进料状态的影响
工作真空度对物料进入干燥室后的状态有很大影响。真空度为40000Pa时，物料进入后铺放均匀，没有发泡和冻结的现象；真空度为7000Pa时，物料进入后有发泡现象，冻结现象不明显；真空度为1000Pa时，物料进入后迅速发泡，冻结现象明显；真空度在500Pa时，浆料在短时间内即冻结堵塞喷嘴口，喷浆停止。实验中可见，浆料从外界进入真空室后，在很短时间内，其水分含量迅速下降，温度也迅速下降，真空度越高，水分、温度降低的幅度越大。
实验中可知，物料水分含量下降的幅度与真空度线性相关，见图5。
3.3.2对干燥速率的影响
由图6和图7可见，真空度越高，干燥前期的干燥速率反而比真空度低的要低。这是因为真空度越高，物料温度下降越大，直到冻结，因而预热升温过程时间更长；真空度低，物料温降小升温快，且物料表面热空气的对流较强，对干燥速率的影响较大；在干燥后期，真空度低时，其干燥速率很小，因为干燥后期主要由传质控制，空间压力大，不利于物料内水分的迁移。压力为40000Pa时，物料水分(湿基)在7%左右时，干燥速率为0。
 
以同样的干燥时间对物料水分含量分析，干燥至中段时间时，工作真空度高的物料含水率较真空度低的物料含水率要高，干燥至全程时间结束，工作真空度高的物料含水率较真空度低的物料含水率要稍低。
3.3.3 对干燥物料品质的影响
真空度较低时，由于对流换热作用加强，物料温升较高，褐变现象明显，物料颜色变深。从实验结果来看，40000Pa时物料颜色最深，偏焦黄色，7000Pa略显黄色，1000Pa时物料呈乳白色。
综上分析，工作真空度高， 有利于浆料进入真空室时，在短时间内水分较大幅度下降，且有利于干燥后期的水分迁移，对浆料进入真空室前适当预加热可避免进料时温降大甚至冻结的现象；工作真空度过低，虽提高了热的对流传递强度，加强了对物料的加热效果，但不利于后期的传质干燥，而且还易使物料色泽褐变，影响产品的品质。
3.4 实验中香蕉粉较佳加工工艺
通过上述过程参数的综合分析，可确定高水分香蕉原浆在本真空带式干燥机中较佳的工艺参数为：加热板温度分别为250℃，180℃，150℃，100℃和50℃，工作真空度为1000Pa，物料干燥时间为80min。在该工艺条件下，物料的干燥曲线和干燥速率曲线见图8和图9。  4 结束语
本文通过香蕉粉的干燥实验，仅就热敏性果蔬浆真空带式干燥的一般规律作了探讨，认为物料干燥时间、加热温度和工作真空度对干燥性能均有重要影响。
实验表明，真空带式干燥工艺适用于香蕉浆等高浓度、高粘性、热敏性果蔬浆的干燥加工。真空带式干燥具有很多优点，目前在我国，该技术仅在速溶食品及医药品生产等方面有少数应用，随着社会发展和业界对设备及工艺研究的深入，该技术将会在化工、医药、食品工业以及农产品深加工等方面获得更广泛的应用。 参考文献
[1] 潘永康，王喜忠. 现代干燥技术. 北京：化学工业出版社，1998
[2] 王喜忠，于才渊，周才君. 喷雾干燥（第二版）. 北京：化学工业出版社，2003
[3] 钱和，张添，刘长虹. 芦荟凝胶冷冻干燥生产技术研究. 食品与发酵工业，2002，28(6)：49~52
[4] 徐成海，张世伟，关奎之. 真空干燥. 北京：化学工业出版社，2003
[5] Kumazawa.Eltaro. Okazaki Morio. Toei Ryozo. Vacuum-drying of maltodextrin aqueous solutions with ethanol in a foamed state. Heat Transfer-Japan Research, 1990(7)：697~715
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