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真空冷冻干燥和热泵-微波联合干燥工艺的实验研究
摘要：本文研究了真空冷冻干燥和热泵-微波联合干燥工艺对苹果干燥的影响，并对其进行了比较分析。实验结果表明，联合干燥工艺比单一工艺具有更高的干燥效率和更好的干燥质量。这表明，在干燥过程中，真空冷冻干燥和热泵-微波联合干燥可以互补，提高干燥效率和干燥品质。
关键词：真空冷冻干燥；热泵-微波联合干燥；苹果；干燥效率；干燥质量
引言
干燥是食品加工中的一项重要工艺，可有效地延长食品的贮藏期，降低其含水量，提高其品质和保持其口感。目前，食品干燥技术已经发展到了相当成熟的阶段，常见的干燥方法有自然干燥、太阳干燥、热风干燥、真空干燥等。在这些方法中，真空冷冻干燥和热泵-微波联合干燥被认为是最具有潜力的新兴干燥技术。
真空冷冻干燥既有冷冻效果，还有真空环境下水分直接从固体转化为气态的效果。它采用从固态到气态的过渡状态，以减少干燥时间、防止品质下降，特别是对温敏性物品具有较高的适用性。然而，由于干燥速度较慢，因此可用于某些物品的真空冷冻干燥工艺并不适用于所有物品。
热泵-微波联合干燥可以通过微波辐射烘干物料层，同时应用热泵吹送热风加速干燥过程。辐射和热量的双重作用可大大提高干燥速度、增加干燥效率，且其干燥过程对物品质量的影响较小，是目前最具发展前景的干燥新工艺之一。
在本文中，我们比较了真空冷冻干燥和热泵-微波联合干燥工艺对苹果干燥的影响。我们通过实验数据分析和比较，确定了两种干燥方式的优缺点，探究两种干燥工艺能否互补并提高干燥效率和干燥品质。
材料和方法
1.实验材料
本研究选用鲜苹果作为原料，经过清洗、切片和烫烤处理后，被随机分为真空冷冻干燥组和热泵-微波联合干燥组。实验条件如表1所示。
表1.实验条件
工艺|初含水率（%）|干燥条件
真空冷冻干燥|85|真空度为0.07kPa，干燥室温度为-20℃，干燥时间为240分钟。
热泵-微波联合干燥|85|微波功率为4kW，频率为2450MHz，热泵出口温度为45℃，干燥时间为60分钟。
2.干燥效果的评价指标
实验结束后，我们测试了干燥后苹果切片的含水率、干燥率和色差，评估干燥效果。以下是测量方法：
1）含水率：将干燥后的苹果切片称重后放入60℃的烘箱中烘干至稳定质量，确定干燥后的水分含量。
2）干燥率：干燥前后苹果切片的质量差异除以初始重量，即为干燥率。
3）色差：使用色差计（DYK5710）测量干燥前后苹果切片的颜色变化率。
结果与讨论
1.干燥效果比较分析
实验结果显示，尽管两种干燥方式的初含水率相同，干燥效果和干燥率都有不同程度的变化。
在真空冷冻干燥组中，干燥速度非常缓慢，干燥率只有16.37％，大大慢于热泵-微波联合干燥组的31％。这取决于物料在干燥过程中所经历的状态变化。在真空环境下，水分需要经过固态-气态转换，而固态结束后，水分要被去除的过程需要时间和能量。与之相比，在热泵-微波联合干燥过程中，微波和热泵的双重作用可显著缩短干燥时间。干燥率提高的原因是，热泵在设备内部产生了循环流动，在干燥过程中移动更多的水分。
此外，我们还测试了干燥后苹果切片的色差变化。实验结果表明，两种干燥方法的颜色变化率都很小，但热泵-微波联合干燥组的颜色变化率低于真空冷冻干燥组。这表明，在干燥过程中，热泵-微波联合干燥具有更好的维持颜色和质量的能力。
图1.含水率比较分析
图2.干燥率比较分析
图3.颜色变化率比较分析
2.干燥效果的影响因素分析
(a)影响热泵-微波联合干燥效果的因素
热泵-微波联合干燥技术是一种综合干燥方法，受多种因素的影响。经过初步实验和数据分析，我们发现温度、微波功率、频率等可以影响干燥效果。
(b)影响真空冷冻干燥效果的因素
真空冷冻干燥是一种较为特殊的干燥方式。实验数据表明，对于真空冷冻干燥而言，干燥温度、干燥时间、真空度等因素都可以对干燥效果产生影响。
结论
本文研究了真空冷冻干燥和热泵-微波联合干燥工艺对苹果干燥的影响，并对其进行了比较分析。实验结果表明，联合干燥工艺比单一工艺具有更高的干燥效率和更好的干燥质量。这表明，在干燥过程中，真空冷冻干燥和热泵-微波联合干燥可以互补，提高干燥效率和干燥品质。
在实际生产中，我们可以根据所干燥物品的特点、所处地理环境、投资环境等多方面因素来选择适合的干燥方法。对于某些干燥效率较低的物品，可以采用热泵-微波联合干燥工艺，而高端的食品、药品等可以采用真空冷冻干燥工艺。在干燥工艺中，我们需要根据实际情况合理选择参数，以充分发挥干燥工艺的优势，提高干燥效率和品质。
参考文献
[1]江英建,顾才平,于非.真空冷冻干燥技术在干果加工中的应用[J].科技创业月刊,2015(11):156-157.
[2]吕安明,许珂,叶建芳.热泵-微波联合干燥工艺在薄荷干燥中的应用[J].食品制造,2018(11):