摘要
我国的苹果产量高，但生产季节性强，易造成产能过剩、贮藏腐烂等问题。苹果脆片深加工是解决上述问题的有效途径，干燥脱水是其中的重要环节。但常用的干燥方法中，热风干燥的产品品质差，微波干燥能耗高、干燥不均匀，真空干燥和冷冻干燥设备昂贵、生产成本高。而高压电场干燥具有低能耗、设备结构简单，以及产品营养损失少等优点，但是关于电压和针间距的苹果片高压电场干燥模型的研究和热风辅助下的高压电场-热风组合干燥最佳条件的研究较少。本文设计了一种高压电场-热风组合干燥试验装置，研究了电压、针间距、热风温度和风速对苹果片干燥特性的影响以及干燥模型，探索并优化其高压电场-热风组合干燥条件，为高压电场干燥技术的实际应用提供参考。 主要结论如下： （1）完成了高压电场-热风组合干燥试验系统设计。主要包括干燥室结构设计，数据采集控制电路设计和相关程序编写，以及高压电源和热风机的选型等。其中，高压电场-热风干燥室由热风通道和高压电场处理室组成，高压电场处理室采用“针-板”电极结构，放电间距采用步进电机丝杠移动副调节。苹果片悬挂在重量传感器下方，便于检测重量，采用荧光光纤传感器测量试样温度。数据采集控制系统用于实现重量和温度的读取、显示和存储，以及调节放电间距。 （2）研究了“针-板”电极伏安特性及高压电场的热效应。针电极的数量越多、放电间距越小，“针-板”电极的起始放电电压和击穿电压越低；在高压电场干燥过程中，击穿电压先下降、后上升，最低降至53kV。提高温度或者减小风速，会使击穿电压降低；在高压电场-热风组合干燥过程中，击穿电压同样呈现先下降、后上升的规律，最低降至46kV。高压电场没有明显的热效应，而在高压电场-热风组合干燥中，高压电场会促进苹果片温度的提升，且电压越高，苹果片升温越快。 （3）研究了电压和针间距对苹果片干燥特性的影响和干燥模型。高压电场作用下，苹果片干燥速率随电压的提高而增大；低电压干燥时，干燥初期存在恒速率干燥阶段。电压越高，苹果片的水分有效扩散系数和复水率越大，干燥比能耗越高。相同电压下，针间距为6cm时苹果片的干燥速率、水分有效扩散系数和干燥比能耗高于针间距为5cm和7cm的情况。建立了基于电压和针间距的苹果片水分比的预测函数，其中基于Logarithmic模型的预测函数更能准确的分析和预测苹果片高压电场干燥过程中水分比的变化。 （4）优化了苹果片高压电场-热风组合干燥条件，并与热风干燥进行了对比。小于0.4m/s的风速对苹果片的高压电场干燥过程有促进作用；风速大于该值后，苹果片的高压电场干燥过程受到抑制，且风速越大，抑制作用越强。温度越高，苹果片的干燥过程越快，但是试样褐变越严重、复水率越低。用综合评价法优化得到苹果片组合干燥的最佳条件为：电压40kV，风速0.45m/s，温度37℃。对比发现，该最佳干燥条件下，苹果片的干燥过程较热风干燥慢，但试样的复水能力和褐变情况优于热风干燥。
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