本研究通过两阶段策略系统评估并优化了柚皮干燥工艺。第一阶段对比了HAD、NID和MD三种干燥方式在干燥动力学、能耗及产品质量方面的表现;第二阶段将超声波预处理与NID结合以提升性能。主要结论如下:
1.干燥效率与能耗: 高温干燥法与自然干燥法中,干燥效率随温度升高而提升;微波干燥法则随微波功率增强而提高。微波干燥法展现出最高干燥效率与最低能耗,这得益于微波诱导的内部加热和分子振动显著提升了有效水分扩散系数。
2.产品品质:60℃自然干燥法对色泽和光敏化合物的保护效果最佳(ΔE=9.54; BI=121.30),而50℃的HAD法获得最高复水率(287%)。高温与长时间干燥会损害结构完整性及复水能力。
3.水分传递建模:改良Page模型对水分变化拟合最佳,能准确描述所有干燥方法的干燥行为。
4.UPA-NID优化:超声预处理通过形成空化微通道降低内部阻力,显著提升NID效能。多目标优化确定300W/5分钟为最优条件,实现干燥效率与品质的平衡。
5.应用启示:MD法适用于快速小批量干燥;NID法推荐用于需保持品质的高价值产品;HAD法则更适合以复水为优先目标的应用场景。本文开发的UPA-NID工艺为果蔬副产品的高价值利用提供了可行路径。