天然色素低溫真空干燥及其數(shù)學模型.pdf

1、天然色素主要提取自植物、動物和微生物，相對于人工合成色素，天然色素更加安全，且具有生理活性，具備一定的營養(yǎng)作用和藥理功能，因此廣泛應用于食品、醫(yī)藥以及化妝品行業(yè)。然而由于對光、熱、pH及金屬離子等的敏感性較高，使得天然色素在加工以及流通過程中易發(fā)生氧化、分解，從而嚴重影響了天然色素的單位產(chǎn)品色價和保質(zhì)期。為提高產(chǎn)品品質(zhì)，本文從天然色素的后期加工制粉入手，深入研究了不同干燥方式對天然色素產(chǎn)品品質(zhì)的影響，并重點考察了低溫真空干燥制粉的優(yōu)化工

2、藝及干燥過程的動力學模型。
　　首先，考察了不同干燥方式對天然色素品質(zhì)、形態(tài)以及整個干燥過程能耗的影響。本文選擇噴霧干燥、冷凍干燥和低溫真空干燥3種方式對天然梔子黃色素原液進行制粉研究。噴霧干燥工藝參數(shù)為：進風溫度為180~190℃，出風溫度為90~100℃，物料質(zhì)量分數(shù)為20％，風量為40 m3/h。冷凍干燥過程中：料液在-40℃下預凍2 h，完全凝結(jié)后在絕對壓強300 mtorr的干燥箱內(nèi)脫水，整個干燥過程持續(xù)49 h。低溫真

3、空干燥工藝參數(shù)：恒溫加熱板溫度為35℃，真空度為0.07 MPa，料液厚度為7 mm，物料質(zhì)量分數(shù)為15%，干燥時間為26 h。對3種不同干燥方式下的天然梔子黃色素粉末性能指標的分析發(fā)現(xiàn)：噴霧、冷凍及低溫真空干燥處理下的梔子黃色素產(chǎn)品含水量、色價及色差分別為2.89%、5.94%與5.13%（w.b.），82.3、87.9和88.5，81.79、73.88和73.63；SEM表明：噴霧干燥產(chǎn)品粉末微觀形態(tài)均一，多呈凹球形；低溫真空干燥和

4、冷凍干燥粉末均呈現(xiàn)形狀多樣且不規(guī)則的微觀形態(tài)。通過對3種干燥方式的能耗比較得知，噴霧干燥能耗最低（21900 kJ），低溫真空干燥次之（238680 kJ），冷凍干燥能耗最大（449820 kJ）。試驗結(jié)果表明：噴霧干燥對產(chǎn)品品質(zhì)影響較大；而低溫真空干燥在產(chǎn)品的品質(zhì)非常接近于冷凍干燥的前提下，能耗卻大幅降低。因此綜合產(chǎn)品品質(zhì)和經(jīng)濟效益考慮，低溫真空干燥是一種適合于天然色素制粉加工的新方法，值得做進一步研究。
　　以加熱板溫度、干燥

5、箱內(nèi)真空度、料液的質(zhì)量分數(shù)和料層厚度為影響因素，進一步研究了天然梔子黃色素低溫真空干燥制粉的優(yōu)化工藝，設計了L9(34)的正交試驗。當干燥產(chǎn)品達到一致的含水量時，對其色價（CV）、色差（CD）等指標以及干燥時間（t）進行了分析。結(jié)果表明：加熱板溫度對產(chǎn)品的色價、色差以及干燥時間影響最大；料層厚度對梔子黃色素的色價有較大影響。在真空度0.09 MPa，料液質(zhì)量分數(shù)20%以及料層厚度7 mm的單因素對比實驗中，加熱板溫度為55℃時的干燥時間

6、較35℃時縮短了21.05%，可見加熱板溫度對干燥時間影響很大；而料液質(zhì)量分數(shù)和真空度對產(chǎn)品品質(zhì)以及干燥時間影響相對較小。得到的梔子黃色素低溫真空干燥制粉的最佳工藝條件為：加熱板溫度45℃，料液質(zhì)量分數(shù)為20%，料層厚度為5 mm，真空度為0.09 MPa，驗證試驗得到的梔子黃色素粉末品質(zhì)為：含水量4.35%，色價87.8，色差74.12，干燥過程耗時1360 min。
　　選擇加熱板溫度為35、45和55℃、真空度為0.08MP

7、a、料層厚度為7mm和料液質(zhì)量分數(shù)為20%的梔子黃色素干燥試驗數(shù)據(jù)作為實測樣本，基于MATLAB軟件，建立梔子黃色素薄層干燥數(shù)學模型。經(jīng)驗證得出：在常用的8種經(jīng)驗、半經(jīng)驗薄層干燥數(shù)學模型中，Page模型對梔子黃色素低溫真空干燥過程的擬合效果最佳，該模型可以較好地描述和預測干燥過程中梔子黃色素原液含水率與干燥時間的關系。
　　本文還對天然桑椹紅色素的低溫真空干燥制粉進行了研究，試驗設計了 L16(44)正交試驗，當干燥產(chǎn)品達到一致的