馬鈴薯干燥實驗研究

廖超

（云南師范大學太陽能研究所，云南 昆明 650500）

高壓電場干燥具有結構簡易、穩定可靠的優點，易于在農村地區推廣使用，其機理是通過向針電極施加高電壓而發生局部電離，離子在電場力的作用下向負極移動并與中性粒子碰撞而產生離子風[1]。這種離子風擾亂潮濕物料邊界層，加快物料與環境空氣的傳熱傳質[2]。離子風能有效促進物料脫水，但普遍存在干燥速率低、干燥時間長的問題[3]。相關報道高壓電場干燥枸杞，含水率下降到到10%所用時間為40小時；高壓電場干燥海參，干燥時間是烘箱干燥下的3.15倍，干燥速率僅為烘箱干燥下的30%。目前電場普遍采用針—板結構，離子風分布受限，只能作用于物料上表層，若能使離子風同時作用于物料上下表層，將提高干燥速率及減少干燥時間。為解決針-板結構的缺陷，設計針-網-針結構的電場（圖1）。板電極換成網狀電極，有利于下針尖電極產生的離子風作用在物料下表面。采用針-網-針結構的高壓電場干燥時，離子風能同時作用在物料上下表面，更能促進水分的蒸發。

圖1中將物料內部水分按Ⅰ、Ⅱ區域進行劃分。采用針—板結構的高壓電場干燥時，Ⅱ區域內的水分只能擴散到上表層后蒸發到環境中，其水分擴散路程較長，擴散阻力較大。而采用針—網—針結構的高壓電場干燥時，Ⅱ區域水分可通過下表層蒸發到環境中，水分擴散路程及擴散阻力減小。因此，采用針—網—針結構的高壓電場干燥時，物料內部水分擴散阻力更小，見圖1。

本研究中，采用針-網-針結構的高壓電場干燥系統。以馬鈴薯為對象，針—板結構的高壓電場干燥系統作對照，研究不同電場強度對馬鈴薯干燥特性的影響，為優化電場結構提供理論和實踐指導。

1 材料與方法

1.1 材料制備

馬鈴薯選用青薯9號，測得干基含水率為4.9～5.1。去皮后切成直徑70 mm，厚度40 mm的圓片（約20 g）備用。

1.2 實驗方法

圖2是實驗裝置示意圖，其中高壓直流電源（ZGS-60KV/2mA）的最大輸出電壓、電流分別是60KV、2mA。電場為針—網—針結構，上下為多針電極（100mm×100 mm），針狀電極用金屬絲鏈接，接高壓電源。針尖密度為20mm×20mm，針尖曲率半徑為0.1mm，針長為50mm，針尖與網電極的間距是50mm。中間不銹鋼網( 110mm×110mm) 作為負極，接地。電場放在高精度稱重傳感器（GJBLS-1）上，中間用聚苯乙烯隔開。排濕口處設置溫濕度探頭，用于記錄相對濕度。使用風速儀測試上下針尖所產生的離子風。用將同樣針尖密度和針板間距的針—板結構電場作為對照組。采用兩種不同結構的電場，分別在4 kv/cm、25 kv/cm、6 kv/cm的電場強度下干燥，每隔20 min記錄一次數據（質量、相對濕度），直至干基含水率降低到0.17時停止干燥。每組實驗重復三次，結果用平均值表示。所有實驗在環境溫度 26±1℃，相對濕度 51%～53%的室內進行。

2 干燥特性

任意時刻干基含水率Mi、 水分比MR及干燥速率DR

式中,mi——第i時刻馬鈴薯的質量，g；mg——馬鈴薯干基質量，g；mo——初始時刻干基含水率，%；me——平衡時刻干基含水率，%；——第時刻干基含水率，%。

3 結果與討論

圖3是采用不同結構的高壓電場干燥，不同電場強度下干基含水率隨時間的變化。圖3中，采用針—網—針結構的高壓電場干燥時，隨電場強度的增加，離子風增強，外部傳質驅動力增加，薄層馬鈴薯由干基含水率5.025下降至0.17所用時長分別是：19h、10h、6.33h。與對照組相比，干燥時長分別減少38.7%、40%、41.9%。這是由于離子風同時作用于薄層馬鈴薯的上下表層，同一電壓下與對照組相比，使其外部傳質驅動力更強。

4 結語

通過搭建針—網—針結構的高壓電場干燥系統，以薄層馬鈴薯為研究對象，分析不同電場強度下的干燥特性，得出以下結論：

采用針—網—針結構的高壓電場干燥系統，隨電場強度（4kv/cm～6kv/cm）的增加，平均干燥速率逐漸增加及干燥時長逐漸減少，平均干燥速率分別是0.255g·(g·h-1)、0.583g·(g·h-1)、0.766g·(g·h-1)，與對照組相比，分別提高63.4%、66.7%、68.3%。干燥時長分別是19h、10h、6.33h，與對照組相比，分別減少38.7%、40%、41.9%。