黃紀(jì)民，吳釗龍，李 浩，陳桂英，林 芳，李秉正，黃志民,

（1.廣西科學(xué)院，非糧生物質(zhì)酶解國家重點(diǎn)實(shí)驗室/國家非糧生物質(zhì)能源工程技術(shù)研究中心/廣西生物煉制重點(diǎn)實(shí)驗室，廣西南寧 530007；2.廣西中科微波先進(jìn)制造產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，廣西南寧 530007；3.南寧市中科微波先進(jìn)制造產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，廣西南寧 530007；4.南寧學(xué)院機(jī)電與質(zhì)量技術(shù)工程學(xué)院，廣西南寧 530200）

西林火姜又名細(xì)肉姜、小黃姜，姜科屬植物，草本多年生單子葉植物姜的地下根莖，一種常見的香辛調(diào)味料和傳統(tǒng)中醫(yī)藥材[1]。西林火姜姜球較小，根、莖、皮、肉皆為淡黃色，肉質(zhì)致密，姜香濃郁，因其姜辣素含量高，食用口感火辣，辛辣味濃，辛辣與香味和藥效都優(yōu)于大種生姜，故被稱為“火姜”。西林火姜有益脾胃、除濕消痞、止咳祛痰等功效，是廣西百色市西林縣著名特產(chǎn)，已評為中國國家地理標(biāo)志產(chǎn)品[2?3]。目前，以西林火姜為原料的加工品已有西林姜晶[4]、西林火姜枸杞復(fù)合型飲料[5]等。

西林火姜收獲時間短，水分含量高，不利于貯藏和運(yùn)輸。因此將西林火姜加工制成干姜片和姜粉，不僅可以延長貯藏期，而且方便運(yùn)輸和進(jìn)一步的深加工。在實(shí)際生產(chǎn)中，熱風(fēng)干燥是西林火姜干姜片的主要干燥方法，然而，熱風(fēng)干燥存在干燥時間長、能耗大、品質(zhì)差等狀況。微波是一種頻率在300 MHz~300 GHz之間、波長1 mm~1 m的電磁波，它介于低頻的無線電波和高頻的紅外線之間，屬于非電離輻射[6?8]。微波干燥具有干燥速度快、干燥持續(xù)進(jìn)行、易于控制等特點(diǎn)[9?10]。唐小閑等[11]以馬蹄為原料，采用微波間歇方式對馬蹄淀粉進(jìn)行干燥，結(jié)果表明經(jīng)微波間歇干燥后含水率達(dá)到淀粉安全含水率的標(biāo)準(zhǔn)，白度得到小幅提高，酸度下降，碘藍(lán)值上升，綜合品質(zhì)得到提高。韓姝葶等[12]利用微波間歇干燥鐵皮石斛，結(jié)果表明，微波間歇干燥可以在縮短干燥時間的同時，有效保留總酚及多糖類物質(zhì)。李進(jìn)一等[13]對發(fā)酵菜籽餅進(jìn)行微波間歇干燥，結(jié)果表明，微波功率、間歇時間、微波加熱時間對發(fā)酵菜籽餅的微波間歇干燥都有顯著影響，選擇適當(dāng)?shù)奈⒉ㄩg歇干燥工藝能達(dá)到提高干燥速率和減少干燥能耗的目的。通過有效增加間歇這一步驟，能充分脫除西林火姜片水分，有效防止過熱及局部焦糊，保證物料品質(zhì)。然而，關(guān)于采用微波間歇干燥加工西林火姜的研究未見報道。

本研究以西林火姜為原料，采用微波間歇干燥技術(shù)制備干姜片。探究不同功率密度、不同間歇時間、不同鋪料密度、不同切片厚度4個條件對西林火姜微波間歇干燥特性的影響，構(gòu)建關(guān)于西林火姜微波間歇干燥的動力學(xué)模型，并對試驗結(jié)果進(jìn)行驗證，為微波間歇干燥技術(shù)應(yīng)用于西林火姜干燥提供試驗依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

西林火姜 取自廣西西林縣古障鎮(zhèn)者黑村，個體完整、大小均勻、無機(jī)械傷的新鮮西林火姜。

Webox-A6型微波干燥機(jī) 株洲市微朗科技有限公司；JJ1000型電子天平 常熟市雙杰測試儀器廠；DHS-20A型水分測定儀 力辰科技寧波有限公司。

1.2 實(shí)驗方法

1.2.1 干燥工藝流程 西林火姜→清洗→瀝干→切片→擺盤→微波間歇干燥→干片

1.2.2 功率密度對西林火姜微波間歇干燥特性的影響 在加熱時間固定1 min，間歇時間為1 min，鋪料密度為0.6 g/cm2，切片厚度為4 mm條件下，分別考察功率密度為0.3、0.6、0.9、1.2、1.5 W/g時對西林火姜微波間歇干燥特性的影響。利用間歇時間記錄干燥過程中的重量，干燥至干基含水量小于0.12 g/g為止[14]。

1.2.3 間歇時間對西林火姜微波間歇干燥特性的影響 在加熱時間固定1 min，功率密度為0.9 W/g，鋪料密度為0.6 g/cm2，切片厚度為4 mm條件下，分別考察間歇時間為0.5、1.0、1.5、2.0 min時對西林火姜微波間歇干燥特性的影響。利用間歇時間記錄干燥過程中的重量，干燥至干基含水量小于0.12 g/g為止。

1.2.4 鋪料密度對西林火姜微波間歇干燥特性的影響 在加熱時間固定1 min，功率密度為0.9 W/g，間歇時間為1.0 min，切片厚度為4 mm條件下，分別考察鋪料密度為0.2、0.4、0.6、0.8 g/cm2時對西林火姜微波間歇干燥特性的影響。利用間歇時間記錄干燥過程中的重量，干燥至干基含水量小于0.12 g/g為止。

1.2.5 切片厚度對西林火姜微波間歇干燥特性的影響 在加熱時間固定1 min，功率密度為0.9 W/g，間歇時間為1.0 min，鋪料密度為0.6 g/cm2的條件下，分別考察切片厚度為2、4、6、8 mm時對西林火姜微波間歇干燥特性的影響。利用間歇時間記錄干燥過程中的重量，干燥至干基含水量小于0.12 g/g為止。

1.3 指標(biāo)測定方法

1.3.1 含水量的計算方法 通過用DHS-20A型快速水分測定儀測定西林火姜的含水量。得到西林火姜平均初始含水量為80.01%。西林火姜干基含水量根據(jù)式（1）計算：

式中，M—西林火姜微波干燥到t時刻時的干基含水量，g/g；mt—西林火姜微波干燥到t時刻時的質(zhì)量，g；m—絕干西林火姜的質(zhì)量，g[15]。

1.3.2 干燥速率的計算方法 干燥過程中干燥速率（Drying rate，DR）按公式（2）計算：

式中，DR—干燥速率，g/（g·min）；Δt—相鄰2次測定西林火姜的時間間隔，min；Mt+Δt—干燥至t+Δt時刻西林火姜的干基含水量，g/g；Mt—干燥至t時刻西林火姜的干基含水量，g/g[16]。

1.3.3 水分比的計算 水分比（Moisture ratio，MR）用于表示一定干燥條件下物料未被干燥除去的水分。干燥過程中MR計算按公式（3），（4）計算：

式中，MR—水分比；Mt—干燥至t時刻西林火姜的干基含水量，g/g；Me—西林火姜平衡干基含水量，g/g；M0—西林火姜初始干基含水量，g/g；由于西林火姜的平衡干基含水量Me遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于M0和Mt，通?？梢院雎圆挥?，因此，可將式（3）簡化成式（4）進(jìn)行計算[17]：

1.3.4 有效水分?jǐn)U散系數(shù) 水分有效擴(kuò)散系數(shù)（Effective diffusivity coefficient，Deff）是描述水分通過擴(kuò)散遷移脫除的能力，可由第二菲克定律計算得到，干燥過程中Deff計算按公式（5），（6）計算：

式中：MR—水分比；L—西林火姜的切片厚度，mm；t—干燥時間，min；Deff—水分有效擴(kuò)散系數(shù)，m2/s。以lnMR對干燥時間t做直線方程，得到斜率k，代入公式（6）中求出Deff[8]。

1.3.5 單位質(zhì)量能耗的測定 單位質(zhì)量能耗是單位產(chǎn)量所消耗的能量值，研究單位質(zhì)量能耗可以更直觀發(fā)現(xiàn)更為節(jié)能的微波加工西林火姜片的工藝參數(shù)。

式中：e—單位質(zhì)量能耗，W/（kJ/g）； p—微波功率，W；m—除去的水分質(zhì)量，g；t—微波加熱時間，s[18]。

1.3.6 感官評價 對干燥后的西林火姜片進(jìn)行感官評定，能直觀評價不同實(shí)驗條件下西林火姜干制品的品質(zhì)。由10名感官評價員對西林火姜片的外觀、口感、氣味做出綜合評定，評分標(biāo)準(zhǔn)如表1。

表1 感官評價標(biāo)準(zhǔn)表Table 1 Standard table of sensory evaluations

1.3.7 色澤測定 用CR-400型手持色差儀測定干燥前后西林火姜片L*、a*、b*值。L*值代表亮度從黑（L*=0）到白（L*=100）；a*值代表紅綠度從綠（-）到紅（+）；b*值代表黃藍(lán)度從藍(lán)（?）到黃（+）。每組實(shí)驗測量6個樣本，取其平均值。按公式（8）計算色差值[19]:

式中：L1*、a1*、b1*為干燥前西林火姜片的色度值；L0*、a0*、b0*為干燥后西林火姜片的色度值。

1.3.8 綜合指標(biāo) 運(yùn)用隸屬度的綜合評分法，將色差值、單位質(zhì)量能耗、感官評分各項指標(biāo)對西林火姜片干燥工藝進(jìn)行綜合評分[20]。感官評價指標(biāo)都是越大越好，按式（9）計算。色差值和單位質(zhì)量能耗指標(biāo)都是越小越好，按式（10）計算，綜合評分S按（11）計算。

式中，I為隸屬度；ci為指標(biāo)值；cmin為指標(biāo)最小值；cmax為指標(biāo)最大值。

按式（11）進(jìn)行加權(quán)得干燥工藝的綜合評分S

式中，S為綜合評分；I1為感官評分隸屬度；I2為色差值隸屬度；I3為單位質(zhì)量能耗隸屬度； a、b、c為各指標(biāo)權(quán)重。

本文考慮以感官評價和色差值為主要指標(biāo)，單位質(zhì)量能耗為次要指標(biāo)，于是取a=0.40，b=0.40，c=0.20。

1.3.9 干燥模型的擬合 本試驗選用了4種最常見的干燥模型對西林火姜的干燥模型進(jìn)行線性擬合[21]，有利于對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，4種動力學(xué)模型及其表達(dá)式見表2。

表2 4 種動力學(xué)模型及其表達(dá)式Table 2 Four kinetic models and their expressions

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Origin 8.0繪圖，采用JMP 15.0 軟件對西林火姜微波間歇干燥試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行線性/非線性回歸擬合，擬合度由決定系數(shù)R2、均方根誤差RMSE和誤差平方和SSE來評價，R2越大， RMSE和SSE越小則說明模型擬合效果越好[22]。

式中：MRexp,i，物料干燥試驗時第i個水分比；MRpre,i，擬合模型時第i個水分比；n，試驗測定數(shù)據(jù)個數(shù)；為試驗中i個實(shí)際的均值[23]。

2 結(jié)果與分析

2.1 西林火姜微波間歇干燥特性

2.1.1 微波功率密度對西林火姜干燥間歇特性的影響 在1.2.2試驗條件下，測得不同微波功率密度對西林火姜片微波干燥曲線和干燥速率曲線如圖1所示。

圖1 西林火姜片不同功率密度下的干燥曲線（a）和干燥速率曲線（b）Fig.1 Drying curves （a） and drying rate curves （b） of Xilin fire ginger slices at different power densities

由圖1a可知，微波功率密度是影響西林火姜微波間歇干燥的重要因素，西林火姜的干基含水量隨著干燥時間的延長持續(xù)降低，微波功率密度越大，西林火姜的干燥曲線斜率越大，干燥到相應(yīng)干基含水量（低于0.12 g/g）的時間越短。當(dāng)微波功率密度為1.5 W/g時，干基含水量達(dá)到要求（低于0.12 g/g）的時間為19 min，而微波功率密度為0.3 W/g時，干基含水量達(dá)到要求低于0.12 g/g的時間為84 min，時間相差3.42倍，這是由于其他條件固定時，單位質(zhì)量物料吸收的微波能（即能量密度） 隨著微波功率密度增大而增加，物料產(chǎn)生的熱量更快，形成與周圍熱空氣較大的水分梯度，加快了干燥速度，干燥時間就越短，因此，在一定的功率密度范圍內(nèi)，適當(dāng)?shù)靥岣呶⒉üβ拭芏瓤梢钥s短干燥時間[24]。

由圖1b可知，5條不同微波功率密度的干燥速率曲線均有明顯加速、恒速和降速三個階段，其中，微波功率密度越大，干燥速率越大。隨著微波功率密度增大，西林火姜片表面單位面積水分吸收的微波能就越多，從而加速了西林火姜片表面的水分遷移使干燥速率增大[25]。

2.1.2 微波功率密度對西林火姜干制品品質(zhì)的影響

在1.2.2試驗條件下，測得不同微波功率密度對西林火姜片干制品品質(zhì)的影響如圖2和圖3所示。

圖2 微波功率密度對西林火姜片干制品的影響Fig.2 The influence of microwave power densities on the drying quality of Xilin fire ginger slices

圖3 微波功率密度對西林火姜片綜合指標(biāo)的影響Fig.3 Effect of microwave power densities on the comprehensive indicators of Xilin fire ginger slices

由圖2可知，在其他條件固定時，西林火姜片單位質(zhì)量能耗隨著微波功率密度的增大先上升后下降，原因是微波功率密度越小，水分含量越高，吸收微波的能力越強(qiáng)，消耗的能量越高，但隨著功率密度的增大，含水率越來越低，到干燥后期，能夠通過干燥去除的水分的質(zhì)量變化不大，所以功率越大，單位質(zhì)量能耗也越來越大。隨著微波功率密度的增大，感官評價先上升后下降，微波功率密度過大導(dǎo)致西林火姜片部分焦化，功率過小造成西林火姜片軟綿，口感不佳。在微波功率密度為0.9 W/g時，西林火姜片的色差值最小，說明該條件下獲得的西林火姜片顏色、狀態(tài)均較好。由圖3可知，當(dāng)微波功率密度為0.9 W/g時綜合評分最高。當(dāng)微波功率密度為0.9 W/g時，感官評價為92 分，色差值為1.28，單位質(zhì)量能耗是7.88 W/（kJ/g），綜合評分是0.92。故最佳微波功率密度為0.9 W/g。

2.1.3 間歇時間對西林火姜微波間歇干燥特性的影響 在1.2.3試驗條件下，測得不同間歇時間對西林火姜片微波干燥曲線和干燥速率曲線如圖4所示。

圖4 西林火姜片不同間歇時間下的干燥曲線（a）和干燥速率曲線（b）Fig.4 Drying curves （a） and drying rate curves （b） of Xilin fire ginger slices at different intervals

由圖4a知，不同間歇時間西林火姜片微波干燥曲線線形相似，間歇時間越大，西林火姜的干燥曲線斜率越小，干燥到干基含水量低于0.12 g/g所需干燥時間越長。間歇時間分別為0.5、1.0、1.5、2.0 min時所需的干燥時間為25、31、35、43 min。

由圖4b知，4條不同間歇時間的干燥速率曲線均有明顯加速、恒速和降速三個階段；間歇時間越大，干燥速率越小。隨著干燥的進(jìn)行，當(dāng)間歇時間過短時，會造成局部過熱，導(dǎo)致西林火姜片焦糊。當(dāng)間歇時間過長時，所需的干燥總時間越長，且增加能耗。因此，有效增加間歇這一步驟，能充分脫除西林火姜片水分，有效防止局部焦糊，保證物料品質(zhì)[26?27]。

2.1.4 間歇時間對西林火姜干制品品質(zhì)的影響 在1.2.3試驗條件下，測得不同間歇時間對西林火姜片干制品品質(zhì)的影響如圖5和圖6所示。

圖5 間歇時間對西林火姜片干制品的影響Fig.5 The influence of intervals on the drying quality of Xilin fire ginger slices

圖6 間歇時間對西林火姜片綜合指標(biāo)的影響Fig.6 Effect of intervals on the comprehensive indicators of Xilin fire ginger slices

由圖5可知，在其他條件固定時，西林火姜片單位質(zhì)量能耗隨著間歇時間的增加而增加，間歇時間過長會降低干燥效率，單位質(zhì)量能耗高，所需的干燥時間越長。隨著間歇時間的增加，感官評分呈先上升后下降的趨勢，色差值呈下降的趨勢，間歇時間過短會導(dǎo)致西林火姜片局部過熱而出現(xiàn)部分焦糊，色差值越大；間歇時間過長造成西林火姜片軟綿，口感不佳。

由圖6可知，在其他條件固定時，綜合評分隨著間歇時間增加，呈先上升后下降趨勢，當(dāng)間歇時間為1.0 min時綜合評分最高。當(dāng)間歇時間為1.0 min時，感官評價為92分，色差值為1.28，單位質(zhì)量能耗是7.88 W/（kJ/g），綜合評分是0.94，故最佳間歇時間為1.0 min。

2.1.5 鋪料密度對西林火姜微波間歇干燥特性的影響 在1.2.4試驗條件下，測得不同鋪料密度對西林火姜片微波干燥曲線和干燥速率曲線如圖7所示。

由圖7a知，鋪料密度越大，西林火姜的干燥曲線斜率越小，干燥到干基含水量降至趨于平緩所需干燥時間越長。鋪料密度分別為0.2、0.4、0.6、0.8 g/cm2時所需的干燥時間為22、26、32、34 min。

由圖7b知，4條不同鋪料密度的干燥速率曲線均有明顯加速、恒速和降速三個階段。隨著鋪料密度越大，干燥速率越小。這是由于在微波功率密度，間歇時間，切片厚度恒定的情況下，鋪料密度越大，單位質(zhì)量西林火姜片所分配到的微波功率減少，物料產(chǎn)生的熱量越慢，干燥速率越小，因此所需的干燥時間越長[28]。

圖7 西林火姜片不同鋪料密度下的干燥曲線（a）和干燥速率曲線（b）Fig.7 Drying curves （a） and drying rate curves （b） of Xilin fire ginger slices under different paving densities

2.1.6 鋪料密度對西林火姜干制品品質(zhì)的影響 在1.2.4試驗條件下，測得不同鋪料密度對西林火姜片干制品品質(zhì)的影響如圖8和圖9所示。

圖8 鋪料密度對西林火姜片干制品的影響Fig.8 The influence of paving densities on the drying quality of Xilin fire ginger slices

圖9 鋪料密度對西林火姜片綜合指標(biāo)的影響Fig.9 Effect of paving densities on the comprehensive indicators of Xilin fire ginger slices

由圖8可知，在其他條件固定時，隨著鋪料密度的增加，單位質(zhì)量能耗明顯增加，主要是因為單位質(zhì)量西林火姜片所吸收微波越來越少，失水速度越來越慢，因此所消耗的能量越多。色差值隨著鋪料密度的增加，呈下降的趨勢。隨著鋪料密度的增加，感官評分呈先上升后下降的趨勢，主要是因為鋪料密度過小會導(dǎo)致西林火姜片加熱快，導(dǎo)致過熱，出現(xiàn)部分焦糊的情況，品質(zhì)差。

由圖9可知，在其他條件固定時，綜合評分隨著鋪料密度增加，呈先上升后下降趨勢，當(dāng)鋪料密度為0.6 g/cm2時綜合評分最高。當(dāng)鋪料密度為0.6 g/cm2時，感官評價為92分，色差值為1.28，單位質(zhì)量能耗是7.88 W/（kJ/g），綜合評分是0.83。故最佳鋪料密度為0.6 g/cm2。

2.1.7 切片厚度對西林火姜微波間歇干燥特性的影響 在1.2.5試驗條件下，測得不同切片厚度對西林火姜片微波干燥曲線和干燥速率曲線如圖10所示。

圖10 西林火姜片不同切片厚度下的干燥曲線（a）和干燥速率曲線（b）Fig.10 Drying curve （a） and drying rate curve （b） of Xilin fire ginger slices under different slice thicknesses

由圖10a知，隨著干燥時間的增加，西林火姜片的干基含水量呈現(xiàn)降低趨勢，且西林火姜的切片厚度越大，干燥曲線斜率越小，干燥到干基含水量低于0.12 g/g所需干燥時間越長。其中，在切片厚度分別為2、4、6、8 mm時所需的干燥時間分別為24、34、37、44 min。

由圖10b知，4條不同切片厚度的干燥速率曲線均有明顯加速、恒速和降速三個階段；切片厚度越大，干燥速率越小。因為對于一定體積的物料來說，隨著切片厚度的增大，延長了熱量從外到內(nèi)傳遞的距離，也延長了熱量從內(nèi)到外擴(kuò)散的距離，內(nèi)部水分遷移阻力變大，從而減慢了熱量和水分的傳遞速度，傳質(zhì)與傳熱的速度也減慢，從而減少了干燥速率[29]。

2.1.8 切片厚度對西林火姜干制品品質(zhì)的影響 在1.2.5試驗條件下，測得不同切片厚度對西林火姜片干制品品質(zhì)的影響如圖11和圖12所示。

圖11 切片厚度對西林火姜片干制品的影響Fig.11 The influence of slice thicknesses on the drying quality of Xilin fire ginger slices

圖12 切片厚度對西林火姜片綜合指標(biāo)的影響Fig.12 Effect of slice thicknesses on the comprehensive indicators of Xilin fire ginger slices

由圖11可知，在其他條件固定時，切片厚度過大會降低干燥效率，單位質(zhì)量能耗高，所需的干燥時間越長。隨著切片厚度的增加，感官評分呈先上升后下降的趨勢，主要是因為切片厚度過小，干燥速率過快，導(dǎo)致西林火姜片局部過熱形成焦糊，切片厚度過大，干燥速率較慢，導(dǎo)致部分西林火姜片軟綿，口感不佳。由圖12可知，在其他條件固定時，綜合評分隨著切片厚度增加，呈先上升后下降趨勢，當(dāng)切片厚度為6 mm時綜合評分最高。當(dāng)切片厚度為6 mm時，感官評價為94分，色差值為1.12，單位質(zhì)量能耗是9.04 W/（kJ/g），綜合評分是0.89，故最佳切片厚度為6 mm。

2.2 西林火姜片微波間歇干燥模型的擬合和建立

將不同微波功率密度、不同間歇時間、不同鋪料密度、不同切片厚度下西林火姜片的水分比和干燥時間的干燥曲線進(jìn)行非線性回歸分析，進(jìn)行最適模型的篩選，結(jié)果見表3。

表3 4種動力學(xué)模型非線性回歸擬合結(jié)果Table 3 Non-linear regression fitting results of four kinetic models

續(xù)表 3

由表3可知，4種模型中Page的R2最高，均在0.99以上，其RMSE和SSE分別在0.01343~0.02787和0.00444~0.04350范圍內(nèi)變化，Page模型的擬合精度明顯高于其他模型，說明能夠采用Page 模型來描述西林火姜片微波間歇干燥過程中物料水分比的變化情況。因此，用Page模型可作為描述和預(yù)測西林火姜片微波間歇干燥的最優(yōu)模型。

所以采用Page模型 ln(?lnMR)=lnk+nlnt 建立西林火姜微波間歇干燥動力學(xué)，令：

式中：P 為微波功率密度，w/g；X為間歇時間，min；F為鋪料密度，g/cm2；H為切片厚度，mm；a、b、c、d、e、f、g、h、i、j 為待定系數(shù)，可得到：

將不同微波功率密度、不同間歇時間、不同鋪料密度和不同切片厚度試驗所得的數(shù)據(jù)依次代入，通過軟件SPSS19.0對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到各待定系數(shù)，為a=?3.357，b=1.566，c=?0.713，d=?1.219，e=?0.75，f=1.012，g=0.249，h=0.066，i=0.214，j=?0.013；F=2164.493，P<0.001；表明所求得的回歸方程極顯著：決定系數(shù)R2=0.977，表明該模型有較高的擬合度。所得回歸方程：

2.2.1 動力學(xué)模型的檢驗 為了檢驗回歸模型和實(shí)驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，設(shè)置實(shí)驗條件為功率密度1.5 W/g，間歇時間1 min，鋪料密度為0.4 g/cm2，切片厚度2 mm進(jìn)行驗證。擬合值和試驗值結(jié)果見圖13。

圖13 西林火姜片微波間歇干燥的動力學(xué)模型檢驗曲線Fig.13 Kinetic model test curves of intermittent microwave drying of Xilin fire ginger slices

如圖13所示，Page 方程的試驗值與擬合值對比得出二者擬合比較好，Pearson相關(guān)系數(shù)為0.999，二者顯著相關(guān)（P<0.05），說明Page 模型能夠較好地反映和預(yù)測西林火姜微波干燥規(guī)律。

2.3 不同干燥條件下西林火姜片的有效水分?jǐn)U散系數(shù)

有效水分?jǐn)U散系數(shù)（Deff）是衡量干燥過程中物料水分蒸發(fā)速率快慢的重要指標(biāo)，Deff越高，脫水能力越強(qiáng)，并且該系數(shù)對物料內(nèi)部水分?jǐn)U散過程的深入分析及干燥工藝的優(yōu)化具有重要意義[30]。由表4可知，本實(shí)驗有效水分?jǐn)U散系數(shù)在（0.9727~7.7815）×10?9m2/s之間，在食品干燥的有效水分?jǐn)U散系數(shù)10?12~10-8m2/s的范圍內(nèi)[31]。Deff隨著微波功率密度和切片厚度的增加而增大，Deff隨著間歇時間、鋪料密度的增加而減小。因此，在干燥過程中，提高微波功率密度和切片厚度，降低間歇時間和鋪料密度可以提升有效水分?jǐn)U散系數(shù)，可以加快西林火姜片微波間歇干燥的質(zhì)熱傳遞，在實(shí)際應(yīng)用中，可通過調(diào)節(jié)微波功率密度、間歇時間、鋪料密度和切片厚度來改變干燥過程。

表4 不同干燥條件下的有效水分?jǐn)U散系數(shù)Table 4 Effective water diffusion coefficient under different drying conditions

3 結(jié)論

a.西林火姜片微波間歇干燥過程中主要包括加速、恒速和降速三個階段，其中，微波功率密度越高，間歇時間越短、鋪料密度越小、切片厚度越小，其干燥速率越快，所需的干燥時間越短。通過對4種常見的動力學(xué)模型擬合分析，結(jié)果表明Page 模型最適合描述西林火姜片微波間歇干燥過程中水分變化規(guī)律的干燥模型，得到擬合方程為ln(?ln MR)=?3.357+1.566P?0.713X?1.219F?0.75H+(1.012+0.249P+0.066X+0.214F?0.013H)ln t通過該模型可以在確定微波功率密度、間歇時間、鋪料密度和切片厚度的情況下準(zhǔn)確地預(yù)測到任意時刻西林火姜片水分比的含量。

b.西林火姜片微波間歇干燥有效水分?jǐn)U散系數(shù)隨著微波功率密度、切片厚度的增加而增加，隨著間歇時間、鋪料密度的增加而減小。在微波功率密度0.3~1.5 W/g，間歇時間0.5~2.0 min，鋪料密度0.2~0.8 g/cm2，切片厚度2~8 mm范圍內(nèi)，西林火姜片的微波間歇干燥有效水分?jǐn)U散系數(shù)為（0.9727~7.7815）×10?9m2/s，西林火姜片微波間歇干燥最佳微波功率密度0.9 W/g，間歇時間1.0 min，鋪料密度0.6 g/cm2，切片厚度6 mm。