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辣椒热泵干燥特性及工艺参数优化

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2024年6月11日发(作者:丹念露)

第33卷 第13期 

296 2017年 7月 

农业工程学报 

Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering 

Vl01_33 No.13 

Ju1.2017 

辣椒热泵干燥特性及工艺参数优化 

姬长英 ,蒋思杰 ,张 波 ,郭 俊 ,Muhammad Sohail Memon ,2 

(1.南京农业大学工学院,南京210031; 2.信德农业大学农业工程学院,登多贾姆,巴基斯坦70060) 

摘要:为了提高干制辣椒品质,降低干燥能耗,该文应用热泵干燥技术干燥辣椒。首先探究干燥温度和铺料厚度对干 

燥特性的影响,绘制出含水率和干燥速率变化曲线。在此基础上,将分阶段控温和改变铺料厚度结合起来对辣椒进行热 

泵干燥,运用响应面法中的Box.Behnken设计,考察第一阶段温度、第二阶段温度、铺料厚度和三者的交互作用对品质 

得分、单位能耗、干燥时间的影响,并建立回归方程,得出最佳工艺参数。结论如下:温度越高,干燥速率越大,含水 

率下降越快;铺料厚度越大,干燥速率越小,含水率下降越慢;第一阶段温度是影响单位能耗的主要因素(尸<0.05),较 

低的第一阶段温度能降低单位能耗;第二阶段温度对品质得分影响显著(,I<0.05),对干燥时间影响极显著(Jp<O.01), 

第二阶段温度在60℃左右时能得到品质较佳的干辣椒,且在一定程度上提高了干燥效率;铺料厚度对品质得分、干燥时 

问的影响极显著(P<0.01),对单位能耗的影响显著( 0.05),铺料厚度在45 mm左右干燥获得的辣椒品质较佳,而且 

能节约能耗,提高干燥效率。综合优化参数为:第一阶段温度48℃、第二阶段温度61℃、铺料厚度44 mm,在此工艺 

条件下获得的干燥辣椒品质得分为8.64,单位能耗为92.05 kJ/kg,干燥时间为896.02 airn。研究结果为热泵干燥技术应用 

于辣椒干制提供参考。 

关键词:干燥;品质控制;优化;辣椒;热泵;参数 

doi:10.11975 ̄.issn.1002—6819.2017.13.039 

中图分类号:¥375 文献标志码:A 文章编号:1002—6819(2017)13-0296—07 

姬长英,蒋思杰,张波,郭俊,Muhammad Sohai l Memon.辣椒热泵干燥特性及工艺参数优化[J].农业工程学报, 

201 7,33(13):296--302.doi:10.11975 ̄.issn.1002—6819.2017.13.039 http://www.tcsae.org 

Ji Changying,Jiang Sijie,Zhang Bo,Guo Jun,Muhammad Sohail Memon.Heat pump drying propeaies of chili and optimization 

of technical parameters[J].Transactions of the Chinese Society of Agriculurtal Engineering(Transactions of the CSAE),2017, 

33(13):296--302.(in Chinese with English abstract)doi:10.11975 ̄.issn.1002—6819.2017.13.039 http://www.tcsae.org 

0引 言 

辣椒是茄科植物辣椒的果实,它不仅是鲜食蔬菜, 

还富含多酚、类胡萝卜素、辣椒碱类化合物、维生素C 

和维生素E等多种功能性成分。随着农业产业结构的调 

整,中国辣椒种植面积不断扩大,2016年种植面积达到 

133万hm ,年产值超过700亿元,其产值和效益不断增 

加,不断丰富人们的菜篮子,同时也促进了辣椒产业的 

的厚度、风速和温度都对辣椒的干燥动力学有显著影响, 

的干燥品质。国内,张建军等[17-1 8 J研究了温度、风速、 

装载厚度对红辣椒干燥特性的影响,并做了基于品质的 

Szadziifska等[14-16】运用超声波和微波对流法提高了辣椒 

热风干燥工艺优化试验;王海霞【 J研究了温度、风速、 

装载厚度对辣椒干燥速率的影响,用正交试验得出最佳 

热风干燥工艺参数组合,并建立了各性能指标与影响因 

素之间的回归数学模型;高国华等【2 U_进行了辣椒恒温与 

发展和椒农收入的不断提高 曲】。新鲜辣椒含水率高,如 

果不及时脱水干燥,极易出现霉变、腐烂等现象。其次, 

辣椒种植有季节性,脱水干制可以调节淡旺季的供需平 

衡,提高产品的附加值。普通的晾晒方式受自然条件的 

约束,干燥时间较长,而且容易受到害虫、微生物、灰 

控温热风干燥对比试验的研究,结果表明控温干燥可以 

节约时间,降低能耗;杨咏鹃等[21-22]通过测定辣椒的色 

泽参数建立了辣椒微波干燥的色泽模型,为预测和控制 

辣椒品质变化及商品化处理提供了依据;Wang等L2ljJ研究 

了热空气射流冲击对辣椒品质的影响,显著提高了干辣 

尘的污染[7-81。国内外很多专家学者对辣椒干制进行了研 

究。目前,国外在辣椒干燥方面的研究主要是热泵、微 

椒的品质;鄢金山等l2 】用连续式干燥机研究了辣椒的干 

波、红外联合干燥及太阳能的应用[ …;Won等【l2J用脉冲 

电场加速干燥并改善了辣椒的色泽;Tasirin J对红辣 

燥特性,得出在65℃时,辣椒的干燥效率和干燥品质较 

好。上述研究多数集中在干辣椒品质的提高或能耗的降 

低,没有考虑干燥时间这一指标。相比于热风干燥、微 

椒流化床干燥动力学模型进行了研究,研究显示流化床 

波干燥等技术,热泵干燥的物料品质好,效率高;相比 

于真空干燥、冷冻干燥,热泵干燥能耗少,初投资少。 

收稿日期:2017-03.12 修订日期:2017.04.08 

本文应用热泵干燥技术,采用响应曲面法,综合考虑分 

基金项目:江苏省重点研发计划(SBE2015310266) 

阶段控温干燥和改变铺料厚度,兼顾品质、能耗和干燥 

艺参数,为辣椒干制生产提供参考。 

作者简介:姬长英,男,教授,博士生导师,主要从事精确农业系统、农业 

机器人技术研究。南京南京农业大学工学院,210031。 

Email.-chyji@njau.edu.cn 

时间三项指标,以期获得高品质、高效率、低能耗的工 

13 icJJ K 锋:竦做热泉f 燥特性及 艺参数优化 297 

1材料与方法 

1.1 试验原料 

新鲥朝人愀:市售,样 llI『1选择 也略带橙 ,色洋 

鲜 ,尢斑点,见机械 伤,人小均匀,长约70 111In, 

直 约1 50 IT1111,卡』J始L 'Lt 水 笨为80.13%(本文…现的 

含水 均以湿 求 I)。 

1.2试验仪器及设备 

LAD一060) 疏烘l f f 休机, 京农 k人学与 

徐州ilJ ̄h}涛制冷砹箭何限公fi-J联合研制(1冬1 1);j I:作 

原 址:氟利blj被烘1‘永缩机加 成II 温舟 的 体, 

制热熊发器 ti液化放热,DiI热的 e破烘十离&JxL) ̄Jl 

送入 竹 道,进入阼房』 走物料l1 的水分,热’ 气 

中】1勺水分 除 燕发 表…凝结流出,除 的’ 

次破』J【】热,如此舶 实现物料的f燥, 体参数 1。 

试验 域为物料 的【l}J问 .缚层上D( I 化霄l m ; 

电J 』 十Ij叫线仃助电能&,新艺集…乐清市柳川仪衣 

仃 公州(刑 则 能耗):I1177 ̄ PrGt鼓风十燥斩,卜 

海锦 科学仪 公司(j1 Jj 测定 始含水牢):电 

子人、I ,卜海 仪器有 公 (刚J 称质量);n韦IJ 

筛 托傩(川j 懦放辣椒)。 

埔 I’J 2.4 ̄lf:l架3 符 口4{=l}j料 域5制冷离心SxL,PJ L 

l l 7.j 制 板8.烈系统l 机 

1 Dooi’2 Material shelf’3 Wind outlet 4 Mateiial area 5 Refl’igel‘ation 

eenll’ifugal blower 6 Drying eentl’ifugal blower 7.Contl‘01 panel 8 Dual 

systelll host 

a.热 燥装 I.f4‘示意 

a Schenlatic diagram of heat pump drying device 

厂—— ——] 

眶 巨IL 下——二

 

——

 『

 

审I 

b热浆煅1糸 理 

b Schematic diagranl ot’heat pump drying system 

图l 辣椒热泵干燥试验台原理图 

Fig.1 Schematic diagram of heat pump drying test rig of ch 

表1 果蔬烘干保鲜一体机参数表 

Table 1 Pararneters ot’fruit alld vegetable drying and 

fresh—keeping integrated machine 

0i Model LAD.060 

l乜 !Power 

380V/3N/50ttz 

输入电流Input current/A 

10 8 

输入功率Input power/kW 

5 4 

J 、J Size 

l 450 111111x800 filmx 1 240 ITilTi 

最人… 濉f耍 

70 

Maximum outlet air tenlperature/ ̄C 

嵘阿Noise/dB 

65 

迷Wind speed/(m s ) 

1.0 

1.3试验方法 

1.3.1 工艺流程 

挑选㈣ 包均匀、J 状 !J!IJ n,J新 辣椒,川消水清 

沈后 然 6 h去除 … 水球,然 进 _I燥试验。采 

』IJ低温 燥,_l_‘以保ilt 揪颜包、乔IJ术; 【I、f汁总适 

通 、排 ,避免辣椒J I 褐变, I 燥过 —tt翻腾辣 

椒 玖, 模拟实际,1|, ,保 仆顺 “J。 

1.3.2单因素试验设计 

根捌 验及十l{天文献 …, I定 速为1.0 mls,选 

收温度范…45~70℃,以5℃为梯嫂,选取钏料J 度 

50 11111"1, 十7X,t,It均匀、 n 椒3~4 J ,何 物料架f 放 

托盘。 

按照表2 试验,J‘桑,将沈 的辣徽均匀、{‘钏 

300 mmx300 mm的筛 托涨 , 将托粥: 于 

l 111x1 111的物料髓rfl『}lj( 2所,J ),3绡、 J:试验的 

筛网托盥的装料 部为669 g,待 1人J渝度 刮试验要 

求^ 将托j : ‘J r燥J1 』 n勺 一 f ’ 。每 ‘.殴H寸 J记 

求质量取、 均{iJi:,并 察 参数变化, 竦做 水 

牢降 标 个贮藏含水 l3%I I。JL 卜I,l‘‘燥 始前 

4 h d - *rf 1 h称质 ,4 h)i-7 隔为2 h称 ,l 燥伙婴结 

时根7)/汁l7:fi!i 预削 束时间J'I' 称质 。 …竦愀后 

I潮、随机 样封 、O.1lii ̄4;;签。 

表2单因素试验方案 

Table 2 Single factor test scheme 

3() 

第. 

Group2 

燥 .I俊:55℃ 钠利iT;嫂/111111 50 

70 

[巳 

图2辣椒干燥试验 

Fig.2 Chili drying test 

1.3.3 Box—Behnken设计 

j辣椒 水 钲降到60%止右时,f 燥速率趟J 稳定, 

}..煤进 变缓,所以墩分阶段下燥的时 U 1 点为5 h。把卜 

燥过程的 ,』5 h作为第‘阶段,利余lJlf i为第-l ̄f段,分别 

采JH不川的l。燥温度,川Box—Behnken砹计 求最优f 燥 

艺参数。选取筇骱段濉皮( )、 阶段_;ll I艘( )、 

钏 I厚度( )3个影响4 鬃,以品J… ̄hl'Zl  ̄ (Y1)、能牦( ) 

298 农业工程学报(http://www.tcsae.org) 2017钲 

和干燥时间(y3)为评价指标。每一组试验重复3次,取各 

指标的平均值。各因素的水平及其编码见表3。 

表3因子水平编码表 

Table 3 Coding for factors and levels 

燥辣椒至安全含水率13%,分别耗时35.5、23.5、19、15.5、 

12 h。温度越高,辣椒降到安全含水率的用时越少。当温 

度高于60℃时,干燥速率较大,当温度为45℃时,干 

燥时间最长。 

辣椒干制主要依靠水分的外扩散作用和内扩散作 

用。当温度过高时,外扩散作用大于内扩散作用,辣椒 

皮层的水分会迅速蒸发,形成“皮焦里生”的现象,使 

辣椒颜色发暗,失去光泽。同样温度太低使得内扩散作 

用大于外扩散作用,造成辣椒内部水汽不易散出,充气 

膨胀,形成“泡泡椒”¨ 。在辣椒干燥的初始阶段,自 

1.4指标及检测方法 

水分测定:辣椒初始水分依据GB5009.3.20 1 0标准 

测定,测3次取平均值。 

含水率测定 

H严 MrM | ̄XlO0% 

式中 为t时刻的含水率,%; 为t时刻辣椒的质量, 

g; 为干辣椒的质量,g。 

干燥速率计算公式为: 

( 1一 2)/ 1一t2) 

式中R为t1至t2时间段内的干燥速率,%/h; 1为tl时 

刻的含水率,%; 为t2时刻的含水率,%;t』、t2为称 

质量的时间,min。 

单位能耗测定:单位能耗为干燥单位物料(取物料 

架上试验物料)所消耗的能量,公式如下: 

N=W|G 

式中Ⅳ为单位能耗,kJ/kg;W为电表所测得的能耗,kJ; 

G为物料初始的质量, 。 

感官评定:将干燥好的辣椒进行干燥均匀程度、色泽、 

形态、气味等感官评分,由10位专家评分,取其平均值。 

采用综合加权评分法进行打分。标准如表4所示[20,27]: 

表4辣椒感官品质评价标准 

Table 4 Evaluation standard of chili sensory quality 

气味 

椒香浓郁 

Smell 

椒香清淡 

有炭化味 

统计分析:用Origin软件单因素试验数据,用Design 

Expe ̄软件响应面分析。 

2结果与分析 

2.1单因素试验分析 

在不同的温度下,干燥特性曲线如图3。在铺料厚度 

为50 mm,温度为45、50、55、60、65℃条件下,干 

由水是主导因素,干燥后期结合水和辣椒内部水起决定 

作用l2 ,所以含水率较高的鲜辣椒先在低温下缓慢脱水, 

当辣椒含水率减少到一定程度时,迅速提高温度使辣椒 

快速脱水,提高干燥速率_2刚。 

风温Air temperature/ ̄C 

一45+5O一55 t 6O+65 

8 60 

黝 

抽0 

fl燥时f ̄Drying time/h 含水率Moisture content/% 

a不同温度下辣椒干燥曲线 

b不同温度下辣椒干燥速率曲线 

a Drying curves under various air b Drying rate curves under various air 

temperatures of chili temperatures of chili 

注:铺料厚度均为50mm。 

Note:Material thickness is 50 mm. 

图3不同温度下辣椒干燥特性曲线 

Fig-3 Drying characteristic curves of chili under various 

temperatures 

当温度为55℃,铺料厚度为30、50、70 mm时,干 

燥完成的时间分别为16、19、24 h。如图4所示,随着 

铺料厚度的增大,干燥速率下降,干燥时问也延长。当 

铺料厚度较小时,物料问的通透性好,热交换快,水分 

蒸发也就越快。当铺料厚度超过50 mm时,辣椒之间相 

互覆盖叠加,辣椒之间的空隙变小,阻碍了空气流通, 

减缓了水分的散失,降低了干燥速率,也使得托盘表面 

和内部的辣椒干燥不均匀[19J。 

铺料厚度Material thickness/mm 

一 

0 50 一70 

6 

5 

3 

—a 9 

1 

0 

干燥时间Drying time/h 

含水率Moisture content/% 

a不同铺料厚度下辣椒下燥曲线 b不同铺料厚度F辣椒干燥速率曲线 

a Drying curves under various 

b Drying rate curves under various 

material thickness ofchili material thickness of chili 

注:温度均为55℃。 

Note:Temperatures is 55℃. 

图4不同铺料厚度下辣椒干燥特性曲线 

Fig.4 Drying characteristic curves of chili under various material 

thickness 

第13期 

,2 3 

姬长英等:辣椒热采干燥特性及工艺参数优化 

4 5 6 7 8 9 O 2 3 4 5 6 7 

299 

●0 O O 0 O 0 0 0 0 

O 0 0 0 0_.● _. ●O 0 0 O 0 

7 7 6 8 8 8 5 3 7 8 4 4 8 8 8 9 8 

6 6 0 4 4 4 4 0 6 4 2 8 4 4 4 2 4 

7 8 7 5 7 8 7 5 6 5 8 5 9 9 8 8 9 

O 4 6 4 6 4 0 4 2 6 4 4 2 2 4 4 2 

7 6 7 7 7 7 7 8 7 8 5 6 8 7 8 8 7 

6 0 6 6 O 6 0 4 O 6 4 2 4 6 4 4 6 

7 

6 

6 

2 

6 

O 

6 

2 

7 

O 

7 

6 

7 

8 

5 

6 

6 

2 

7 

8 

8 

4 

4 

8 

8 

4 

7 

6 

9 

2 

7 

8 

9 

2 

2.2.1 工艺参数对辣椒干燥品质得分的影响 

…表6可以看…, (铺料厚度)对晶质得分的影响 

极显著(尸<0.01), (第二阶段温度)对品质得分何显 

∞帅∞ 

著影响(JD<0.05), (第 阶段温度)和 (铺料厚 

度)的交且作用对品质得分的影响极显著(P<0.01), 

(第二 阶段温度)平IJ (钏料厚度)的交瓦作用对品 

7 7 6 6 7 8 6 5 6 7 

综合评分。第 阶段干燥时问长,温度过商,会使得表 

面水分的扩散速度人于内部水分扩散速度,导敏] 燥 

5 6 

拍 

的辣椒宵硬心、脆皮现象。温度越商,同时达到安全含 

水率的辣做数蜒越多,过T 、焦化的越多,降低了均匀 

性,同时辣椒的颜色和平整度都会卡}1 降低。第二:阶段 

温度如果太低,会延长。-燥【『、f ,也不利J 剑品质较 

8 8 8 8 8 

质得分的影响也极 著(P<O.01)。 

呱 叭盯 

表6回归系数显著性分析 

M 罟罨 

好的辣椒。这 j鄢金LLl的结沦 致。郯金l Ll等口 1采用分 

∞ ∞ 呲 

时段抽取l 0()个样品的 式研究了干燥温度埘均匀悱的 

影响,温度为50℃时均匀 达到98%,m温度为75℃ 

时均匀性仪为89%,得…温度越舟均匀性越芹的结沦。 

Table 6 Significance analysis of regression coefficient 

旧 ㈣ 篡 

图5 第二阶段温度和铺料厚度对综合品质得分的影响 

Fig.5 Effects of 2 stage temperature and material thickness on 

从图5中¨J、以看出,当铺料厚度介于40 ̄50 mm之 

问时,能捩得比较高的品质得分。铺料厚度过火,辣椒 

之间相互覆盖重叠,空气流速减缓,当外表面的辣椒达 

到安个含水率时,内部物料的含水率依然很高。待到整 

体达到安令含水率时,表面辣椒,尤其是椒尖部位会焦 

化,散发 {炭化味l】 1。 

1第■阶段温度 57 ̄63℃之问时,能获得较高的 

composite quality score 

2.2.2 I-艺参数对辣椒干燥单位能耗的影响 

(第一阶段温度)和 (铺料厚度)对 位能耗 

有显著影响(Jp<0.05)(表6)。第一阶段温度越高,单 

位能耗越就越廓。存干燥的初始阶段,自由水足于燥速 

率的l丰要影响 素,温度对} 燥速率的影u向不足非常日』] 

300 农业工程学报(http://www.tcsae.org) 2017年 

显,所以选取较低的干燥温度可以减少能量的消耗。铺 

Y:231.696—8.232 ,一31.05X2+32.968X3+ 

3.276Xj 一15.118Xj 一5.162X2X3— 

料较薄时,干燥时间会缩短,考虑到加工单位质量的辣 

椒所消耗的能量,铺料厚度太小会造成浪费。铺料厚度 

过大会延长干燥时问,造成大量的能量消耗。所以适当 

的铺料厚度能降低单位能 ]。 

9.852x 一0.012X2 +18.162x; 

(R2=0

933 8) 

2.2.3工艺参数对辣椒干燥时间的影响 

(铺料厚度)和X2(第二阶段温度)对干燥时间 

影响极显著(尸<0.O1)(表6)。铺料厚度越大,第二阶 

段温度越低,干燥时间越长。当铺料厚度超过50 mm时, 

综合优化参数结果为: =47.56℃,X2=60.73℃, 

X3=43.67 1Tim。考虑到操作方便,取 =48。C, :61℃, 

X3=44mm,此时品质得分(YI)为8.53,单位能耗(Y2) 

为92.23 kJ/kg,干燥时间(Y3)为884.38 min。按照 

蜀=48℃,X2=61℃,X3=44 ITlm进行3组平行验证试验, 

干燥时间明显延长,这是因为铺料厚度较小时,不影响 

气流的正常通过,而当厚度增加,气流不畅通时,干燥 

进程受到阻碍,外干内潮,托盘内部的辣椒脱水速度变 

慢,总体达到安全含水率的时间就会延长L3们。第二阶段 

温度是干燥时间较长的温度阶段,温度越高,干燥时间 

越短。这与张建军、高国华的研究结果相一致[18,20]。 

2.2.4工艺参数综合优化分析 

用Design Expert对表4的数据处理得到3个响应的 

三元二次回归方程。 

=一

196.154 1+2.120 0Xl+4.511 4 2+0.762 5X3+ 

0.002 8X1X2—0.004 6X1X3—0.005 0X2X3— 

0.020 8X. 一0.037 0X2 一0.002 7 

( =0.980 5) 

488.285 31+1.241 5XI一14.408X2—0.377 63X3— 

0.055 2X1X2一O.002 1 一0.030 207 5 + 

0.031 45X1 +0.152 15 +0.025 084X3 

( :0.891 3) 

r3=-2 626.662 5+180.6 一30.91 +38.037 5 + 

0.76XI 一0.742 5x, 一0.187 5X2 一0.199 2x, 一 

0.232X2 +0.182 37x3 

(R2=0

925 3) 

对以上3个响应做单目标优化处理,在45≤ ≤55, 

55≤ ≤65,30 ̄<X3≤70的约束条件下,目标函数Y1(品 

质得分)取得最大值, (单位能耗)和r3(干燥时间) 

取得最小值。Design Expert处理结果如表7。 

表7单目标函数优化结果 

Table 7 Results of single target optimization 

干辣椒在市场销售中,品质特征是重要因素;其次, 

工业生产中,节约能源就是节约成本,也应该着重考虑; 

干燥时间决定了生产效率,也应稍加考虑。所以,给每 

个相应指标按照重要程度加上权重系数,将多目标函数 

转化成单目标函数。考虑到各函数量纲不同,首先进行 

归一化处理,再按照 1=0.4, 2=0.4, 3=0.2( 1+ + f1) 

的权重系数分配,最终得到综合优化方程。 

试验结果为YI=8.64,Y2=92.05 kJ/kg,Y3=896.02 min,误差 

分别为1.3%、0.2%、1.3%,与预测结果比较接近;另外, 

与单目标优化结果比较,品质得分相差不大,单位能耗非 

常接近,干燥时间延长3 h。 

3结论 

1)温度越高,干燥速率越大,含水率下降越快;铺 

料厚度越大,干燥速率越小,含水率下降越慢。 

2)第一阶段温度是影响单位能耗的主要因素 

(P<0.05),较低的第一阶段温度能降低单位能耗;第二阶 

段温度对品质得分影响显著( I<0.05),对干燥时间影响极 

显著( l<0.01),第二阶段温度在60℃左右时能得到品质 

较佳的干辣椒,且在一定程度上提高了干燥效率;铺料厚 

度对品质得分、干燥时间的影响极显著(尸l<0.01),对单位 

能耗的影响显著(户l<0.05),铺料厚度在45 n2rn左右干燥 

获得的辣椒品质较佳,而且节约能耗,提高了干燥效率。 

3)高品质、低能耗,干燥效率高的综合优化参数为: 

第一阶段温度48℃、第二阶段温度61℃、铺料厚度 

44 mill,在此工艺条件下获得的干燥辣椒品质得分为 

8.64,单位能耗为92.05 kJ/kg,干燥时间为896.02 rain。 

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284.(in Chinese with English abstract) 

Heat pump drying properties of chili and optimization of technical 

parameters 

Ji Changying ,Jiang Sijie ,Zhang Bo ,Guo Jun ,Muhammad Sohail Memon , 

(1.College ofEngineering,NanjingAgriculture University,Nanjing210031,China; 

2.Faculyt ofAgricultural Engineering,Sindh Agricultural Universiyt,Tandojam,70060,Pak&tan) 

Abstraet:Chili is a kind of spicy vegetable in the genus Capsicum member of the nightshade family,with the essential 

condiment components of polyphenols,carotenoids,capsaicinoids,vitamin C and E and other nutrients.Although it is easy for 

lesh chilif into mildew condition.dried chili can not only be preserved for a long time but also increase economic benefits. 

However.the ordinary drying method for chili,especially sun.drying is restricted by natural conditions,and chili is easy to be 

polluted by pests,microorganisms,and dust.Among different techniques of drying worldwide,heat pump drying technology is 

commonly used in chili drying and it has the advantages of improving the quality,saving energy and improving eficiency ifn 

the process of drying.In this paper,we designed a fruit and vegetable drying integrated machine for the experiments at College 

of Engineering,Nanj ing Agricultural University with Xuzhou Haitao Refrigeration Company.The effects of the first stage 

temperature.the second stage temperature the material thickness and the interaction of these 3 factors on comprehensive score, 

unit energY consumption and drying time were investigated.These parameters were optimized through the response surface 

method with 3 factors as wel1 as 3 1evels.Linear weighting method was used to analyze comprehensive multi.objective 

optimization,and regression equations of 3 indices were developed based on the experimental data.The experimental results 

revealed that the e骶ct of temperature on the drying rate is important a higher temperature means a higher drying rate and in 

the temperature range of 55.65℃.there is a signiicant increment ifn drying rate.Similarly,the materia1 thickness also has a 

great impact on the drying rate.If the material is thicker,then the drying rate is lower;and if the thickness is more than 50 mm. 

it results in the obvious decrease of drying rate.The first stage temperature.the second stage temperature.and material 

thickness have signiifcant impacts on comprehensive score.unit energy consumption and drying time.The major factor 

affecting unit energY consumption was the first stage temperature r尸<0.05).Lower first stage temperature could reduce unit 

energY consumption.The major factor affecting comprehensive score and drying time was the second stage temperature 

rP<0.05).Lower second stage temperature was beneficia1 to the quality of dry chili and reduced time consumption during the 

drying.The quality of dry chili is excellent when the second stage temperature is about 60℃.The material thickness had an 

obvious influence on the comprehensive score,unit energY consumption and drying time fP<0.0 1 1.The quality of chili was 

better when the material thickness was about 45 mm.When the first stage temperature,the second stage temperature and 

materia1 thickness were 48℃,6 1℃and 44 mm respectively,the Composite quality score was 8.64,the unit energv 

indices.The research provides a theoretica1 basis for the application of heat pump drying technology in chili drying. 

Keywords:drying;quality control;optimization;chili;heat pump:parameter 

consumption was 92.05 kJ/kg and the drying time was 896.02 min.These were the optima1 results got from the 3 evaluation 

2024年6月11日发(作者:丹念露)

第33卷 第13期 

296 2017年 7月 

农业工程学报 

Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering 

Vl01_33 No.13 

Ju1.2017 

辣椒热泵干燥特性及工艺参数优化 

姬长英 ,蒋思杰 ,张 波 ,郭 俊 ,Muhammad Sohail Memon ,2 

(1.南京农业大学工学院,南京210031; 2.信德农业大学农业工程学院,登多贾姆,巴基斯坦70060) 

摘要:为了提高干制辣椒品质,降低干燥能耗,该文应用热泵干燥技术干燥辣椒。首先探究干燥温度和铺料厚度对干 

燥特性的影响,绘制出含水率和干燥速率变化曲线。在此基础上,将分阶段控温和改变铺料厚度结合起来对辣椒进行热 

泵干燥,运用响应面法中的Box.Behnken设计,考察第一阶段温度、第二阶段温度、铺料厚度和三者的交互作用对品质 

得分、单位能耗、干燥时间的影响,并建立回归方程,得出最佳工艺参数。结论如下:温度越高,干燥速率越大,含水 

率下降越快;铺料厚度越大,干燥速率越小,含水率下降越慢;第一阶段温度是影响单位能耗的主要因素(尸<0.05),较 

低的第一阶段温度能降低单位能耗;第二阶段温度对品质得分影响显著(,I<0.05),对干燥时间影响极显著(Jp<O.01), 

第二阶段温度在60℃左右时能得到品质较佳的干辣椒,且在一定程度上提高了干燥效率;铺料厚度对品质得分、干燥时 

问的影响极显著(P<0.01),对单位能耗的影响显著( 0.05),铺料厚度在45 mm左右干燥获得的辣椒品质较佳,而且 

能节约能耗,提高干燥效率。综合优化参数为:第一阶段温度48℃、第二阶段温度61℃、铺料厚度44 mm,在此工艺 

条件下获得的干燥辣椒品质得分为8.64,单位能耗为92.05 kJ/kg,干燥时间为896.02 airn。研究结果为热泵干燥技术应用 

于辣椒干制提供参考。 

关键词:干燥;品质控制;优化;辣椒;热泵;参数 

doi:10.11975 ̄.issn.1002—6819.2017.13.039 

中图分类号:¥375 文献标志码:A 文章编号:1002—6819(2017)13-0296—07 

姬长英,蒋思杰,张波,郭俊,Muhammad Sohai l Memon.辣椒热泵干燥特性及工艺参数优化[J].农业工程学报, 

201 7,33(13):296--302.doi:10.11975 ̄.issn.1002—6819.2017.13.039 http://www.tcsae.org 

Ji Changying,Jiang Sijie,Zhang Bo,Guo Jun,Muhammad Sohail Memon.Heat pump drying propeaies of chili and optimization 

of technical parameters[J].Transactions of the Chinese Society of Agriculurtal Engineering(Transactions of the CSAE),2017, 

33(13):296--302.(in Chinese with English abstract)doi:10.11975 ̄.issn.1002—6819.2017.13.039 http://www.tcsae.org 

0引 言 

辣椒是茄科植物辣椒的果实,它不仅是鲜食蔬菜, 

还富含多酚、类胡萝卜素、辣椒碱类化合物、维生素C 

和维生素E等多种功能性成分。随着农业产业结构的调 

整,中国辣椒种植面积不断扩大,2016年种植面积达到 

133万hm ,年产值超过700亿元,其产值和效益不断增 

加,不断丰富人们的菜篮子,同时也促进了辣椒产业的 

的厚度、风速和温度都对辣椒的干燥动力学有显著影响, 

的干燥品质。国内,张建军等[17-1 8 J研究了温度、风速、 

装载厚度对红辣椒干燥特性的影响,并做了基于品质的 

Szadziifska等[14-16】运用超声波和微波对流法提高了辣椒 

热风干燥工艺优化试验;王海霞【 J研究了温度、风速、 

装载厚度对辣椒干燥速率的影响,用正交试验得出最佳 

热风干燥工艺参数组合,并建立了各性能指标与影响因 

素之间的回归数学模型;高国华等【2 U_进行了辣椒恒温与 

发展和椒农收入的不断提高 曲】。新鲜辣椒含水率高,如 

果不及时脱水干燥,极易出现霉变、腐烂等现象。其次, 

辣椒种植有季节性,脱水干制可以调节淡旺季的供需平 

衡,提高产品的附加值。普通的晾晒方式受自然条件的 

约束,干燥时间较长,而且容易受到害虫、微生物、灰 

控温热风干燥对比试验的研究,结果表明控温干燥可以 

节约时间,降低能耗;杨咏鹃等[21-22]通过测定辣椒的色 

泽参数建立了辣椒微波干燥的色泽模型,为预测和控制 

辣椒品质变化及商品化处理提供了依据;Wang等L2ljJ研究 

了热空气射流冲击对辣椒品质的影响,显著提高了干辣 

尘的污染[7-81。国内外很多专家学者对辣椒干制进行了研 

究。目前,国外在辣椒干燥方面的研究主要是热泵、微 

椒的品质;鄢金山等l2 】用连续式干燥机研究了辣椒的干 

波、红外联合干燥及太阳能的应用[ …;Won等【l2J用脉冲 

电场加速干燥并改善了辣椒的色泽;Tasirin J对红辣 

燥特性,得出在65℃时,辣椒的干燥效率和干燥品质较 

好。上述研究多数集中在干辣椒品质的提高或能耗的降 

低,没有考虑干燥时间这一指标。相比于热风干燥、微 

椒流化床干燥动力学模型进行了研究,研究显示流化床 

波干燥等技术,热泵干燥的物料品质好,效率高;相比 

于真空干燥、冷冻干燥,热泵干燥能耗少,初投资少。 

收稿日期:2017-03.12 修订日期:2017.04.08 

本文应用热泵干燥技术,采用响应曲面法,综合考虑分 

基金项目:江苏省重点研发计划(SBE2015310266) 

阶段控温干燥和改变铺料厚度,兼顾品质、能耗和干燥 

艺参数,为辣椒干制生产提供参考。 

作者简介:姬长英,男,教授,博士生导师,主要从事精确农业系统、农业 

机器人技术研究。南京南京农业大学工学院,210031。 

Email.-chyji@njau.edu.cn 

时间三项指标,以期获得高品质、高效率、低能耗的工 

13 icJJ K 锋:竦做热泉f 燥特性及 艺参数优化 297 

1材料与方法 

1.1 试验原料 

新鲥朝人愀:市售,样 llI『1选择 也略带橙 ,色洋 

鲜 ,尢斑点,见机械 伤,人小均匀,长约70 111In, 

直 约1 50 IT1111,卡』J始L 'Lt 水 笨为80.13%(本文…现的 

含水 均以湿 求 I)。 

1.2试验仪器及设备 

LAD一060) 疏烘l f f 休机, 京农 k人学与 

徐州ilJ ̄h}涛制冷砹箭何限公fi-J联合研制(1冬1 1);j I:作 

原 址:氟利blj被烘1‘永缩机加 成II 温舟 的 体, 

制热熊发器 ti液化放热,DiI热的 e破烘十离&JxL) ̄Jl 

送入 竹 道,进入阼房』 走物料l1 的水分,热’ 气 

中】1勺水分 除 燕发 表…凝结流出,除 的’ 

次破』J【】热,如此舶 实现物料的f燥, 体参数 1。 

试验 域为物料 的【l}J问 .缚层上D( I 化霄l m ; 

电J 』 十Ij叫线仃助电能&,新艺集…乐清市柳川仪衣 

仃 公州(刑 则 能耗):I1177 ̄ PrGt鼓风十燥斩,卜 

海锦 科学仪 公司(j1 Jj 测定 始含水牢):电 

子人、I ,卜海 仪器有 公 (刚J 称质量);n韦IJ 

筛 托傩(川j 懦放辣椒)。 

埔 I’J 2.4 ̄lf:l架3 符 口4{=l}j料 域5制冷离心SxL,PJ L 

l l 7.j 制 板8.烈系统l 机 

1 Dooi’2 Material shelf’3 Wind outlet 4 Mateiial area 5 Refl’igel‘ation 

eenll’ifugal blower 6 Drying eentl’ifugal blower 7.Contl‘01 panel 8 Dual 

systelll host 

a.热 燥装 I.f4‘示意 

a Schenlatic diagram of heat pump drying device 

厂—— ——] 

眶 巨IL 下——二

 

——

 『

 

审I 

b热浆煅1糸 理 

b Schematic diagranl ot’heat pump drying system 

图l 辣椒热泵干燥试验台原理图 

Fig.1 Schematic diagram of heat pump drying test rig of ch 

表1 果蔬烘干保鲜一体机参数表 

Table 1 Pararneters ot’fruit alld vegetable drying and 

fresh—keeping integrated machine 

0i Model LAD.060 

l乜 !Power 

380V/3N/50ttz 

输入电流Input current/A 

10 8 

输入功率Input power/kW 

5 4 

J 、J Size 

l 450 111111x800 filmx 1 240 ITilTi 

最人… 濉f耍 

70 

Maximum outlet air tenlperature/ ̄C 

嵘阿Noise/dB 

65 

迷Wind speed/(m s ) 

1.0 

1.3试验方法 

1.3.1 工艺流程 

挑选㈣ 包均匀、J 状 !J!IJ n,J新 辣椒,川消水清 

沈后 然 6 h去除 … 水球,然 进 _I燥试验。采 

』IJ低温 燥,_l_‘以保ilt 揪颜包、乔IJ术; 【I、f汁总适 

通 、排 ,避免辣椒J I 褐变, I 燥过 —tt翻腾辣 

椒 玖, 模拟实际,1|, ,保 仆顺 “J。 

1.3.2单因素试验设计 

根捌 验及十l{天文献 …, I定 速为1.0 mls,选 

收温度范…45~70℃,以5℃为梯嫂,选取钏料J 度 

50 11111"1, 十7X,t,It均匀、 n 椒3~4 J ,何 物料架f 放 

托盘。 

按照表2 试验,J‘桑,将沈 的辣徽均匀、{‘钏 

300 mmx300 mm的筛 托涨 , 将托粥: 于 

l 111x1 111的物料髓rfl『}lj( 2所,J ),3绡、 J:试验的 

筛网托盥的装料 部为669 g,待 1人J渝度 刮试验要 

求^ 将托j : ‘J r燥J1 』 n勺 一 f ’ 。每 ‘.殴H寸 J记 

求质量取、 均{iJi:,并 察 参数变化, 竦做 水 

牢降 标 个贮藏含水 l3%I I。JL 卜I,l‘‘燥 始前 

4 h d - *rf 1 h称质 ,4 h)i-7 隔为2 h称 ,l 燥伙婴结 

时根7)/汁l7:fi!i 预削 束时间J'I' 称质 。 …竦愀后 

I潮、随机 样封 、O.1lii ̄4;;签。 

表2单因素试验方案 

Table 2 Single factor test scheme 

3() 

第. 

Group2 

燥 .I俊:55℃ 钠利iT;嫂/111111 50 

70 

[巳 

图2辣椒干燥试验 

Fig.2 Chili drying test 

1.3.3 Box—Behnken设计 

j辣椒 水 钲降到60%止右时,f 燥速率趟J 稳定, 

}..煤进 变缓,所以墩分阶段下燥的时 U 1 点为5 h。把卜 

燥过程的 ,』5 h作为第‘阶段,利余lJlf i为第-l ̄f段,分别 

采JH不川的l。燥温度,川Box—Behnken砹计 求最优f 燥 

艺参数。选取筇骱段濉皮( )、 阶段_;ll I艘( )、 

钏 I厚度( )3个影响4 鬃,以品J… ̄hl'Zl  ̄ (Y1)、能牦( ) 

298 农业工程学报(http://www.tcsae.org) 2017钲 

和干燥时间(y3)为评价指标。每一组试验重复3次,取各 

指标的平均值。各因素的水平及其编码见表3。 

表3因子水平编码表 

Table 3 Coding for factors and levels 

燥辣椒至安全含水率13%,分别耗时35.5、23.5、19、15.5、 

12 h。温度越高,辣椒降到安全含水率的用时越少。当温 

度高于60℃时,干燥速率较大,当温度为45℃时,干 

燥时间最长。 

辣椒干制主要依靠水分的外扩散作用和内扩散作 

用。当温度过高时,外扩散作用大于内扩散作用,辣椒 

皮层的水分会迅速蒸发,形成“皮焦里生”的现象,使 

辣椒颜色发暗,失去光泽。同样温度太低使得内扩散作 

用大于外扩散作用,造成辣椒内部水汽不易散出,充气 

膨胀,形成“泡泡椒”¨ 。在辣椒干燥的初始阶段,自 

1.4指标及检测方法 

水分测定:辣椒初始水分依据GB5009.3.20 1 0标准 

测定,测3次取平均值。 

含水率测定 

H严 MrM | ̄XlO0% 

式中 为t时刻的含水率,%; 为t时刻辣椒的质量, 

g; 为干辣椒的质量,g。 

干燥速率计算公式为: 

( 1一 2)/ 1一t2) 

式中R为t1至t2时间段内的干燥速率,%/h; 1为tl时 

刻的含水率,%; 为t2时刻的含水率,%;t』、t2为称 

质量的时间,min。 

单位能耗测定:单位能耗为干燥单位物料(取物料 

架上试验物料)所消耗的能量,公式如下: 

N=W|G 

式中Ⅳ为单位能耗,kJ/kg;W为电表所测得的能耗,kJ; 

G为物料初始的质量, 。 

感官评定:将干燥好的辣椒进行干燥均匀程度、色泽、 

形态、气味等感官评分,由10位专家评分,取其平均值。 

采用综合加权评分法进行打分。标准如表4所示[20,27]: 

表4辣椒感官品质评价标准 

Table 4 Evaluation standard of chili sensory quality 

气味 

椒香浓郁 

Smell 

椒香清淡 

有炭化味 

统计分析:用Origin软件单因素试验数据,用Design 

Expe ̄软件响应面分析。 

2结果与分析 

2.1单因素试验分析 

在不同的温度下,干燥特性曲线如图3。在铺料厚度 

为50 mm,温度为45、50、55、60、65℃条件下,干 

由水是主导因素,干燥后期结合水和辣椒内部水起决定 

作用l2 ,所以含水率较高的鲜辣椒先在低温下缓慢脱水, 

当辣椒含水率减少到一定程度时,迅速提高温度使辣椒 

快速脱水,提高干燥速率_2刚。 

风温Air temperature/ ̄C 

一45+5O一55 t 6O+65 

8 60 

黝 

抽0 

fl燥时f ̄Drying time/h 含水率Moisture content/% 

a不同温度下辣椒干燥曲线 

b不同温度下辣椒干燥速率曲线 

a Drying curves under various air b Drying rate curves under various air 

temperatures of chili temperatures of chili 

注:铺料厚度均为50mm。 

Note:Material thickness is 50 mm. 

图3不同温度下辣椒干燥特性曲线 

Fig-3 Drying characteristic curves of chili under various 

temperatures 

当温度为55℃,铺料厚度为30、50、70 mm时,干 

燥完成的时间分别为16、19、24 h。如图4所示,随着 

铺料厚度的增大,干燥速率下降,干燥时问也延长。当 

铺料厚度较小时,物料问的通透性好,热交换快,水分 

蒸发也就越快。当铺料厚度超过50 mm时,辣椒之间相 

互覆盖叠加,辣椒之间的空隙变小,阻碍了空气流通, 

减缓了水分的散失,降低了干燥速率,也使得托盘表面 

和内部的辣椒干燥不均匀[19J。 

铺料厚度Material thickness/mm 

一 

0 50 一70 

6 

5 

3 

—a 9 

1 

0 

干燥时间Drying time/h 

含水率Moisture content/% 

a不同铺料厚度下辣椒下燥曲线 b不同铺料厚度F辣椒干燥速率曲线 

a Drying curves under various 

b Drying rate curves under various 

material thickness ofchili material thickness of chili 

注:温度均为55℃。 

Note:Temperatures is 55℃. 

图4不同铺料厚度下辣椒干燥特性曲线 

Fig.4 Drying characteristic curves of chili under various material 

thickness 

第13期 

,2 3 

姬长英等:辣椒热采干燥特性及工艺参数优化 

4 5 6 7 8 9 O 2 3 4 5 6 7 

299 

●0 O O 0 O 0 0 0 0 

O 0 0 0 0_.● _. ●O 0 0 O 0 

7 7 6 8 8 8 5 3 7 8 4 4 8 8 8 9 8 

6 6 0 4 4 4 4 0 6 4 2 8 4 4 4 2 4 

7 8 7 5 7 8 7 5 6 5 8 5 9 9 8 8 9 

O 4 6 4 6 4 0 4 2 6 4 4 2 2 4 4 2 

7 6 7 7 7 7 7 8 7 8 5 6 8 7 8 8 7 

6 0 6 6 O 6 0 4 O 6 4 2 4 6 4 4 6 

7 

6 

6 

2 

6 

O 

6 

2 

7 

O 

7 

6 

7 

8 

5 

6 

6 

2 

7 

8 

8 

4 

4 

8 

8 

4 

7 

6 

9 

2 

7 

8 

9 

2 

2.2.1 工艺参数对辣椒干燥品质得分的影响 

…表6可以看…, (铺料厚度)对晶质得分的影响 

极显著(尸<0.01), (第二阶段温度)对品质得分何显 

∞帅∞ 

著影响(JD<0.05), (第 阶段温度)和 (铺料厚 

度)的交且作用对品质得分的影响极显著(P<0.01), 

(第二 阶段温度)平IJ (钏料厚度)的交瓦作用对品 

7 7 6 6 7 8 6 5 6 7 

综合评分。第 阶段干燥时问长,温度过商,会使得表 

面水分的扩散速度人于内部水分扩散速度,导敏] 燥 

5 6 

拍 

的辣椒宵硬心、脆皮现象。温度越商,同时达到安全含 

水率的辣做数蜒越多,过T 、焦化的越多,降低了均匀 

性,同时辣椒的颜色和平整度都会卡}1 降低。第二:阶段 

温度如果太低,会延长。-燥【『、f ,也不利J 剑品质较 

8 8 8 8 8 

质得分的影响也极 著(P<O.01)。 

呱 叭盯 

表6回归系数显著性分析 

M 罟罨 

好的辣椒。这 j鄢金LLl的结沦 致。郯金l Ll等口 1采用分 

∞ ∞ 呲 

时段抽取l 0()个样品的 式研究了干燥温度埘均匀悱的 

影响,温度为50℃时均匀 达到98%,m温度为75℃ 

时均匀性仪为89%,得…温度越舟均匀性越芹的结沦。 

Table 6 Significance analysis of regression coefficient 

旧 ㈣ 篡 

图5 第二阶段温度和铺料厚度对综合品质得分的影响 

Fig.5 Effects of 2 stage temperature and material thickness on 

从图5中¨J、以看出,当铺料厚度介于40 ̄50 mm之 

问时,能捩得比较高的品质得分。铺料厚度过火,辣椒 

之间相互覆盖重叠,空气流速减缓,当外表面的辣椒达 

到安个含水率时,内部物料的含水率依然很高。待到整 

体达到安令含水率时,表面辣椒,尤其是椒尖部位会焦 

化,散发 {炭化味l】 1。 

1第■阶段温度 57 ̄63℃之问时,能获得较高的 

composite quality score 

2.2.2 I-艺参数对辣椒干燥单位能耗的影响 

(第一阶段温度)和 (铺料厚度)对 位能耗 

有显著影响(Jp<0.05)(表6)。第一阶段温度越高,单 

位能耗越就越廓。存干燥的初始阶段,自由水足于燥速 

率的l丰要影响 素,温度对} 燥速率的影u向不足非常日』] 

300 农业工程学报(http://www.tcsae.org) 2017年 

显,所以选取较低的干燥温度可以减少能量的消耗。铺 

Y:231.696—8.232 ,一31.05X2+32.968X3+ 

3.276Xj 一15.118Xj 一5.162X2X3— 

料较薄时,干燥时间会缩短,考虑到加工单位质量的辣 

椒所消耗的能量,铺料厚度太小会造成浪费。铺料厚度 

过大会延长干燥时问,造成大量的能量消耗。所以适当 

的铺料厚度能降低单位能 ]。 

9.852x 一0.012X2 +18.162x; 

(R2=0

933 8) 

2.2.3工艺参数对辣椒干燥时间的影响 

(铺料厚度)和X2(第二阶段温度)对干燥时间 

影响极显著(尸<0.O1)(表6)。铺料厚度越大,第二阶 

段温度越低,干燥时间越长。当铺料厚度超过50 mm时, 

综合优化参数结果为: =47.56℃,X2=60.73℃, 

X3=43.67 1Tim。考虑到操作方便,取 =48。C, :61℃, 

X3=44mm,此时品质得分(YI)为8.53,单位能耗(Y2) 

为92.23 kJ/kg,干燥时间(Y3)为884.38 min。按照 

蜀=48℃,X2=61℃,X3=44 ITlm进行3组平行验证试验, 

干燥时间明显延长,这是因为铺料厚度较小时,不影响 

气流的正常通过,而当厚度增加,气流不畅通时,干燥 

进程受到阻碍,外干内潮,托盘内部的辣椒脱水速度变 

慢,总体达到安全含水率的时间就会延长L3们。第二阶段 

温度是干燥时间较长的温度阶段,温度越高,干燥时间 

越短。这与张建军、高国华的研究结果相一致[18,20]。 

2.2.4工艺参数综合优化分析 

用Design Expert对表4的数据处理得到3个响应的 

三元二次回归方程。 

=一

196.154 1+2.120 0Xl+4.511 4 2+0.762 5X3+ 

0.002 8X1X2—0.004 6X1X3—0.005 0X2X3— 

0.020 8X. 一0.037 0X2 一0.002 7 

( =0.980 5) 

488.285 31+1.241 5XI一14.408X2—0.377 63X3— 

0.055 2X1X2一O.002 1 一0.030 207 5 + 

0.031 45X1 +0.152 15 +0.025 084X3 

( :0.891 3) 

r3=-2 626.662 5+180.6 一30.91 +38.037 5 + 

0.76XI 一0.742 5x, 一0.187 5X2 一0.199 2x, 一 

0.232X2 +0.182 37x3 

(R2=0

925 3) 

对以上3个响应做单目标优化处理,在45≤ ≤55, 

55≤ ≤65,30 ̄<X3≤70的约束条件下,目标函数Y1(品 

质得分)取得最大值, (单位能耗)和r3(干燥时间) 

取得最小值。Design Expert处理结果如表7。 

表7单目标函数优化结果 

Table 7 Results of single target optimization 

干辣椒在市场销售中,品质特征是重要因素;其次, 

工业生产中,节约能源就是节约成本,也应该着重考虑; 

干燥时间决定了生产效率,也应稍加考虑。所以,给每 

个相应指标按照重要程度加上权重系数,将多目标函数 

转化成单目标函数。考虑到各函数量纲不同,首先进行 

归一化处理,再按照 1=0.4, 2=0.4, 3=0.2( 1+ + f1) 

的权重系数分配,最终得到综合优化方程。 

试验结果为YI=8.64,Y2=92.05 kJ/kg,Y3=896.02 min,误差 

分别为1.3%、0.2%、1.3%,与预测结果比较接近;另外, 

与单目标优化结果比较,品质得分相差不大,单位能耗非 

常接近,干燥时间延长3 h。 

3结论 

1)温度越高,干燥速率越大,含水率下降越快;铺 

料厚度越大,干燥速率越小,含水率下降越慢。 

2)第一阶段温度是影响单位能耗的主要因素 

(P<0.05),较低的第一阶段温度能降低单位能耗;第二阶 

段温度对品质得分影响显著( I<0.05),对干燥时间影响极 

显著( l<0.01),第二阶段温度在60℃左右时能得到品质 

较佳的干辣椒,且在一定程度上提高了干燥效率;铺料厚 

度对品质得分、干燥时间的影响极显著(尸l<0.01),对单位 

能耗的影响显著(户l<0.05),铺料厚度在45 n2rn左右干燥 

获得的辣椒品质较佳,而且节约能耗,提高了干燥效率。 

3)高品质、低能耗,干燥效率高的综合优化参数为: 

第一阶段温度48℃、第二阶段温度61℃、铺料厚度 

44 mill,在此工艺条件下获得的干燥辣椒品质得分为 

8.64,单位能耗为92.05 kJ/kg,干燥时间为896.02 rain。 

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Heat pump drying properties of chili and optimization of technical 

parameters 

Ji Changying ,Jiang Sijie ,Zhang Bo ,Guo Jun ,Muhammad Sohail Memon , 

(1.College ofEngineering,NanjingAgriculture University,Nanjing210031,China; 

2.Faculyt ofAgricultural Engineering,Sindh Agricultural Universiyt,Tandojam,70060,Pak&tan) 

Abstraet:Chili is a kind of spicy vegetable in the genus Capsicum member of the nightshade family,with the essential 

condiment components of polyphenols,carotenoids,capsaicinoids,vitamin C and E and other nutrients.Although it is easy for 

lesh chilif into mildew condition.dried chili can not only be preserved for a long time but also increase economic benefits. 

However.the ordinary drying method for chili,especially sun.drying is restricted by natural conditions,and chili is easy to be 

polluted by pests,microorganisms,and dust.Among different techniques of drying worldwide,heat pump drying technology is 

commonly used in chili drying and it has the advantages of improving the quality,saving energy and improving eficiency ifn 

the process of drying.In this paper,we designed a fruit and vegetable drying integrated machine for the experiments at College 

of Engineering,Nanj ing Agricultural University with Xuzhou Haitao Refrigeration Company.The effects of the first stage 

temperature.the second stage temperature the material thickness and the interaction of these 3 factors on comprehensive score, 

unit energY consumption and drying time were investigated.These parameters were optimized through the response surface 

method with 3 factors as wel1 as 3 1evels.Linear weighting method was used to analyze comprehensive multi.objective 

optimization,and regression equations of 3 indices were developed based on the experimental data.The experimental results 

revealed that the e骶ct of temperature on the drying rate is important a higher temperature means a higher drying rate and in 

the temperature range of 55.65℃.there is a signiicant increment ifn drying rate.Similarly,the materia1 thickness also has a 

great impact on the drying rate.If the material is thicker,then the drying rate is lower;and if the thickness is more than 50 mm. 

it results in the obvious decrease of drying rate.The first stage temperature.the second stage temperature.and material 

thickness have signiifcant impacts on comprehensive score.unit energy consumption and drying time.The major factor 

affecting unit energY consumption was the first stage temperature r尸<0.05).Lower first stage temperature could reduce unit 

energY consumption.The major factor affecting comprehensive score and drying time was the second stage temperature 

rP<0.05).Lower second stage temperature was beneficia1 to the quality of dry chili and reduced time consumption during the 

drying.The quality of dry chili is excellent when the second stage temperature is about 60℃.The material thickness had an 

obvious influence on the comprehensive score,unit energY consumption and drying time fP<0.0 1 1.The quality of chili was 

better when the material thickness was about 45 mm.When the first stage temperature,the second stage temperature and 

materia1 thickness were 48℃,6 1℃and 44 mm respectively,the Composite quality score was 8.64,the unit energv 

indices.The research provides a theoretica1 basis for the application of heat pump drying technology in chili drying. 

Keywords:drying;quality control;optimization;chili;heat pump:parameter 

consumption was 92.05 kJ/kg and the drying time was 896.02 min.These were the optima1 results got from the 3 evaluation 

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