辣椒渗透脱水处理及渗后热风干燥特性及品质分析

第一篇：辣椒渗透脱水处理及渗后热风干燥特性及品质分析

辣椒渗透脱水处理及渗后热风干燥特性及品质分析

尹晓峰，杨明金，张引航，高 博，谢守勇，杨 玲*（西南大学工程技术学院，丘陵山区农业装备重庆市重点实验室，重庆 400715）摘 要：以脱水率、固形物获取率、脱水率与固形物获取率比值、有效水分扩散系数、活化能、VC保留率、辣度、复水比、复原率和感官评价为考察指标，通过渗透脱水实验、渗后热风干燥实验和复水实验，考察了辣椒的渗透脱水特性、渗后热风干燥特性、复水特性和品质。结果表明：随着渗透温度的升高或渗透液中食盐含量的增加，辣椒的脱水率和固形物获取率增大。对渗透后的辣椒样品进行热风干燥处理发现，热风温度是影响热风干燥的最主要因素，其次是风速。辣椒样品的有效水分扩散系数随着温度的升高而增大，在风速为1.8 m/s的条件下，直接热风干燥辣椒样品和渗后热风干燥辣椒样品的活化能分别为（53.25±1.08）kJ/mol和（44.42±0.88）kJ/mol。渗后热风干燥样品的有效水分扩散系数、VC保留率、辣度、复水比和复原率均高于直接热风干燥样品，渗后热风干燥样品的复水特性和品质更好。关键词：渗透脱水；热风干燥；复水；品质；辣椒

辣椒作为蔬菜、调味品和保健食品，含有酚类化合物和VC等活性物质，营养丰富，药用价值高，辣椒产业的发展空间很大[1]。为避免长时间自然贮存引起的腐烂、霉变，需要对新收获的辣椒进行有效的干燥处理[2]。传统辣椒干燥处理常采用自然晾晒、风干，然而自然干燥易受到天气和场地的限制，干燥周期长、效率低、产品色泽差、品质较差[3-4]。而现代干燥主要以单一干燥方法为主，包括热风干燥、微波干燥、远红外干燥、真空干燥和渗透脱水干燥等[5]，虽然能一定程度上给干燥行业带来帮助，但是无论任何干燥方法，都存在着自身的缺陷和不足。例如，热风干燥占据着我国果蔬脱水加工行业90%的比例，其操作相对简单，容易控制，对干燥设备要求不高，但是较长的干燥周期和果蔬干燥后较差的品质却制约着其发展[6]。渗透脱水虽然节能环保，能够很好地保持果蔬的品质，但是却只能脱去果蔬大约2%～50%的水分，不能达到国家标准规定的含水率水平（14%）[7]。真空冷冻干燥可以得到品质较佳的干燥产品，但其高成本、高能耗的特点也限制了它的广泛应用，一般用来干燥高价值和高附加值的产品[8]。因此，根据果蔬自身特点，可以采用两种甚至两种以上的干燥方式进行联合干燥，不但能够缩短干燥时间，减少耗能，而且还可以节约成本，提高产品品质。Shanna[9]进行了大蒜丁香的微波-热风联合干燥，结果获得了较高的干品感官品质，而且微波-热风联合干燥比传统的热风干燥缩短了80%的干燥时间。Rodrígues等[10]研究表明，相比未渗透脱水干燥工艺，渗透脱水-真空干燥产品细胞结构保持完好、脆度增加、质地多孔复水性好、干燥时间也缩短了很多。None[11]应用渗透-热风联合千燥香蕉片，香蕉片被浸透在两个连续不同质量浓度的蔗糖溶液，然后进行热风干燥（40 ℃、72 h、相对湿度60%），得到水分质量分数16.5%的产品，获得了较佳的品质。董全[12]对蓝莓进行渗透脱水和流化床干燥实验，结果表明在渗透脱水温度不超过65 ℃的条件下，经195 min渗透脱水处理的蓝莓的含水率可以达到50%以下。田红萍[13]对胡萝卜进行了渗透脱水和渗后微波干燥的实验，得到了胡萝卜渗透脱水的较佳工艺：65 g/100 mL的蔗糖溶液、料液比1∶10（m/V）、渗透液温度为32 ℃的脱水效果最好，并且得出了高质量浓度的蔗糖溶液渗透脱水时对果蔬有较好的护色作用的结论。渗后热风干燥工艺采用先渗透脱水后热风干燥的处理方案，即先通过渗透液（一般由蔗糖、食盐和水按一定比例配制而成）对果蔬进行渗透脱水处理，利用细胞膜的半渗透性使样品中的部分水分转移到渗透液中，以达到去除果蔬中部分水分的目的，然后进行热风干燥，从而提高果蔬干燥效率和品质[14-16]。渗透脱水一方面能加快脱水速率，另一方面能增加果蔬样品的固形物含量，保持果蔬内部结构，减少营养成分和风味物质损失，易于同其他干燥方式进行联合，是理想的联合干燥前期脱水方式[17-20]。

本研究以脱水率、固形物获取率、脱水率与固形物获取率比值、有效水分扩散系数、活化能、VC保留率、辣度、复水比、复原率和感官评价为考察指标，通过渗透脱水实验、渗后热风干燥实验和复水实验，考察辣椒的渗透脱水特性、渗后热风干燥特性、复水特性和品质，以期为辣椒的干制探索一种新方法，为辣椒干燥和贮存工艺提供更高效、优质和低成本的解决方案，并为辣椒制品工艺优化和产业化提供参考。1 材料与方法 1.1 材料

朝天椒（Capsicum）购买于重庆北碚区永辉超市；蔗糖 河南豪峰食品有限公司；食盐 重庆市盐业有限公司。1.2 仪器与设备

AL204型电子天平梅特勒托利仪器有限公司；BC-2型薄层干燥试验台 长春吉大科学仪器设备有限公司；HH-3型数显恒温水浴锅 上海况盛设备仪器有限公司。1.3 方法 1.3.1 样品准备

选取新鲜无公害、肉质丰厚的辣椒作为样品，清水清洗后用吸水纸擦掉表面水分。根据GB/T 8858—1988《水果、蔬菜产品中干物质和水分含量测定方法》测定辣椒样品的初始含水率。1.3.2 指标测定

渗透脱水时，需将辣椒样品全部浸入渗透液，渗透脱水后，取出辣椒样品，先用清水冲洗2～3 遍，除去辣椒表面残留的渗透液，再用吸水纸进行擦干并称质量，记录结果，实验3 次重复，结果取平均值。

渗透脱水实验指标包括脱水率、固形物获取率、脱水率与固形物获取率比值。其中，脱水率、固形物获取率按式（1）、（2）计算。

式中：WL为脱水率/%；W0为物料初始质量/g；Wt为渗透t时刻样品质量/g；Sg为固形物获取率/%；S0为初始样品固形物质量/g；St为渗透t时刻样品固形物质量/g。干燥特性实验指标包括干燥速率、有效水分扩散系数和活化能，分别按式（3）～（5）计算。

式中：v0为干燥速率/（%/min）；M1为干燥前物料初始含水率/%；Mt为干燥t时刻含水率/%；Δt为干燥时间/min；MR为水分比；Deff为有效水分扩散系数/（m2/s）；L为实验样品厚度的一半/m；D0为Arrhenius方程指数前因子/（m2/s）；Ea为活化能/（kJ/mol）；R为气体常数/（kJ/（mol·K））；T为绝对温度/K。通过绘制式（4）中lnMR相对于t的曲线，将曲线进行线性拟合，由直线的斜率可以计算得到Deff[21]，通过绘制式（5）中lnDeff相对于1/T的曲线，将曲线进行线性拟合，由直线的斜率可以计算得到。

复水比是考察干制产品品质的一个重要指标，实验对热风干燥及渗后热风干燥的样品做了复水实验。指标为样品的复水比（R）和复原率（K），分别按式（6）、（7）计算。

式中：R为复水比/（g/g）；K为复原率/%；mf为脱水物料复水后的沥干质量/g；mg为脱水物料复水前的干品质量/g；mx为脱水物料复水前的干品质量/g。VC保留率按式（8）计算。

式中：C1为样品干物质中的VC含量/（mg/g）；C0为鲜辣椒物质中的VC含量/（mg/g）。1.3.3 辣椒干燥处理 1.3.3.1 渗透脱水

将预处理好的辣椒进行称质量、取样，样品质量控制在40～50 g之间。按1∶10的料液比（m/V）进行渗透脱水正交试验[23]。由于Figen等[24]研究表明渗透液通常采用40%～65%（质量分数，下同）蔗糖加5%～15%食盐（＋水）组合比较适宜，因此本实验采用的4 种渗透液分别为：45%蔗糖＋0%食盐（＋水）、45%蔗糖＋2%食盐（＋水）、45%蔗糖＋6%食盐（＋水）和45%蔗糖＋10%食盐（＋水）[25]，配比为质量分数。由于蔗糖不是电解质，扩散系数小，其分子质量大于食盐，蔗糖含量变化对渗透脱水的影响远小于食盐含量对其的影响，因而本实验仅研究在蔗糖含量（45%）不变的条件下食盐含量对辣椒渗透脱水的影响[26]。取渗透温度、渗透液组合和渗透时间为变量因素，其中45%蔗糖＋0%食盐（＋水）渗透液作为试验对照组，不选作正交试验因素。采用正交试验水平表L9（34）研究不同因素水平对脱水率及脱水率与固形物获取率比值的影响及影响程度，试验设计因素水平见表1。表 1 正交试验因素与水平

Table 1 Factors and levels used in orthogonal array design

水平因素A渗透温度/℃B渗透液组合C渗透时间/h 1 3045%蔗糖＋2%食盐（＋水）2 2 4545%蔗糖＋6%食盐（＋水）4 3 6045%蔗糖＋10%食盐（＋水）6 1.3.3.2 渗后热风干燥

经渗透脱水，只能去除样品20%～50%的水分，不能达到国家标准规定的含水率水平（≤14%），需要进一步进行干燥处理。采用常压热风干燥对辣椒样品进行干燥。为了考察渗透脱水对热风干燥性能的影响，对渗透脱水样品和未经渗透脱水样品（鲜辣椒样品）在不同热风温度和风速条件下的热风干燥特性进行比较，并对干燥后的样品进行复水实验。渗透脱水的渗透液为45%蔗糖＋10%食盐（＋水），渗透温度为45 ℃，渗透时间1 h。干燥的热风温度分别取45、50、55、60、65 ℃，风速分别为0.6、1.2、1.8 m/s，在薄层干燥试验台中进行，样品干燥到国家标准规定的含水率时停止，干燥时每1 h记录一次数据，热风干燥前样品质量约为50 g。对在不同热风温度和风速条件下直接热风干燥样品和渗后热风干燥样品的VC含量和辣度分别采用GB/T 6195—1986《水果、蔬菜维生素C含量测定法 2,6-二氯酚靛酚滴定法》和GB/T 21265—2007《辣椒辣度的感官评价方法》进行检测分析。1.3.3.3 复水实验 分别选取风速为1.8 m/s、45 ℃条件下直接热风干燥和渗后热风干燥后的样品各约30 g，浸泡在300 mL温度为90 ℃热水中，1 h后将样品从热水中取出，用清水洗净表面，沥干后称质量，计算实验样品的复水比和复原率。由5 名感官评定员根据色泽、气味和外形等项目对复水处理后的样品进行感官评定，评定标准见表2。感官评价总分为色泽、气味和外形分数之和，总分越高，样品品质越好。

表 2 辣椒产品感官评定标准

Table 2 Criteria for sensory evaluation of chili pepper products

项目指标色泽新鲜、结构饱满均匀（25～40 分）颜色变浅，较饱满均匀（10～25 分）颜色发暗，结构紧缩（＜10 分）气味、口感辣味浓郁（20～30 分）辣味一般（10～20 分）无辣味或略带辣味（＜10 分）外形平整度很好（20～30 分）平整度一般（10～20 分）无平整度或平整度较低（＜10 分）1.4 数据统计分析

各实验组数据均为3 次重复测定后的平均值，采用Excel软件进行数据处理和绘图，数据以±s表示。2 结果与分析 2.1 渗透脱水特性

2.1.1 渗透温度对渗透脱水特性的影响

图1 不同渗透温度条件下的渗透脱水特性

Fig.1 Osmotic dehydration characteristics at different temperatures 在渗透液为45%蔗糖＋10%食盐（＋水），渗透温度分别为30、45、60 ℃条件下，通过实验研究得到渗透温度对辣椒渗透脱水特性的影响。由图1可知，随着渗透温度的升高，辣椒的WL和Sg均增大，在相同条件下，WL远大于Sg，渗透温度对辣椒样品的WL/Sg影响较小；随着渗透时间的延长，辣椒的WL和Sg也增大，但在渗透脱水初期，WL和Sg增加较快，随着渗透脱水的进行，WL和Sg的增加逐渐趋缓；WL/Sg随着渗透脱水时间的延长而增大，经温度为45 ℃的渗透液渗透脱水2、4、6 h，辣椒的WL/Sg分别为4.31±0.12、5.21±0.10和5.74±0.13。由于渗透脱水实际上是利用细胞膜的半透性，在样品内外液体形成渗透压差而进行的水分迁移过程，当渗透温度增加时，渗透液内溶质分子和水分子的运动加快，从而使WL和Sg增大[27]。在渗透脱水初期，样品和渗透液之间存在较大的渗透压差，其WL和Sg变化较快，随着渗透时间的延长，样品和渗透液之间的渗透压差减小，从而在渗透脱水后期WL和Sg的增加趋缓。同时，在较高渗透压差的环境中，水分子比较小，可以快速从辣椒样品中进入外部渗透液，实现脱水，而渗透液溶质分子较大（糖分子相对于盐分子更大），较难通过半透膜进入辣椒样品内，从而影响辣椒样品Sg的增加，且WL远大于Sg[28-31]。随着渗透温度的升高，由于渗透液内溶质分子和水分子运动同时加快，使WL和Sg同时最大，从而使渗透温度对WL/Sg的影响较小。2.1.2 渗透液组合对渗透脱水特性的影响

图2 不同渗透液组合条件下的渗透脱水特性

Fig.2 Osmotic dehydration characteristics with different osmotic solutions 在渗透温度为45 ℃，渗透液组合分别为45%蔗糖＋0%食盐（＋水）、45%蔗糖＋2%食盐(＋水)、45%蔗糖＋6%食盐(＋水)和45%蔗糖＋10%食盐(＋水)的条件下，通过实验研究得到渗透液组合对辣椒渗透脱水特性的影响。由图2可知，在渗透液蔗糖含量一定时，随着食盐含量的增加，WL和Sg均增加，在相同条件下，WL远大于Sg；WL/Sg随着渗透脱水时间的延长而增大，在相同的条件下，WL/Sg随着食盐含量的增加而增加。

由于随着渗透液中食盐含量的提高，辣椒样品和渗透液之间因渗透液浓度引起的渗透压差增大，能加快了渗透脱水的进程，从而WL和Sg均随着食盐含量的增加而增大。同样由于渗透液溶质分子较大，较难通过样品细胞的半透膜进入辣椒样品内，使渗透脱水过程WL远大于Sg。而且渗透液浓度引起的渗透压差对渗透脱水进程的贡献大于对辣椒样品固形物获取进程的贡献，从而使WL/Sg随着食盐含量的增加而增大。但如果食盐含量太高，会影响辣椒样品的口感和品质。

2.1.3 渗透脱水参数对辣椒渗透脱水特性的影响 表 3 正交试验方案及结果

Table 3 Orthogonal array design with experimental results

试验号A渗透温度B渗透液组合C渗透时间D空列WL/%WL/Sg111119.112.84 2122229.144.77 3133344.625.49 4212322.174.51 5223137.455.12 6231225.014.09 7313229.214.42 8321319.133.23 9332146.325.38 表 4 极差分析

Table 4 Range analysis

品质参数水平A渗透温度B渗透液组合C渗透时间D空列127.62320.16317.75030.960 WL228.21028.57332.54327.787 331.55338.65037.09328.640极差3.93018.48719.3433.173因子主次321 14.4673.9233.3874.447 WL/Sg24.5734.3734.8874.427 34.3435.0875.1104.510极差0.2301.1631.7230.083因子主次321 表 5 方差分析

Table 5 Analysis of variance

注：*.影响显著（P＜0.05）；**.影响极显著（P＜0.01）。

品质参数因子自由度平方和均方和F值WL A渗透温度226.96713.4831.667 B渗透液组合2514.024257.01231.768* C渗透时间2613.710306.85537.929* D空列（误差）216.1818.0900.030总和81 170.881146.360 WL/SgA渗透温度20.0790.0407.000 B渗透液组合22.0651.032181.822** C渗透时间25.2702.635464.068** D空列（误差）20.0110.0060.005总和87.4250.928 由表3～5极差分析可知，各因子对辣椒脱水特性的影响主次顺序为C渗透时间＞B渗透液组合＞A渗透温度，随着渗透时间和渗透液食盐含量的增加，WL/Sg均增大；WL最大的最优渗透脱水工艺方案是A3B3C3，WL/Sg最大的最优方案是A2B3C3。因为WL/Sg是评价辣椒品质的重要指标[32]，即在提高WL的同时，应尽可能保证辣椒品质不受影响或影响较小。综合考虑，选取A2B3C3为辣椒的最优渗透脱水工艺方案，即渗透液组合为45%蔗糖＋10%食盐（＋水）、渗透时间为6 h、渗透温度为45 ℃方案。

由方差分析可知，各因子对辣椒WL和WL/Sg的影响主次顺序为C渗透时间＞B渗透液组合＞A渗透温度，与极差分析结果相同。由于F0.25(2,2)=3.0、F0.1(2,2)=9.0、F0.05(2,2)=19.0、F0.01(2,2)=99.01，对于WL，F0.05＜FB＜FC＜F0.01，FA＜F0.25，因子B、C对辣椒WL的影响显著，因子A无影响；对于WL/Sg，F0.01＜FB＜FC，F0.25＜FA＜F0.1，因子B和C对辣椒WL/Sg影响极显著，因子A有一定的影响。

由于渗透温度对辣椒WL和WL/Sg的影响较小，为了保证辣椒品质，不宜选择太高的渗透温度，因而上述最优渗透脱水工艺方案选取的渗透温度为45 ℃。

按照最优渗透脱水工艺方案，即渗透液组合为45%蔗糖＋10%食盐（＋水）、渗透时间为6 h、渗透温度为45 ℃，进行渗透脱水实验验证正交试验结果。最优渗透脱水工艺方案得到的辣椒样品WL为48.3%，Sg为8.7%，WL/Sg为5.56±0.13，结果能很好满足试验要求。2.2 渗后热风干燥特性

2.2.1 不同温度条件下干燥特性曲线 按1.3.3.2节的实验方法，对渗透脱水样品和未经渗透脱水样品（鲜辣椒样品）进行热风干燥实验，得到热风风速恒定、热风温度变化条件下样品的热风干燥特性曲线，图3为风速为1.8 m/s，温度分别45、50、55、60、65 ℃的直接热风干燥和渗后热风干燥特性曲线。

图3 不同温度条件下样品干燥特性曲线

Fig.3 Drying curves at different temperatures 由图3可知，当保持热风风速一定时，随着热风温度的升高，两组样品的含水率都在降低，且温度越高，干燥时间越短，即干燥速率越快。在干燥前期，样品随着干燥的进行，其含水率近似线性下降，由于辣椒样品干燥前的初始含水率水平较高，该阶段的持续时间较长。在干燥后期，辣椒样品的含水率下降趋缓。经过干燥实验结果对比分析可以看出，辣椒在55～65 ℃区间干燥速率明显加快，但此温度区间干燥后的辣椒颜色呈黑绿色，并有碳化味，品质较差。而在45～50℃温度区间干燥后辣椒的颜色鲜亮，外形饱满，气味正常，品质较好。可见，在较低热风温度条件下，虽然干燥速度较慢，但是可以提高辣椒的干燥的品质；较高温度时则恰恰相反。因此，辣椒干燥适宜的热风温度为 45～50 ℃。在相同干燥条件下，渗后热风干燥样品要先于直接热风干燥样品到达14%的安全含水率水平。这是由于渗透脱水样品经过1 h的渗透脱水处理，辣椒样品的含水率由82.4%下降至72.3%，在此基础上进行热风干燥可以缩短热风干燥到达贮存要求含水率水平所需干燥时间1～2 h，从而能降低干燥过程中的能量消耗和处理成本。2.2.2 不同风速条件下干燥特性曲线

图4 不同风速条件下样品干燥特性曲线

Fig.4 Drying curves at different air velocities 图4为热风温度为50 ℃，热风风速分别为0.6、1.2、1.8 m/s条件下的干燥曲线。由图4可知，当热风温度恒定时，两组样品的含水率都随着热风风速的增大而降低，但变化幅度不大。风速为 0.6 m/s 时辣椒含水率下降最慢，辣椒干燥的风速宜取 1.2～1.8 m/s。在相同干燥条件下，渗后热风干燥样品的含水率要先于直接热风干燥样品到达安全含水率水平，进一步说明样品经过渗透脱水在进行热风干燥，干燥周期变短。2.3 辣椒渗后热风干燥的Deff和Ea

图5 不同风速条件下辣椒样品Deff变化曲线

Fig.5 Curves of effective moisture diffusion coeffcient against air velocity 根据式（4）将lnMR与t的曲线进行线性拟合，由直线的斜率可以计算出直接热风干燥和渗后热风干燥样品的Deff。由图5可知，在热风干燥过程中，保持热风风速恒定，随着热风温度的升高，辣椒样品Deff相应增大，呈近似线性规律变化。这是因为当热风温度升高时，辣椒样品内的液相水和蒸气传输的质量都加快，热量传输速度也相应提高，而传热又能有效地促进传质，从而使得辣椒样品的Deff呈近似线性规律变化。比较相同热风温度，不同热风风速条件下，风速越高，辣椒样品的Deff越高，但变化幅度比较小。在同等条件下，渗后热风干燥辣椒样品的Deff要高于直接热风干燥辣椒样品的Deff。

根据式（5）将lnDeff与1/T的曲线进行线性拟合，由直线的斜率可以计算出辣椒样品的干燥Ea（表6）。

表 6 直接热风干燥样品和渗后热风干燥样品的VC保留率Ea Table 6 Activation energy of direct hot-air drying and hot-air drying after osmotic dehydration

处理方式Ea/（kJ/mol）0.6 m/s1.2 m/s1.8 m/s直接热风干燥58.40±0.9856.23±0.8753.25±1.08渗后热风干燥48.51±1.1046.12±0.9344.42±0.88 由表6可知，渗后热风干燥样品的Ea要小于直接热风干燥样品的Ea。这是因为经过渗透过程的样品再进行热风干燥，干燥时间进一步缩短，所需能量消耗变小。2.4 渗后热风干燥辣椒的VC保留率

通过GB/T 6195—1986实验测得鲜辣椒的VC含量为99.2 mg/100 g。在不同热风温度和风速条件下测定并计算直接热风干燥样品和渗后热风干燥样品的VC保留率（表7）。表 7 直接热风干燥样品和渗后热风干燥样品的VC保留率

Table 7 VC retention rates of samples processed by direct hot-air drying and hot-air drying after osmotic dehydration

风速/（m/s）处理方式VC保留率/ % 45 ℃50 ℃55 ℃60 ℃65 ℃0.6直接热风干燥42.51±0.4137.32±0.3831.24±0.5525.12±0.6420.30±0.49渗后热风干燥51.50±0.5747.76±0.8642.18±0.4636.01±0.6531.23±0.53 1.2直接热风干燥44.82±0.4439.42±0.6433.69±0.5328.11±0.5822.96±0.45渗后热风干燥53.47±0.4849.93±0.4344.66±0.5638.51±0.6333.84±0.51 1.8直接热风干燥46.73±0.5442.05±0.6835.72±0.5931.28±0.4625.22±0.62渗后热风干燥56.84±0.7251.23±0.7447.10±0.6740.33±0.6134.81±0.53 VC含量是衡量样品营养成分的一个重要指标，也是最不稳定的维生素之一，受到很多因素影响。由表7可知，在有氧的条件下，VC受热风温度影响最大。随着热风温度的不断升高，作用时间越长，其损失越大。其次是热风风速，当热风温度恒定时，随着热风风速的提高，VC的损失逐渐变小，但变化幅度较小。这是因为当热风风速变大时，所需干燥时间变短，减少了VC与氧气接触的机会，暴露在高温环境的时间变短，减少了VC的损失。在相同条件下，直接热风干燥样品的VC保留率与渗后热风干燥样品相比，渗后热风干燥样品VC保留率较好。这是因为样品在渗透脱水过程中，渗入了渗透液的溶质因子，其很好地阻碍了VC与氧气等氧化性物质的接触，减少了VC的氧化。同时，渗后热风干燥所需干燥时间较短，缩短了样品在高温中暴露的时间，进而提高了VC的保留率。2.5 渗后热风干燥辣椒的辣度

表 8 直接热风干燥样品和渗后热风干燥样品的辣度

Table 8 Pungency degree of samples processed by direct hot-air drying and hot-air drying after osmotic dehydration

风速/（m/s）处理方式辣度/ SHU 45 ℃50 ℃55 ℃60 ℃65 ℃0.6直接热风干燥2 600±1002 400±1522 200±1521 900±2001 600±100渗后热风干燥3 000±1002 800±2002 600±1002 300±1522 000±200 1.2直接热风干燥2 700±2002 500±1522 300±1002 000±2001 700±152渗后热风干燥3 100±1002 900±1522 700±1522 400±1002 100±152 1.8直接热风干燥2 800±1002 600±2002 400±1522 100±1001 800±200渗后热风干燥3 200±1523 000±1002 800±1522 500±2002 200±100 通过GB/T 21265—2007实验测得鲜辣椒的辣度为30 000 SHU。在不同热风温度、热风风速条件下对直接热风干燥样品和渗后热风干燥样品进行辣度检测，结果由表8可知，鲜辣椒的辣度要远远高于干燥后的辣椒的辣度，这是因为辣椒中引起辛辣的主要成分是辣椒素，影响辣椒素主要因素是热风温度、干燥时间和风速。热风温度越高，干燥时间越长，辣椒素的损失越大，辣度越低。风速越大，干燥时间越短，辣度越低，但是变化幅度小。比较不同热风温度条件下的辣度情况可知，在45 ℃热风温度条件下的辣度最高，65 ℃热风温度条件下的辣度最低。且渗后热风干燥样品的辣度高于直接热风干燥样品的辣度。这是由于样品经过渗透脱水后，减少了热风干燥时间，辣椒素暴露在高温环境下的时间变短，从而提高了样品的辣度。

2.6 渗后热风干燥辣椒的复水特性

按1.3.3.3节的实验方法，对直接热风干燥样品和渗后热风干燥样品进行复水实验，得到两组样品的复水特性。由表9可知，相对于直接热风干燥而言，渗后热风干燥样品的复水比和复原率较高，复水特性较好。这是由于在渗透脱水过程中，样品渗入了渗透液中的溶质（以盐分为主），使其固形物含量增加，而增加的盐分又能很好地保持样品的内部结构；而在复水过程，水分渗入样品，盐分渗出，使样品结构能够很好地复原。表 9 直接热风干燥样品和渗后热风干燥样品的复水特性

Table 9 Rehydration characteristics of samples processed by direct hot-air drying and hot-air drying after osmotic dehydration

处理方式复水比/（g/g）复原率/%直接热风干燥1.71±0.0240.45±0.97渗后热风干燥3.52±0.0969.58±0.75 2.7 渗后热风干燥辣椒的品质

对复水实验后的样品进行色泽、气味和外形的感官评价，得到两组样品的品质特性（表10）。表 10 直接热风干燥样品和渗后热风干燥样品的品质特性

Table 10 Quality characteristics of samples processed by direct hot-air drying and hot-air drying after osmotic dehydration

处理方式色泽气味、口感外形总分直接热风干燥19±1.5217±1.4716±1.4952±1.50渗后热风干燥27±1.5322±1.5024±1.5173±1.52 由表10可知，直接热风干燥复水后样品的得分较低，品质特性较差；渗后热风干燥复水后样品的得分较高，品质特性较好。

两组样品复水后的外观如图6所示。渗后热风干燥样品复水后不但色泽鲜绿，辣味香浓，且较好地保持了原有外形，感官质量好。

图6 复水后样品外观图

Fig.6 Photographs of chili pepper samples after rehydration 3 结 论

以渗透温度、渗透液组合和渗透时间为变量因子，通过渗透脱水正交试验分析得到，渗透时间和渗透液组合对辣椒脱水率的影响显著，对脱水率与固形物获取率比值的影响特别显著，且渗透液组合为45%蔗糖＋10%食盐（＋水）、渗透时间6 h、渗透温度45 ℃为最优渗透脱水工艺方案。对渗透后辣椒样品进行热风干燥实验可以得出：热风温度是影响热风干燥的最主要因素，适宜的热风干燥温度为45～50 ℃，其次是热风风速。与鲜辣椒直接热风干燥相比，辣椒渗后热风干燥所需干燥时间明显缩短，可以降低干燥过程中的能量消耗。辣椒样品的Deff随着热风温度的升高而增大，且渗后热风干燥样品的Deff高于直接热风干燥样品。在热风风速为1.8 m/s的条件下，直接热风干燥辣椒样品和渗后热风干燥辣椒样品的Ea分别为（53.25±1.08）kJ/mol和（44.42±0.88）kJ/mol。渗后热风干燥辣椒样品的VC保留率、辣度、复水比和复原率均优于直接热风干燥样品，且渗后热风干燥样品的复水特性和品质更好。参考文献：

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第二篇：碟管式反渗透工艺用在垃圾渗透液处理中的优缺点分析及改进措施

碟管式反渗透(DTRO)工艺用在垃圾渗透液处理中的优缺点分析及改进措施

来源：城市建设理论研究

摘要：DTRO是种先进的反渗透膜，具有独特的结构形式，在垃圾渗透液处理中使用越来越广泛，取得较好效果，但也存在一些问题。本文通过对国内、外DTRO工艺运行中的优、缺点进行分析，对DTRO工艺存在的问题提出改进措施。

关键词：垃圾渗透液;DTRO;优缺点分析;改进措施

中图分类号：G353文献标识码： A

ANALYSIS AND IMPROVEMENT MEASURES ABOUT DTRO USED IN LEACHATE TREATMENT

Liu Zhongwei1Zhang Zhirong2

(1.Guangxi Urban-rural Planning Design institute, Nanning 530022 ,China;

2.Guangxi Transportation Research Institute, Nanning 530007,China)

Abstract: DTRO, an advanced RO membrane with special structure form, is used more and more in leachate treatment and got a good effect, but there are also some problems.Based on the analysis on the DTRO used in leachate treatment domestic and foreign, the paper raised the improvement measures.Keywords: leachate;DTRO;analysis on strengths and weaknesses;improvement measures

1渗透液水质特点

垃圾渗透液是一种成分复杂的高浓度有机废水，含有多种毒性物质和致癌物质，是世界公认的污染威胁大、性质复杂、难以处理的高浓度废水。本文由一体化垃圾渗透液处理设备厂家广东春雷环境工程有限公司采编，如有侵权请告知。

渗透液的水质与进入填埋场的垃圾类别有直接联系，发达国家如德国、日本垃圾分类较好。以使用DTRO工艺较多的德国为例，德国垃圾填埋场对有机质的填埋比例进行了严格限制，因此BOD5很低，典型的渗透液成分如下：

表1德国垃圾渗透液水质

Table 1 Leachate quality in Germany

指标 电导率

(μS/cm)BOD5

(mg/L)COD

(mg/L)NH3-N(mg/L)

数值 15000~20000 300~500 3000~5000 1500~2000

我国除北京、上海、深圳等少数城市做了垃圾分类试点以外，其它绝大部分城市垃圾没有分类，同时我国各地气象条件各异域，因此我国垃圾渗透液的水质与德国比，相差较大，有如下特点：

1)、填埋初期NH3-N浓度高，可以到3000mg/L以上，BOD5/COD值较高可达0.5以上，可生化性好，碳源充足，较易处理。

2)、随着填埋时间的变化(通常5年左右)，BOD5的浓度快速下降、COD的浓度缓慢下降，仍然保持较高浓度，BOD5/COD值较低，可生化性差，部分有机物(中等分子量的灰黄霉酸类物质)难生物降解;NH3-N浓度保持在1000mg/L左右，C/N比低，处理难度大。

3)、重金属：一般渗透液中的重金属含量很低，不会超过排放标准，但当工业垃圾与生活垃圾混合填埋时，重金属溶出数量会增加，与各地实际情况有关。

我国垃圾渗透液水质与德国相差很大，BOD5浓度高很多，可生化性相对要好，特别是填埋初期。

2DTRO工艺分析

从2011年7月1日起，现有的所有渗透液处理出水按新标准《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)执行，新标准对COD，总氮、重金属及外运处理等方面提出了更为严格的要求，根据渗透液的水质特点，有机物和氨氮是国家排放标准规定的两个主要去除目标，它决定了渗透液处理工艺的建设成本和运行费用。

2010年4月1日起实施的《生活垃圾填埋场渗透液处理工程技术规范》(HJ 564-2010)，提出了“生化处理+膜过滤”的原则性处理流程。

目前大多数垃圾填埋场滤液处理工艺为以下两种：全膜过滤(DTRO)工艺和“生化处理+膜过滤”工艺，本文主要对全膜过滤(DTRO)工艺进行分析。本文由一体化垃圾渗透液处理设备厂家广东春雷环境工程有限公司采编，如有侵权请告知。

2.1国外DTRO工艺运行情况

1988年颇尔水技术公司在德国首次推出DTRO装置用于垃圾渗透液处理，在德国应用较多，因此以德国的实际应用为例进行介绍。德国垃圾填埋场对有机质的填埋比例进行了严格限制，渗透液成分相对简单，收集的垃圾渗透液一般先经过预处理，再进入反渗透系统，同时对浓缩液进行处理，该技术取得了很好的应用效果，典型工艺流程如下：

图一 德国典型DTRO处理工艺流程

Fig.1 Technological process of DTRO in Germany

2.2国内DTRO工艺运行情况

两级DTRO工艺流程及水量平衡图如下(Q为清水产量，DTRO产水率按80%计算)：

图二 DTRO工艺水量平衡

Fig.2 Water budget in DTRO process

两级DTRO系统具有以下优点：

1)、预处理系统简单，渗透液通过保安过滤器(精密过滤)即可进入DTRO系统。

2)、抗冲击负荷能力强、进水水质波动对其影响较小。

3)、通过碟管式反渗透膜(DTRO)将渗透液分为浓缩液(污染物含量极高)和清水(含少量盐)两部分，是纯物理分离。和生化处理比较，占地面积小、自动化程度高、对运行管理人员要求较低。本文由一体化垃圾渗透液处理设备厂家广东春雷环境工程有限公司采编，如有侵权请告知。

4)、发生故障时，启动和关闭时间短。

5)、采用膜组件结构，容易改建和扩建。

6)、缩短产生渗透液的时间，减少填埋场封场后的维护时间。

由于国内渗透液水质浓度高，浓缩液没采取处理措施直接回灌至填埋库区，渗透过垃圾堆体，由渗透液收集系统收集再次排入调节池，进入渗透液处理站，是内部循环的，存在以下不足：

1)、污染物的降解主要依赖于垃圾堆体，垃圾堆体处于厌氧环境，系统中主要是两类细菌：产酸细菌(异养菌)和产甲烷菌(自养菌)，产酸菌比产甲烷菌增长快，产甲烷菌对PH值较敏感，最适宜pH值范围约在6.8~7.2之间，如果产酸菌增长过快，垃圾堆体的PH值将低于6.5，产甲烷菌会受到抑制，两类细菌数量将不平衡(新鲜渗透液含有较高浓度的VFA，可生化性好，因此产酸菌增长很快，这种情况更容易出现)，从而使渗透液停留在产酸阶段，污染物不能彻底分解，导致DTRO系统进水的有机物浓度较高，加速DTRO膜的污染。

2)、对于难生物降解的有机物和无机盐类在系统内积累，反渗透系统进水浓度会越来越高。含盐量越高渗透压越高，进水压力不变的情况下，产水量将降低。填埋初期渗透液浓度较低，产水率较高，通常可以达到80%，中后期降到70%，甚至更低，从而缩短膜的使用寿命，大幅提高运行费用。

3)、浓缩液的回灌方式主要有三种：直接回灌至垃圾填埋层(垃圾在分层压实期间，将渗透液浇灌在作业面上)、表面回灌(通常用穿孔管喷灌)、覆盖层下回灌(在垃圾填埋中间覆盖层下铺设管网或利用导气石笼回灌)。前两种方式会加速恶臭气体挥发、影响填埋作业，第三种方式容易形成短流(经导气石笼、库底渗透液收集系统直接进入调节池)，污染物没有经过垃圾层的有效降解。本文由一体化垃圾渗透液处理设备厂家广东春雷环境工程有限公司采编，如有侵权请告知。

4)、回灌把渗透液中的有机物重新送回填埋场，加快了填埋场产气速率，容易引发安全问题。

2.3国内早期采用DTRO工艺的渗透液处理站运行情况

国内早期(2003~2004年)采用二级DTRO工艺的垃圾处理场渗透液处理站，经过几年的运行均进行了技术改造，详下表。

表2 国内采用DTRO工艺的渗透液处理站改造情况

Table 2 Technical transformation of domestic leachate treatment plant of DTRO process

项目 改造前处理工艺 改造后处理工艺

重庆长生桥垃圾填埋场 二级DTRO 膜生物反应器(MBR)+二级DTRO

北京安定垃圾填埋场 二级DTRO+高压RO 膜生物反应器(MBR)+纳滤(NF)+反渗透(RO)

北京阿苏卫垃圾填埋场 二级DTRO 厌氧+反硝化+硝化+膜生物反应器(MBR)+纳滤(NF)+DTRO

改造后的工艺保留DTRO处理单元的同时增加了生化处理单元。

3改进措施

针对两级DTRO工艺的分析和参照国内早期采用DTRO工艺的渗透液处理站改造工艺，提出以下改进措施：

1)、新建填埋场在回灌初期为防止产酸菌增殖过快，保持产酸菌和甲烷菌数量的平衡以保证垃圾堆体的降解效果、降低渗透液中有机污染物的浓度，可采用两种方法：间断回灌(短时间回灌后停止)、接种产甲烷菌。

2)、填埋作业过程中，采取措施保证回灌的效果，延长渗透液在垃圾堆体中的停留时间，使污染物得到充分降解。

3)、DTRO处理单元前加生化处理单元，对于后期氨氮浓度高，碳源不足时，考虑外加碳源。

4)、对浓缩液进行处理(如Fenton试剂法、臭氧氧化法等)，对于含有大量难生物降解的后期渗透液，效果更明显，可降低DTRO系统的进水浓度，提高产水率、延缓膜污染，从而降低运行费用。

4结语

两级DTRO工艺处理垃圾渗透液有许多优点，但也存在一些不足，针对这些不足采取适当的措施可以更好地发挥DTRO工艺的优势。本文由一体化垃圾渗透液处理设备厂家广东春雷环境工程有限公司采编，如有侵权请告知。

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