香蕉（巴林品种）的吸湿等温线和干燥动力学：建模、结合水、物理性质及建议

《Food Biophysics》：Moisture Sorption Isotherms and Drying Kinetic in Bananas (var. Barlin): Modelling, Bound Water, Physical Properties, and Recommendations

香蕉干燥过程中水分吸附等温线及动力学特性研究。采用静态称重法分析30-50℃范围内水分活度0.14-0.88的吸附特性，发现Peleg模型拟合最佳，其S型曲线揭示温度升高导致吸附层厚度缩减（0.32-0.95nm）、孔隙半径扩大（176.23-4981.34nm）及结合水比例下降。FESEM显示干燥裂纹加速吸湿，EDS证实表面含碳63%、氧35%。推荐储存水分活度≥0.12（安全水分14.94-16.85%）时，40-60℃干燥需1800-3540分钟。

　　

摘要

香蕉的干燥和水分吸附过程仍面临诸多挑战，尤其是在提供准确的储存建议和缩短干燥时间方面。本研究旨在探讨香蕉的水分吸附等温线和干燥动力学。采用静态重量法结合饱和溶液对香蕉的水分吸附进行了分析，覆盖了0.14–0.88的水分活度范围，并在30、40和50°C的培养温度下进行实验。研究中使用的模型包括Peleg、Oswin、Halsey、Brunauer–Emmett–Teller（BET）、Guggenheim–Anderson–de Boer（GAB）和Courie模型。统计分析表明Peleg模型的预测效果最佳。将Peleg模型与人工神经网络（ANN）进行比较后发现，传统的Peleg模型具有更准确的预测能力。Peleg模型生成的吸附曲线呈S形。随着温度的升高，吸附的水分子层数、吸附表面积、结合水的百分比以及单层水分含量均有所下降。结合水单层的厚度和孔径范围分别为0.32至0.95纳米和176.23至4981.34纳米。场发射扫描电子显微镜（FESEM）观察发现，干燥后的香蕉表面出现了裂纹，这有助于加速吸附过程。能量分散光谱（EDS）分析显示，干燥香蕉的表面主要由碳（63%）和氧（35%）组成。较高温度会加快水分含量的降低，平均干燥速率介于0.12至0.15%d.b./min之间。干燥后的香蕉总色差、可见物体体积和收缩率分别介于45.92–48.49%、40.26–47.54%和52.46–59.74%之间。傅里叶变换红外光谱（FTIR）曲线显示了不同类型键的独特波长。根据平衡水分含量（EMC）与水分活度之间的关系，建议储存过程中干燥香蕉的安全水分含量为14.94–16.85%（干基）。此外，在40至60°C的温度范围内，推荐的干燥时间为1800至3540分钟。