基于相变材料强化的太阳能间接干燥系统对甘薯干燥动力学及营养保留的优化研究

为解决农产品干燥效率低、营养损失大的问题，研究人员开发了采用OM49相变材料(PCM)的间接太阳能干燥器(ISD)，通过表面喷丸处理的梯形吸收板和球形封装PCM，实现了甘薯干燥效率提升1.51%、粗蛋白保留率提高26.5%，为可持续农产品加工提供了创新解决方案。

　　

农产品因高含水量易腐败变质的问题长期困扰着农业产业链，传统露天晾晒存在效率低、卫生条件差等缺陷，而直接太阳能干燥又会导致营养成分和色泽的严重损失。为实现联合国可持续发展目标(SDGs)中的可持续农业要求，开发既能高效脱水又能最大限度保留营养的干燥技术成为研究热点。

针对这一需求，研究人员设计了一种创新型间接太阳能干燥器(ISD)。该系统采用表面经喷丸处理的黑色梯形吸收板增强太阳辐射吸收率，并创新性地将有机相变材料OM49封装于喷丸处理的球形容器中作为储热介质。通过对比无相变材料(案例1)和含PCM(案例2)两种干燥条件，系统评估了甘薯的干燥动力学特性和产品品质变化。

关键技术包括：(1)采用数字扫描量热法(DSC)分析OM49的熔固特性；(2)保持0.02 kg/s的强制对流流量；(3)通过高分辨率扫描电镜(HR-SEM)观察微观结构；(4)参照AOAC标准进行粗蛋白(CP)、粗脂肪(CF)等营养成分检测。

【材料与方法】

研究使用0.5cm厚玻璃作为透光盖板，梯形吸收板经喷丸处理增加表面粗糙度。OM49 PCM的DSC分析显示其具有明确的熔融峰(49.2°C)和结晶峰(43.1°C)，相变焓达179.6 kJ/kg，证实其适合作为储热介质。

【结果与讨论】

案例2(含PCM)的干燥效率比案例1提高1.51%，最终含水率降至6.67%，较案例1降低1.15%。营养分析显示案例2的粗蛋白(2.82%)和粗脂肪(1.40%)保留率显著高于案例1(2.23%和0.92%)。SEM图像证实含PCM干燥的样品微观结构完整性更好。

【结论】

该研究证实：喷丸处理的吸收板与OM49 PCM协同作用可延长热释放时间，使干燥室温度分布更均匀。相比传统方法，新系统在干燥速率(13.37 kg/h)、效率提升和营养保留方面均表现出显著优势，为开发可持续农产品加工设备提供了重要参考。论文发表在《Journal of Environmental Chemical Engineering》，为太阳能干燥领域的技术创新树立了新标杆。