实际应用
现代人需要高营养价值的食物。然而，干燥食品需要漫长的过程或高温来消除水分，从而失去重要的所需特性，例如营养成分、风味、颜色或质地；因此，有必要分析经济地保护这些特性的方法。这项工作结果可以帮助我们确定最佳工艺，以在干燥过程中保留所需的甜菊叶特性。
介绍
糖现在在人类饮食中所​​占的比例前所未有（Westover 和 Marrangell，2002）；不幸的是，它是一种天然的高热量甜味剂。因此，过量食用与肥胖、甘油三酯升高、高脂肪率、心血管疾病、糖尿病等有关。此外，它还会降低人们对健康食品的兴趣，从而导致多动症和营养缺乏（Billich 等人，2018 年；Johnson 等人，2009 年）。
另一种选择是天然甜味剂，例如甜叶菊，一种来自巴拉圭东南部的特有植物，已使用多年。叶子的甜度是蔗糖的 300 至 400 倍（Lemus-Mondaca 等人，2016 年；Tiefenbacher，2019 年）；它们不提供热量，具有口服抗菌、降血糖和抗高血压等药用特性。由于人们对健康饮食的要求不断提高，其需求在全球范围内不断上升（Periche et al., 2015；Ramos-Tovar et al., 2019；Ren et al., 2011）。然而，甜叶菊叶通常作为输液食用，从而可以获得高含量的黄酮类化合物和酚类物质；因此，干燥是必要的。
食品脱水是人类的一项重大成就，也是主要的食品保存方法（Chen 和 Putranto，2010；Khan 等人，2020）。干燥的目的是降低水分活度、保存食品并避免微生物生长和有害的化学反应。同样，它减少了体积，使其存储和运输的物流更加经济和方便（Lin et al., 2011）。然而，干燥方法的选择可以改善食品的特性保存，并且对于最大限度地减少任何营养、细胞或结构变化至关重要（Kumar 等人，2019）。
干燥可以采用不同的方法进行（Ahmed et al., 2013；Khalfaoui et al., 2021；Periche et al., 2015；Shivanna and Subban, 2014），但这是一个耗能过程（Zohrabi et al., 2021）。 ，2020），约占工业能源消耗的 12％（Raghavan 等，2005）。工艺优化的重要性显而易见，因为它可以节省既昂贵又污染的化石燃料，并能让他们获得优质的干燥产品。因此，开发节能方法对于解决环境复杂问题至关重要（Castillo-Téllez et al., 2020）。
彩色颜料、美拉德反应和酶促褐变在产品的颜色变化中起着至关重要的作用。此外，在草药干燥过程中，由于太阳辐射和加热过程中的氧气，叶绿素会发生光降解，这意味着其性能的退化。此外，颜色是干燥的一个基本属性，因为产品的外观决定了消费者的接受程度。
干燥动力学的数学模型是优化过程的合适工具，但干燥机设计仅使用薄层模型（Radhika 等，2011）。
由于食品干燥过程的重要性，已报道了应用于蔬菜和药用植物的动力学和建模（Akpinar 和 Bicer，2007 年；Corzo 等人，2008 年；Falade 和 Solademi，2010 年；Koua 等人，2009 年；Radhika ）等人，2011；Singh 等人，2014；Tunde-Akintunde，2011）。
人们对甜叶菊叶干燥进行了不同的研究：营养和药用效果（Ameer 等人，2020 年；Bueno-Hernández 等人，2019 年；Lemus-Mondaca 等人，2012 年；Park 和 Cha，2010 年；Periche 等人） ., 2014 ; Zaidan 等人, 2019 ) 和不同的干燥技术 ( Castillo Téllez 等人, 2018 ; Darchan 等人, 2012 ; García , 2014 ; Lemus-Mondaca 等人, 2015 )。然而，甜菊叶在不同空气温度和速度下干燥的情况尚未见报道。因此，在大多数情况下，仅独立考虑温度和风速对干燥动力学的影响。
这项工作的目的是：
A。    
评估空气温度和速度对甜菊叶干燥动力学的影响，
b.    
将现有的数学模型与干燥实验结果进行拟合，
C。    
评估有效扩散率和活化能，
d.    
定义含水率与风干温度和风速的关系，
e.    
分析每种风干条件下的水分活度 aw、颜色变化和甜菊糖苷含量，作为产品质量参数。这些信息有助于干燥机的设计和优化，追求获得优质的干燥产品。
材料和方法
图1显示了研究方法图。

图1。方法图。
原料
选用墨西哥莫雷洛斯州种植的Morita II品种甜菊叶，并根据成熟度、颜色和新鲜度选择样品叶。两种培养物的大小没有显着差异，每片叶子的重量在 0.32 ± 0.02 g 之间变化。
烘干机说明
干燥设备由透明塑料室、电机离心风扇、电阻组、控制面板和置于干燥室中的面积为0.35 m 2的多孔托盘组成。空气纵向循环穿过干燥盘的上部和下部并继续向外。空气由1/20马力电机与离心风机驱动，最大体积流量为570 m 3 /h。风扇吸入周围空气，使其通过电阻组循环，然后到达干燥室。空气速度由连接到电机风扇的可变电流互感器控制，并在三个点进行测量以验证速度值。
加热系统由三个 1.5 kW 的翅片电阻组成，每个电阻（总功率 4.5 kW）。每个电阻独立运行，温度由 PID（比例-积分-微分）控制器控制，使用位于干燥室和电阻组之间的空气扩散器中的 PT 1000 热电偶。图2所示为具有温度和风速控制的干燥机示意图。

图2 . 温度和风速可控的干燥机。
实验流程
非对流干燥机。为了在受控温度下对甜叶菊叶进行干燥处理，使用带有 PID 控制器的非对流电炉来建立 45 °C、55 °C 和 65 °C 的不同干燥温度。体重减轻由精密天平使用特定软件自动记录，每次进行三次体验。处理后的叶子平均重量为1.2克；将20g置于多孔托盘中。
在受控温度和风速下干燥
用于在受控温度和风速条件下干燥甜菊叶的设备是在墨西哥自治大学可再生能源研究所的太阳能干燥实验室设计、建造和评估的。
每个实验均在每种技术中进行并评估三次以获得可靠的数据。
采用便携式比色计测量甜菊叶样品的颜色参数。该设备用白色和黑色瓷砖进行了校准。

根据 Dadzie 和 Orchard 报道的方法，通过测量白利糖度来评估甜菊叶中的总可溶性固体或糖含量，该方法包括测量折光提取物指数。
表1显示了实验参数、使用的设备和准确度。

对不同食品的干燥动力学进行建模需要回归和相关分析的统计方法。线性和非线性回归模型对于确定不同变量之间的关系至关重要。这项工作找到了涉及甜叶菊干燥空气温度和速度的最佳拟合模型的常数和系数。此外，多元线性回归分析检查了这些变量与系数的相关性。所有这些统计分析均使用 Oakdale Engineering 软件的 DataFit 9.1 进行计算。
决定系数（R 2）等统计参数被用作选择实验结果最佳拟合模型的主要标准。此外，还包括简化卡方、χ 2（测试信息与模型预测数据之间偏差的均方）、均方根误差分析和 RMSE（实验数据与预测数据之间的差异）。为了达到实验数据的最佳拟合，决定系数应较高，而χ 2和RMSE应较低( Kavak Akpinar et al., 2006 )。
结果与讨论
无对流干燥
表 3显示了在既定干燥温度下的初始和最终水分活度以及新鲜和干燥的叶子湿度。

控温动力学干燥
图 3(a)和 (b) 表示作为干燥时间函数的M C以及在非对流条件下获得的 45 °C、55 °C 和 65 °C 下的干燥速率。

图3 . (a) MC 作为干燥时间的函数，(b) 在非对流电烘箱中受控温度条件下的干燥速率。
如图 3(a)所示，三个选定温度下的M C在以下干燥时间下稳定：65°C 240 分钟，55°C 330 分钟，最后 45°C 450 分钟。
图 3(b)显示了干燥速率随每个干燥设定温度的M C的变化。首先，观察 65 °C 动力学；当 MC 为 3. 23 和 0.037 kg 水/kg 干物质分钟时获得最高干燥速率；55 °C 时的最高干燥速率为 3.23，MC 为 0.030 kg 水/kg 干物质分钟。
缺乏恒定的干燥期；干燥过程发生在降速阶段，表明该过程主要受内部物理扩散传湿机制控制。这些结果与 Doymaz 等人获得的结果一致。以及Lemus-Mondaca 等人 (2015 ) 关于干燥叶子和蔬菜的内容。
速度下降周期表示内阻（45 °C 时为 1.2 至 1.5 kg 水/kg 干物质）。叶子中的MC足以使毛孔保持饱和；因此，它降低了水的扩散性，因此观察到干燥速率的降低。

数学建模
表 4列出了自然对流受控条件下电烤箱干燥动力学的数学模型。它显示了所分析的不同薄层干燥模型的常数最佳调整值。

实验数据和数学模型之间有很好的一致性，并通过高R 2值(0.9996–0.9962) 进行了验证。尽管如此，Page 模型是最佳拟合模型，具有最高的R 2和较低的 RMSE 和χ 2。
图 5显示了每个温度的三个最佳调整，在没有强制对流和实验动力学干燥的电烤箱中进行评估。

图5 . 自然对流中的固定模型。
图 5和表 4显示，最佳拟合调整是通过修改页、页和对数模型获得的。R 2为：在45℃的情况下，修正页和页0.9996，对数0.9986 ；另一方面，对于 55 °C，修改页和页 0.9994 以及对数页 0.9983；最后，在 65 °C 下，修改页和页为 0.9998，对数为 0.9966。
对流干燥
在受控温度和风速下进行动力学干燥
图 6显示了干燥过程中M C的变化，以及设计干燥机中不同风速（2、3 和 4 m/s）以及所选温度（45 °C、55 °C 和 65 °C）的情况。值得一提的是，图形比例的 0.5% 误差是根据制造商的技术规格考虑的。

图6 . MC 的风速为 (a) 2 m/s、(b) 3 m/s 和 (c) 4 m/s。
结果表明，空气流速对甜菊叶的干燥速率有显着影响。这些变量的增加导致蒸发速率更高，并且当空气速度增加时MC下降得更快，从而保持恒定的温度。
此外，对于65℃和2m/s的温度，MC显着下降，在180分钟稳定，非常接近55℃，在240分钟稳定。45 分钟时的干燥动力学在 320 分钟时最终确定（图 4(a)）。
3 m/s 下M C的演变可以在图 4(b)中观察到。较慢的干燥动力学为 45 °C，270 分钟时最终M C为 0.11。对于 55°C 和 65°C，动力学要短得多，干燥时间分别为 150 分钟和 90 分钟。
图 6(c)说明了MC在 4 m/s 下的分析，其中干燥动力学的完成时间比较低空气速度更短。对于45℃、55℃和65℃，其分别稳定在240、120和80分钟。
干燥速度
图 7显示了在既定温度和风速范围内干燥速率与M C (db) 函数的关系。

图 7 . 干燥速率 (a) 2 m/s、(b) 3 m/s 和 (c) 4 m/s 风速。
对于 2 m/s 和 65 °C 的风速，M C从 3.23 降至 0.06 kg 水/kg·干物质，初始和最终干燥速率分别为 0.07 和 0.001 kg 水/kg·干物质 min。该结果与 55 °C 时类似，初始和最终M C分别为 3.23 和 0.14 kg 水/kg·干·物质。45 °C 时的最高干燥速率为 0.04 kg 水/kg·干物质·min，初始和最终M C分别为 3.23 和 0.23 kg 水/kg·干物质。观察到M C为 1.66 至 1.40 kg 水/kg·干物质之间有一个恒定的干燥速率周期。
对于 3 m/s 的空气速度，较慢的干燥动力学为 45 °C，M C和最终干燥速率分别为 0.11 kg 水/kg 干物质·分钟和 0.002 kg 水/kg 干物质·min。仅观察到一段恒定干燥速率在 1.66 至 1.40 kg 水/kg 干物质M C之间。在 55 °C 和 65 °C 下，干燥速率均下降。最高干燥速率发生在 65 °C，0.12 kg 水/kg 干物质，最终干燥速率为 0.005，M C为 3.23，0.15 kg 水/kg 干物质。
比色分析
香草和蔬菜的颜色对其商业可接受性至关重要。甜菊叶颜色参数的初始值为L  = 40.42，a  = -10.94，b  = 18.45，色度= 21.45，色调= 120.68。这些结果表明，甜菊叶具有由色相角 (120.68) 和低光度 (40.42) 定义的特征绿色；这些参数表明原始甜菊叶有从黄色到绿色的趋势。在干燥过程中，由于加热过程中光和氧的结合，观察到叶绿素发生光降解，导致绿色丧失，并且绿色趋于黄色（Luna-Solano et al., 2019）。表5，观察到在不同干燥条件下亮度增加，色相角减小，导致绿色视觉退化为不透明的绿黄色。最显着的颜色差异出现在 65 °C 和干燥空气速率 4 m/s 的干燥甜菊叶中。

所有实验中的总颜色变化呈强正相关，r (20) = 0.8954，p  < 0.01。同样，当空气速度增加时，ΔE 也增加，r ( 20) = 0.94，p  < 0.01。
在 45 °C 自然对流干燥温度下观察到最轻微的色差。色差值范围从 6.98 到最大值 12.82。根据Lim-Law 和 Mujumdar (2010 ) 的说法，当值在 2 到 12 个单位之间时，会出现可感知的色差。色差结果中 0 到 2 之间的值是不明显的。
通过在折射计 WZ-119/ATC 中测量白利糖度来评估总可溶性固体（甜菊糖苷）。该程序是根据Dadzie和Orchard (1997 )报道的方法，测量折光提取指数。

根据所有实验的设计实验，Page 模型通常在预测甜菊叶干燥方面表现出最佳性能。用于评估模型的指标如表 6所示，R 2范围为 0.999 至 0.9741，最大 RMSE 0.0173，χ 2 0.0474。

对模型参数进行多元线性回归检验得到方程( 10 )和( 11 )，其显示了含水率与空气干燥温度和速度的相互作用。根据这些具有高决定系数（R 2 > 0.99）的方程，与风干温度（ T ）相比， 风干速度（v）似乎是更相关的因素。这些结果表明强制对流的增加加速了干燥速率。

结论
在本工作中，对甜叶菊叶在 45 °C、55 °C 和 65 °C 不同温度、自然风速和强制风速为 2、3 和 4 m 的电烤箱中的干燥动力学进行了比较研究/s，已执行。
提出了空气温度-速度关系及其对干燥动力学的影响。所有实验均在 65 °C、风速 4 m/s（80 分钟）下实现了更短的干燥时间。然而，在65℃和3m/s的条件下，干燥甜叶菊叶仅需十多分钟，干燥速率区间为0.12-0.005g水/g干物质，MC在3.23至0.15g水/g干物质之间。事情。这些条件可以节省能源成本并减少环境污染。比色分析显示，在65℃、干燥风速4m/s的条件下，干燥的甜叶菊叶呈现出最显着的色差，根据结果可以肯定，当温度和干燥条件下，ΔE较大。空气速度增加。
同样，使用数学模型，验证所有实验结果均使用平均R 2为 0.9973 的 Page 模型显着拟合。该模型在不同实验设置中的温度、空气速度和参数之间具有高度线性相关性。还证实，当温度和风速增加时，干燥速率和水分子的有效扩散率增加，从而提高过程效率。这项工作为开发经济地保护甜菊叶特性的方法提供了必要的信息。