种子属于典型的生命材料,新鲜种子脱水的目的主要是为了延长保存期。在脱水过程中,如果瞬时温度或水分梯度变化较大,导致种子内部的热应力和湿应力过大,会对种子造成损伤。在目前应用较广泛的脱水方法中,主要以热风和真空冷冻干燥为主,都会不同程度的对生命材料的结构造成破坏。冰温真空干燥作为一种新的脱水技术,可以弥补传统干燥方法的缺点:有效的保存物料的组织结构和热不稳定性物质;因脱水温度高于冰点,从而避免了冰晶损伤等。本文将冰温真空脱水的理论与技术应用于种子脱水,以期为提高生命材料质量提供新的思路。该方法虽然有明显的优点,但水分迁移过程中,仍会不可避免的出现收缩现象,同时导致微观组织结构变化,影响脱水过程的热质传递。过大的湿应力或热应力会致使生命材料组织发生断裂,进而影响生命材料的活性。数学模型可以解析或指导生命材料冰温真空脱水过程,但目前关于冰温真空干燥的水分扩散模型尚不多见。为此,本文建立了适用于冰温真空脱水的理论模型,为了提高模型的准确性,该模型加入了物料收缩对水分传递的影响因子。首先,为了获得种子在冰温真空干燥过程的水分迁移特性和收缩特性,搭建了冰温真空脱水实验台并进行了相关实验。选用蚕豆种子作为实验研究对象,分别在不同温度以及不同真空度下进行了9组实验(0°C,4°C,8°C和95kPa,97kPa,99kPa)。结果表明:温度和真空度均可以强化水分传递,并且温度对水分扩散的影响更加突出;但温度对收缩的影响无明显规律;随着真空度的增加,种子的收缩程度增大。并且,在脱水过程中,蚕豆长、宽、厚(x-y-z)方向的收缩程度不同。厚度方向的变化明显大于长度和宽度方向。真空度为99kPa时,在不同的温度下厚度方向的平均收缩率可达到0.565。脱水后期收缩和孔隙率明显增大。结合宏观收缩特性以及蚕豆微观结构的变化,本文提出蚕豆脱水时,含水率最终应高于0.05~0.11。其次,根据实验所得到的蚕豆种子水分迁移规律和收缩特性,基于Luikov理论和Fick扩散定律,综合考虑水分传递和收缩的耦合影响,建立了适用于冰温真空脱水的理论模型。而且模型中的有效水分扩散系数和特征长度至关重要。传统模型只是简单的假设有效水分扩散系数为常数,并且忽略收缩的影响。而在脱水过程中,有效水分扩散系数会受温度、真空度、含水率和特征长度变化的影响。特征长度也与收缩密切相关。这些假设会导致水分扩散模型的预测精度下降。本文通过实验以及Fick扩散定律,考虑受含水率、温度和真空度影响的动态有效水分扩散系数和特征长度,建立了适用于蚕豆冰温真空干燥的水分扩散模型。最后,根据所建立的水分扩散模型,模拟了蚕豆在不同温度和真空度下含水率的变化曲线。结果表明:模型预测结果与实验结果吻合良好。此外,运用两个传统模型(1.考虑动态的有效水分扩散系数,但忽略收缩的影响,2.即假设有效水分扩散系数为常数,同时也忽略收缩的影响),模拟了蚕豆含水率的变化曲线,并将预测结果与本文所建模型的预测结果进行了对比。结果表明,本文所建立的水分扩散模型更适合预测蚕豆种子在冰温真空脱水过程中含水率的变化曲线。又将蚕豆假设为三维立方体,模拟了蚕豆作为三维立方体时的水分扩散过程,结果显示一维平板的模型比简单的三维立方体更适合用于预测蚕豆在冰温真空条件下含水率的变化曲线。