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微波干燥玉米籽粒的試驗(yàn)研究

信息來(lái)源： | 發(fā)布日期： 2006-05-24 15:21:11 | 瀏覽量：1747

關(guān)鍵詞：微波干燥玉米籽粒的試驗(yàn)研究

                朱德文1    朱德泉2 邵陸壽2    李兵2
（1農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，南京 210014； 2安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，合肥 230036）
    摘要：針對(duì)玉米熱風(fēng)干燥中存在的問(wèn)題，運(yùn)用自制的微波干燥試驗(yàn)設(shè)備，采用不同的質(zhì)量比功率和加熱時(shí)間及配套的工藝流程，研究了玉米微波干燥特性及干燥條件對(duì)干后品質(zhì)、能耗的影響，分析了微波干燥玉米過(guò)程中單位質(zhì)量功耗、溫度、平均失水速率與玉米籽粒發(fā)芽率、爆腰率和淀粉得率的關(guān)系，確定了影響微波干燥玉米的工藝參數(shù)和玉米微波干燥的優(yōu)良工藝流程。研究結(jié)果表明：玉米微波干燥主要處于恒速干燥階段，應(yīng)用微波技術(shù)既能快速而經(jīng)濟(jì)地對(duì)玉米籽粒進(jìn)行干燥，又能保持其種用價(jià)值，且能改良其品質(zhì)。
    關(guān)鍵詞：微波；干燥；玉米；試驗(yàn)；研究
0 前言
    玉米是我國(guó)主要糧食作物之一，玉米籽粒收獲時(shí)含水量較高，再加上收獲季節(jié)經(jīng)常遇到連續(xù)陰雨天氣，若不能及時(shí)得到干燥就會(huì)出現(xiàn)變質(zhì)霉?fàn)€現(xiàn)象，嚴(yán)重影響玉米的產(chǎn)量和品質(zhì)，大大降低了其經(jīng)濟(jì)效益。傳統(tǒng)的農(nóng)作物干燥是采用熱風(fēng)干燥方式，干燥時(shí)物料受熱先外后內(nèi)，干燥效果與干燥質(zhì)量較差，尤其因玉米籽粒大，單位比面積小，籽粒皮層結(jié)構(gòu)緊密光滑，造成水分不易從籽粒內(nèi)部向外部轉(zhuǎn)移，特別在高溫介質(zhì)作用下，玉米籽粒表皮的水分急劇汽化，表皮之下的水分不能及時(shí)轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致壓力升高，表皮脹裂，淀粉糊化，淀粉得率下降，干燥后玉米品質(zhì)明顯下降，而且設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以控制，對(duì)干燥工藝和設(shè)備要求較高。微波干燥作為一種新興技術(shù)，具有干燥速度快、時(shí)間短、熱穩(wěn)定性高、加熱均勻性好、產(chǎn)品質(zhì)量高和殺菌殺蟲(chóng)等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)及其干燥機(jī)理，微波干燥已成功地用于醫(yī)藥、食品工業(yè)、化工、煙草以及木材加工等領(lǐng)域，但在農(nóng)產(chǎn)品干燥中的應(yīng)用起步較晚，而且規(guī)模較小。本文通過(guò)對(duì)玉米籽粒微波干燥的研究，探討玉米籽粒微波干燥的理想工藝[1，2]。
1 試驗(yàn)材料、設(shè)備與方法
1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)備
    玉米：掖單19號(hào)，由安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)總場(chǎng)提供，原始水分為26.4%，發(fā)芽率為93.2%。
    微波爐：WP750-1型微波爐，微波工作頻率為2450MHz，可定功率輸出工作。根據(jù)以前的試驗(yàn)結(jié)論，本試驗(yàn)統(tǒng)一選用150W檔。
    溫度計(jì)：輻射TH1-400溫度計(jì)，精度為±1℃。
    分析天平：TG725C型單盤(pán)分析天平，精度為±0.01ｇ。
    電熱鼓風(fēng)干燥箱：101-1型電熱恒溫箱。
1.2 試驗(yàn)與測(cè)定方法
    水分測(cè)定：按GB5497-85方法測(cè)定，130℃定時(shí)烘干法。
    發(fā)芽率測(cè)定：按GB5520-85方法測(cè)定。
    淀粉得率測(cè)定：按GB/T5514-85方法測(cè)定。
    爆腰率測(cè)定：從經(jīng)過(guò)微波處理的玉米籽粒中隨機(jī)取出100粒，從中挑出有裂紋的粒數(shù)，即為玉米的爆腰率（每個(gè)樣品做三次試驗(yàn)，結(jié)果取平均值）。
    試驗(yàn)方法:參照玉米入庫(kù)貯藏標(biāo)準(zhǔn)，把玉米籽粒的^終含水量定為12%~14%的范圍內(nèi)，按試驗(yàn)要求設(shè)定不同單位干燥功率和不同干燥時(shí)間對(duì)玉米進(jìn)行微波干燥試驗(yàn)，記錄每一時(shí)間段的玉米重量和溫度。干燥后的樣品冷卻后測(cè)其水分、爆腰率、發(fā)芽率和淀粉得率。根據(jù)各個(gè)時(shí)刻的水分含量計(jì)算失水速率。
2 試驗(yàn)結(jié)果與分析
2.1 玉米籽粒干燥特性
    玉米籽粒干燥特性曲線(xiàn)是干燥過(guò)程中玉米^水分和干燥時(shí)間之間的關(guān)系曲線(xiàn)，如圖1所示。

    由圖1可以得出，隨干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，玉米的含水率逐漸下降，原始水分為26.4%的玉米降到14%，采用0.4W/g的功率進(jìn)行干燥需要大約50分鐘，而采用0.15W/g功率干燥需要150分鐘左右?？梢?jiàn)，單位質(zhì)量的微波干燥功率越大，失水加快，總干燥時(shí)間縮短。
    玉米籽粒干燥速率曲線(xiàn)是干燥過(guò)程中任何時(shí)間的干燥速率和該時(shí)間玉米籽粒的^水分的關(guān)系曲線(xiàn)，如圖2所示。在干燥曲線(xiàn)上各點(diǎn)的切線(xiàn)斜率即為該點(diǎn)^水分時(shí)相應(yīng)的干燥速率。
    由圖2可以得出，玉米籽粒內(nèi)含水量減少，失水速率下降，單位質(zhì)量的微波干燥功率越大，失水速率加快，整個(gè)干燥過(guò)程可以分為三個(gè)階段：預(yù)干燥階段、恒速干燥階段和降速干燥階段。在預(yù)干燥階段，干燥速率從零開(kāi)始迅速上升到^高值。在恒速干燥階段，蒸發(fā)的水分基本按直線(xiàn)下降，干燥速率基本是穩(wěn)定的。這是由于向玉米提供的熱量基本全部消耗于以液態(tài)轉(zhuǎn)移的水分蒸發(fā)，此時(shí)，玉米表面水分蒸發(fā)速率幾乎等于玉米內(nèi)部水分向外部擴(kuò)散的速率。當(dāng)玉米干燥到一定水分時(shí)，干燥速率減慢，進(jìn)入到降速干燥階段，水分下降逐漸減慢，在干燥末期向平衡水分接近[3~5]。
    玉米籽粒溫度特性曲線(xiàn)是干燥過(guò)程中玉米溫度和干燥時(shí)間之間的關(guān)系曲線(xiàn)，如圖3所示。
由圖3可以得出，隨單位干燥功率的提高，玉米^高溫度升高，而且單位干燥功率越高，溫度升高得越快。單位干燥功率為0.4W/g的^高溫度為90℃，而單位干燥功率為0.15W/g的^高溫度只有50℃左右。
2.2 排濕風(fēng)速對(duì)平均失水速率和溫度的影響
    由圖4、圖5可以得出，排濕風(fēng)速增加，玉米水分下降減慢，干燥總時(shí)間略增，溫度也略低。微波干燥時(shí)，由于玉米溫度高于排濕氣流溫度，當(dāng)排濕風(fēng)速提高后，玉米與周?chē)膶?duì)流換熱程度增強(qiáng)，用于失水熱量相對(duì)減少，但因微波干燥時(shí)存在一定自?；瘏^(qū)，這種影響程度較小。

2.3 單位質(zhì)量干燥功率對(duì)玉米籽粒發(fā)芽率、爆腰率和淀粉得率的影響
    由圖6左圖可以得出，隨單位干燥功率的提高，爆腰率升高，發(fā)芽率和淀粉得率下降，而且干燥功率越高，爆腰率上升得越快，發(fā)芽率和淀粉得率下降得越快。單位干燥功率為0.4W/g的爆腰率高達(dá)60%，發(fā)芽率只有8%和淀粉得率只有39.6%，而單位干燥功率為0.15W/g的爆腰率只有2%，發(fā)芽率為98%和淀粉得率為78.6%。
    由圖6中圖可以得出，隨玉米干燥^高溫度的提高，引起玉米爆腰率上升，發(fā)芽率和淀粉得率下降，而且玉米干燥^高溫度越高，爆腰率升高得越快，發(fā)芽率和淀粉得率下降得越快。當(dāng)玉米^高溫度高于60℃時(shí)，爆腰率開(kāi)始大幅度上升，發(fā)芽率和淀粉得率開(kāi)始大幅度下降?？梢?jiàn)，玉米微波干燥應(yīng)避免溫度過(guò)高，玉米微波干燥^高溫度應(yīng)控制在60℃以下。
    由圖6右圖可以得出，隨玉米干燥平均失水速率的提高，引起玉米爆腰率上升，發(fā)芽率和淀粉得率下降，而且玉米干燥平均失水速率越高，爆腰率升高得越快，發(fā)芽率和淀粉得率下降得越快。當(dāng)平均失水速率大于0.15%/min，爆腰率開(kāi)始大幅度上升，發(fā)芽率和淀粉得率也開(kāi)始大幅度下降。可見(jiàn)，玉米微波干燥應(yīng)避免平均失水速率過(guò)快，玉米微波干燥平均失水速率應(yīng)控制在0.15%/min以下[6]。

    由圖6左圖可以得出，隨單位干燥功率的提高，爆腰率升高，發(fā)芽率和淀粉得率下降，而且干燥功率越高，爆腰率上升得越快，發(fā)芽率和淀粉得率下降得越快。單位干燥功率為0.4W/g的爆腰率高達(dá)60%，發(fā)芽率只有8%和淀粉得率只有39.6%，而單位干燥功率為0.15W/g的爆腰率只有2%，發(fā)芽率為98%和淀粉得率為78.6%。
    由圖6中圖可以得出，隨玉米干燥^高溫度的提高，引起玉米爆腰率上升，發(fā)芽率和淀粉得率下降，而且玉米干燥^高溫度越高，爆腰率升高得越快，發(fā)芽率和淀粉得率下降得越快。當(dāng)玉米^高溫度高于60℃時(shí)，爆腰率開(kāi)始大幅度上升，發(fā)芽率和淀粉得率開(kāi)始大幅度下降?？梢?jiàn)，玉米微波干燥應(yīng)避免溫度過(guò)高，玉米微波干燥^高溫度應(yīng)控制在60℃以下。
    由圖6右圖可以得出，隨玉米干燥平均失水速率的提高，引起玉米爆腰率上升，發(fā)芽率和淀粉得率下降，而且玉米干燥平均失水速率越高，爆腰率升高得越快，發(fā)芽率和淀粉得率下降得越快。當(dāng)平均失水速率大于0.15%/min，爆腰率開(kāi)始大幅度上升，發(fā)芽率和淀粉得率也開(kāi)始大幅度下降。可見(jiàn)，玉米微波干燥應(yīng)避免平均失水速率過(guò)快，玉米微波干燥平均失水速率應(yīng)控制在0.15%/min以下[6]。
3 結(jié)論
    玉米微波干燥過(guò)程分為預(yù)干燥、恒速干燥和降速干燥三個(gè)階段。在預(yù)干燥階段，水分的汽化主要在籽粒的表面，水分蒸發(fā)速度比較快；在恒速干燥階段，水分在籽粒表面的汽化過(guò)程已經(jīng)結(jié)束，其蒸發(fā)的速度取決于內(nèi)部水分向表面擴(kuò)散的速率，蒸發(fā)的水分基本按直線(xiàn)下降，干燥速率基本是穩(wěn)定的。當(dāng)玉米干燥到一定水分時(shí)，干燥速率減慢，進(jìn)入到降速干燥階段，水分下降逐漸減慢。因此，可以根據(jù)玉米初始含水量進(jìn)行分段微波干燥。微波干燥玉米籽粒的^佳干燥工藝是單位質(zhì)量干燥功率為0.2W/g，^高干燥溫度不超過(guò)60℃，平均失水速率應(yīng)控制在0.15%/min以下。

參考文獻(xiàn)
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[3] 朱德泉，朱德文，王德義. 小麥和油菜種子微波干燥的試驗(yàn)研究[J]. ^農(nóng)機(jī)化，2003， (3)：26~27
[4] 朱德泉. 不同面筋類(lèi)型小麥的微波干燥試驗(yàn)研究[J]. 包裝與食品機(jī)械，2004，25 (3)：18~21
[5] 朱德文，劉敏. 微波干燥稻谷的試驗(yàn)研究[J]. 包裝與食品機(jī)械，2003，21 (5)：8~10
[6] 王俊，金天明，許乃章. 稻谷的微波干燥特性和質(zhì)熱模型[J]. ^糧油學(xué)報(bào)，1998，13 (5)：6~9

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