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微波幹燥玉米籽粒的試驗研（yán）究

信息來源： | 發布日期： 2006-05-24 15:21:11 | 瀏覽量：2651

關鍵詞：微波幹燥玉米籽粒的試驗研究

                朱德（dé）文1    朱德（dé）泉（quán）2 邵陸壽2    李兵2
（1農業部南京農業機械（xiè）化（huà）研究所，南京 210014； 2安徽農業大學工學院，合肥（féi） 230036）
    摘要：針對玉米熱風幹燥中存在的問題，運（yùn）用自製的微波幹燥試驗設備（bèi），采用不同的質量比功率和加熱時間及配套的工藝流（liú）程，研究了玉米微波幹燥特性及幹燥條件對幹後品質、能（néng）耗的影響，分析了微波幹（gàn）燥（zào）玉米過程中單位質量功耗、溫度、平均失（shī）水速率與玉米籽粒發芽率、爆腰率和澱（diàn）粉得（dé）率（lǜ）的關係，確（què）定了（le）影響（xiǎng）微（wēi）波幹燥玉米（mǐ）的工藝參（cān）數和玉米微波幹燥的優良工藝流程。研究結果表明（míng）：玉米微波幹（gàn）燥主要（yào）處（chù）於恒速幹燥階段，應用（yòng）微波技術既（jì）能（néng）快速而經濟地對玉米籽粒進行幹燥，又能保持其種用價值，且能改良其（qí）品質。
    關鍵詞：微波；幹燥；玉米；試驗；研究
0 前言
    玉米是我國主要（yào）糧（liáng）食作物之一，玉米籽粒收獲時含水量（liàng）較高，再加上收獲（huò）季節經常遇到連續（xù）陰雨天氣，若不能及時（shí）得到幹燥就會出現變質黴爛現象，嚴（yán）重影響玉（yù）米的產量和品質，大大降低了其經濟效益。傳統的農作物幹燥（zào）是（shì）采用熱風幹燥方式，幹燥時物料受熱先外後內，幹燥效果與幹（gàn）燥（zào）質量較差（chà），尤其因玉米籽粒大，單位比麵積（jī）小，籽（zǐ）粒皮層結構緊密光滑，造成（chéng）水分不易從籽粒內部向外部轉（zhuǎn）移，特別在高溫介質作用下，玉（yù）米籽粒表皮的水分急（jí）劇汽化，表皮之下的水分不能及時轉（zhuǎn）移，導致（zhì）壓（yā）力升高，表皮脹裂，澱粉糊化，澱粉得率下降，幹燥後玉米品質明顯下降（jiàng），而且設備（bèi）結構複雜，難以控製，對幹燥工藝和設備要求較高。微波幹燥作為一種新興技術，具有幹燥速度快、時間短、熱穩定性高、加熱均勻性好、產品質量高和殺菌殺蟲等獨（dú）特（tè）的優點及其幹燥機（jī）理（lǐ），微波（bō）幹燥已成功地用於（yú）醫藥、食品工業（yè）、化工、煙草以及木材加工等領域，但在農產品幹燥中的應用起步較晚，而且（qiě）規模較小。本文通過（guò）對玉（yù）米籽粒微波幹燥的研究，探討玉米籽粒（lì）微波幹燥的理想工藝[1，2]。
1 試驗材（cái）料、設備與（yǔ）方法
1.1 試驗（yàn）材料與設備
    玉米（mǐ）：掖（yè）單19號，由安徽農業大學試驗總場提供，原始水分為26.4%，發芽率為93.2%。
    微波爐：WP750-1型（xíng）微波爐，微波工作頻率為2450MHz，可定（dìng）功率輸（shū）出工（gōng）作。根據（jù）以前的試驗結（jié）論，本試驗統一選用150W檔。
    溫度計：輻射TH1-400溫度計，精度為±1℃。
    分析天平：TG725C型單盤分析（xī）天平，精度為±0.01ｇ。
    電熱鼓風幹燥箱（xiāng）：101-1型電熱恒（héng）溫箱。
1.2 試驗與測定方法
    水分測定：按GB5497-85方（fāng）法測定，130℃定時（shí）烘幹法。
    發芽率測定：按GB5520-85方法測定。
    澱粉得率測定：按GB/T5514-85方法測定。
    爆腰率測（cè）定：從經過微波處理的玉米籽粒（lì）中隨機取出100粒，從中挑出有裂紋的粒數，即（jí）為玉米的爆腰率（每個樣品做三次試驗，結果取平（píng）均值（zhí））。
    試驗方（fāng）法:參照玉米入庫貯藏標準，把玉米籽粒的^終含水（shuǐ）量定（dìng）為12%~14%的範圍內，按試驗要求設定不同單位（wèi）幹燥功（gōng）率和不同幹燥（zào）時間對玉米進行微波（bō）幹燥（zào）試（shì）驗（yàn），記錄每一時間段（duàn）的玉米（mǐ）重量和溫度。幹燥後的樣品冷卻後測其水分（fèn）、爆腰率、發芽率和澱粉得率。根據各個時刻的水分（fèn）含量計算（suàn）失水速率。
2 試驗結果與（yǔ）分（fèn）析
2.1 玉米籽粒幹燥特性（xìng）
    玉米籽粒幹燥特性曲線是幹（gàn）燥過程中玉米（mǐ）^水分和幹燥時（shí）間（jiān）之（zhī）間的關係曲線，如（rú）圖1所示。

    由圖1可以得（dé）出，隨幹燥（zào）時間的（de）延長，玉米的含水率逐漸下（xià）降，原始（shǐ）水分為26.4%的玉米降到14%，采用0.4W/g的功率進行（háng）幹燥需要大約50分鍾，而采用0.15W/g功率幹燥需要150分鍾左右。可見，單位質量的微波幹燥功率越大，失水（shuǐ）加快，總幹燥時間縮短。
    玉米籽粒幹燥速率曲線是幹燥（zào）過程中任何時間的幹燥速率和該時間玉米籽粒的^水分的關係曲線，如圖2所示。在幹燥曲線上各點的切線斜率即（jí）為該點^水分時相應的幹燥速率。
    由圖2可以得出，玉米籽粒內含水量減少，失水速率下降，單位質量的微波幹燥功率越大，失水速率加快，整（zhěng）個幹燥過程可以（yǐ）分為三個階（jiē）段：預幹燥階段（duàn）、恒速幹燥階段（duàn）和降速（sù）幹燥階段。在預幹燥階段，幹燥（zào）速率從零開始迅速上升到^高值。在恒速幹燥階段，蒸發的水分基本按直線下降，幹燥速率（lǜ）基本是穩定的。這是由於向玉米提供的熱量基本全部消耗於以液態轉移的（de）水分蒸（zhēng）發，此時，玉米表麵水分蒸發速率幾乎等於玉米內部水分向外部擴散的速率。當玉米幹燥到一定水分（fèn）時，幹燥速率減慢，進入到（dào）降速（sù）幹燥階段，水分下降逐漸減慢，在幹燥（zào）末期向平衡（héng）水分接（jiē）近[3~5]。
    玉米籽粒溫度特性曲線是幹燥過程（chéng）中（zhōng）玉米溫度和幹燥時間之間的關（guān）係（xì）曲線，如圖3所示（shì）。
由圖3可以得出，隨單位幹燥功率的提高，玉米^高溫度升高，而且（qiě）單位幹（gàn）燥功率越高，溫度升高得越快。單位幹燥功率為0.4W/g的^高溫度為（wéi）90℃，而單位幹燥功率為0.15W/g的^高溫度隻有50℃左右。
2.2 排濕風速（sù）對平均失（shī）水速（sù）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，幹燥總時間略增，溫度也略低（dī）。微波幹燥時，由於玉米溫度高於（yú）排濕氣流溫度，當排（pái）濕風速提高後，玉米與（yǔ）周圍（wéi）的對流換熱程（chéng）度增強，用於失水熱量相對減少，但因微波幹燥時存在一定自模化區，這種影響程度較小。

2.3 單位質量幹燥功率對玉米籽粒發芽率、爆腰率和澱粉得率（lǜ）的影響
    由圖6左圖可（kě）以得出，隨單位（wèi）幹燥功率的提高，爆腰率升高，發芽（yá）率和澱粉得率下降，而且幹燥（zào）功率越高，爆腰率上升得越快，發芽率和澱粉得率下降（jiàng）得越快（kuài）。單位幹燥功率為0.4W/g的爆腰率高達60%，發芽（yá）率隻有8%和澱粉得率隻有39.6%，而單位幹燥功率為0.15W/g的爆腰率隻有2%，發芽率為98%和澱粉（fěn）得率（lǜ）為78.6%。
    由（yóu）圖6中圖可以得出，隨玉米幹燥（zào）^高溫度的提高，引起玉米爆腰率上升（shēng），發芽率和澱粉得（dé）率下降，而且玉米幹燥^高溫（wēn）度越高，爆腰率（lǜ）升高得越快，發芽率和澱粉得率下降得越快。當玉米^高溫度高於60℃時，爆腰率開始大幅（fú）度上升，發芽率（lǜ）和澱粉得率（lǜ）開始大幅（fú）度下降。可見，玉米微波幹（gàn）燥應避免溫度過高，玉米微波幹（gàn）燥^高溫度應控製在60℃以下。
    由圖（tú）6右圖可以得出，隨玉米幹燥平均失水速率的提高，引起玉（yù）米爆腰率（lǜ）上升，發芽率和澱粉得率下降，而（ér）且玉米（mǐ）幹燥平均失水速（sù）率越高，爆腰率升高得越快，發芽率和澱粉得率（lǜ）下降得越快。當平（píng）均失水速率大於0.15%/min，爆腰率開始大幅度上升，發芽率和澱粉得率（lǜ）也（yě）開始大幅度（dù）下降。可見，玉米微（wēi）波幹燥應避免平均（jun1）失水速率過快，玉米微波幹燥（zào）平均失水速率應控製在0.15%/min以下[6]。

    由圖6左圖（tú）可以（yǐ）得出，隨單位（wèi）幹燥功率的提高，爆腰率升高，發芽率和澱粉得率下降，而且幹燥功率越高，爆腰率上（shàng）升得越快，發芽率和澱（diàn）粉得率下降得（dé）越快。單位（wèi）幹燥功率為0.4W/g的爆腰率高達60%，發芽率隻（zhī）有8%和澱粉得率隻有39.6%，而單位幹燥功率為0.15W/g的爆腰率隻有2%，發芽率為98%和（hé）澱（diàn）粉（fěn）得率為78.6%。
    由圖（tú）6中圖可以得出，隨玉米幹燥^高溫度的提高，引起玉米爆腰率上升，發（fā）芽（yá）率和（hé）澱粉得（dé）率下降，而且玉米（mǐ）幹燥^高溫度越高，爆腰率升高得越快，發芽率和澱粉得率下（xià）降得越（yuè）快。當玉米^高溫度高於60℃時，爆腰（yāo）率開始大幅度上升，發芽率和澱粉得率開（kāi）始大幅度（dù）下降。可見，玉米微波幹燥應避免溫度過高，玉米微波幹燥^高溫度應控製在60℃以下。
    由圖6右圖（tú）可以得出，隨玉米幹燥平均失水速率的提高，引起玉米爆腰率上（shàng）升，發芽率和澱粉得率下降，而且玉米幹燥平均失水速率越高，爆腰率升高得越快，發芽率和澱粉得率（lǜ）下降得越（yuè）快。當平均失水速率（lǜ）大於0.15%/min，爆腰率開始大（dà）幅度上升，發芽率和澱粉得率也開始大幅度下降。可見，玉米微波幹（gàn）燥應避免平均失水速率過快，玉米微波幹燥平均失水速率應控製在0.15%/min以下[6]。
3 結論
    玉米微波幹燥過（guò）程分為預幹燥、恒速幹燥和降速幹燥三個階段（duàn）。在預幹燥（zào）階段，水分的汽化主要在籽（zǐ）粒的表麵，水分蒸（zhēng）發速度比較快；在恒速（sù）幹燥階段，水分（fèn）在籽粒表麵的汽（qì）化過（guò）程已經（jīng）結束，其蒸發的速度取決於內部水分向表麵擴散（sàn）的速率，蒸發的水分基本按直（zhí）線下降，幹燥速率基本是穩定的。當玉米幹（gàn）燥到一定（dìng）水分時，幹燥速率減慢，進入到降速幹燥（zào）階段，水（shuǐ）分（fèn）下降逐漸減慢。因此，可以根據玉米初始含水量進行分段微波幹燥。微波幹（gàn）燥玉米籽粒的（de）^佳幹燥工藝是單位質量幹（gàn）燥功率為0.2W/g，^高幹（gàn）燥溫度不超過60℃，平均失（shī）水速率應控製（zhì）在0.15%/min以下。

參考文獻
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