微波干燥玉米籽粒的試驗研究-先鋒智能

微波干燥玉米籽粒的試驗研究

信息來源： | 發布日期： 2006-05-24 15:21:11 | 瀏覽量：1538

關鍵詞：微波干燥玉米籽粒的試驗研究

                朱德文1    朱德泉2 邵陸壽2    李兵2
（1農業部南京農業機械化研究所，南京 210014； 2安徽農業大學工學院，合肥 230036）
    摘要：針對玉米熱風干燥中存在的問題，運用自制的微波干燥試驗設備，采用不同的質量比功率和加熱時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干后品質、能耗的影響，分析了微波干燥玉米過程中單位質量功耗、溫度、平均失水速率與玉米籽粒發芽率、爆腰率和淀粉得率的關系，確定了影響微波干燥玉米的工藝參數和玉米微波干燥的優良工藝流程。研究結果表明：玉米微波干燥主要處于恒速干燥階段，應用微波技術既能快速而經濟地對玉米籽粒進行干燥，又能保持其種用價值，且能改良其品質。
    關鍵詞：微波；干燥；玉米；試驗；研究
0 前言
    玉米是我國主要糧食作物之一，玉米籽粒收獲時含水量較高，再加上收獲季節經常遇到連續陰雨天氣，若不能及時得到干燥就會出現變質霉爛現象，嚴重影響玉米的產量和品質，大大降低了其經濟效益。傳統的農作物干燥是采用熱風干燥方式，干燥時物料受熱先外后內，干燥效果與干燥質量較差，尤其因玉米籽粒大，單位比面積小，籽粒皮層結構緊密光滑，造成水分不易從籽粒內部向外部轉移，特別在高溫介質作用下，玉米籽粒表皮的水分急劇汽化，表皮之下的水分不能及時轉移，導致壓力升高，表皮脹裂，淀粉糊化，淀粉得率下降，干燥后玉米品質明顯下降，而且設備結構復雜，難以控制，對干燥工藝和設備要求較高。微波干燥作為一種新興技術，具有干燥速度快、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特的優點及其干燥機理，微波干燥已成功地用于醫藥、食品工業、化工、煙草以及木材加工等領域，但在農產品干燥中的應用起步較晚，而且規模較小。本文通過對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 試驗材料、設備與方法
1.1 試驗材料與設備
    玉米：掖單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型微波爐，微波工作頻率為2450MHz，可定功率輸出工作。根據以前的試驗結論，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型單盤分析天平，精度為±0.01ｇ。
    電熱鼓風干燥箱：101-1型電熱恒溫箱。
1.2 試驗與測定方法
    水分測定：按GB5497-85方法測定，130℃定時烘干法。
    發芽率測定：按GB5520-85方法測定。
    淀粉得率測定：按GB/T5514-85方法測定。
    爆腰率測定：從經過微波處理的玉米籽粒中隨機取出100粒，從中挑出有裂紋的粒數，即為玉米的爆腰率（每個樣品做三次試驗，結果取平均值）。
    試驗方法:參照玉米入庫貯藏標準，把玉米籽粒的^終含水量定為12%~14%的范圍內，按試驗要求設定不同單位干燥功率和不同干燥時間對玉米進行微波干燥試驗，記錄每一時間段的玉米重量和溫度。干燥后的樣品冷卻后測其水分、爆腰率、發芽率和淀粉得率。根據各個時刻的水分含量計算失水速率。
2 試驗結果與分析
2.1 玉米籽粒干燥特性
    玉米籽粒干燥特性曲線是干燥過程中玉米^水分和干燥時間之間的關系曲線，如圖1所示。

    由圖1可以得出，隨干燥時間的延長，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?，單位質量的微波干燥功率越大，失水加快，總干燥時間縮短。
    玉米籽粒干燥速率曲線是干燥過程中任何時間的干燥速率和該時間玉米籽粒的^水分的關系曲線，如圖2所示。在干燥曲線上各點的切線斜率即為該點^水分時相應的干燥速率。
    由圖2可以得出，玉米籽粒內含水量減少，失水速率下降，單位質量的微波干燥功率越大，失水速率加快，整個干燥過程可以分為三個階段：預干燥階段、恒速干燥階段和降速干燥階段。在預干燥階段，干燥速率從零開始迅速上升到^高值。在恒速干燥階段，蒸發的水分基本按直線下降，干燥速率基本是穩定的。這是由于向玉米提供的熱量基本全部消耗于以液態轉移的水分蒸發，此時，玉米表面水分蒸發速率幾乎等于玉米內部水分向外部擴散的速率。當玉米干燥到一定水分時，干燥速率減慢，進入到降速干燥階段，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是干燥過程中玉米溫度和干燥時間之間的關系曲線，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 排濕風速對平均失水速率和溫度的影響
    由圖4、圖5可以得出，排濕風速增加，玉米水分下降減慢，干燥總時間略增，溫度也略低。微波干燥時，由于玉米溫度高于排濕氣流溫度，當排濕風速提高后，玉米與周圍的對流換熱程度增強，用于失水熱量相對減少，但因微波干燥時存在一定自?；瘏^，這種影響程度較小。

2.3 單位質量干燥功率對玉米籽粒發芽率、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60%，發芽率只有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，發芽率和淀粉得率下降得越快。當玉米^高溫度高于60℃時，爆腰率開始大幅度上升，發芽率和淀粉得率開始大幅度下降?？梢?，玉米微波干燥應避免溫度過高，玉米微波干燥^高溫度應控制在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，發芽率和淀粉得率下降得越快。當平均失水速率大于0.15%/min，爆腰率開始大幅度上升，發芽率和淀粉得率也開始大幅度下降?？梢?，玉米微波干燥應避免平均失水速率過快，玉米微波干燥平均失水速率應控制在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60%，發芽率只有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，發芽率和淀粉得率下降得越快。當玉米^高溫度高于60℃時，爆腰率開始大幅度上升，發芽率和淀粉得率開始大幅度下降?？梢?，玉米微波干燥應避免溫度過高，玉米微波干燥^高溫度應控制在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，發芽率和淀粉得率下降得越快。當平均失水速率大于0.15%/min，爆腰率開始大幅度上升，發芽率和淀粉得率也開始大幅度下降?？梢?，玉米微波干燥應避免平均失水速率過快，玉米微波干燥平均失水速率應控制在0.15%/min以下[6]。
3 結論
    玉米微波干燥過程分為預干燥、恒速干燥和降速干燥三個階段。在預干燥階段，水分的汽化主要在籽粒的表面，水分蒸發速度比較快；在恒速干燥階段，水分在籽粒表面的汽化過程已經結束，其蒸發的速度取決于內部水分向表面擴散的速率，蒸發的水分基本按直線下降，干燥速率基本是穩定的。當玉米干燥到一定水分時，干燥速率減慢，進入到降速干燥階段，水分下降逐漸減慢。因此，可以根據玉米初始含水量進行分段微波干燥。微波干燥玉米籽粒的^佳干燥工藝是單位質量干燥功率為0.2W/g，^高干燥溫度不超過60℃，平均失水速率應控制在0.15%/min以下。

參考文獻
[1] Wadsworth JI， et al. Rice Drying by Microwave-vaccum. Rice J，1990，93(6):20~23
[2] 楊洲，段潔利. 微波干燥及其發展[J]. 糧油加工與食品機械，2000， 267(3)：5~8
[3] 朱德泉，朱德文，王德義. 小麥和油菜種子微波干燥的試驗研究[J]. ^農機化，2003， (3)：26~27
[4] 朱德泉. 不同面筋類型小麥的微波干燥試驗研究[J]. 包裝與食品機械，2004，25 (3)：18~21
[5] 朱德文，劉敏. 微波干燥稻谷的試驗研究[J]. 包裝與食品機械，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熱模型[J]. ^糧油學報，1998，13 (5)：6~9

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