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1、（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：針對玉米熱風(fēng)干燥中存在的問題，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干后品質(zhì)、能耗的影響，分析了微波干燥玉米過程中單位質(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)和玉米微波干燥的最優(yōu)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 0c59f8ea 工業(yè)大型微波爐 http:/ 快速而經(jīng)濟(jì)地對玉米籽粒進(jìn)行干燥，又能保持其種用價(jià)值，且能改良
2、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 0c59f8ea 工業(yè)大型微波爐 http:/ 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
3、降，而且設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以 控制，對干燥工藝和設(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 0c59f8ea 工業(yè)大型微波爐 http:/ 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最佳工藝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，由安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)總場提供，原始水分為 26.4%，發(fā)芽率為 93.2%。微波爐：WP750-1 型微波爐，微波頻
4、率為2450MHz，可定功率輸出。根據(jù)以前的試驗(yàn)結(jié)論，本試驗(yàn)統(tǒng)一選用 150W 檔。 0c59f8ea 工業(yè)大型微波爐 http:/ 溫度計(jì)：輻射 TH1-400 溫度計(jì) ，精度為1。分析天平：TG725C 型單盤分析天平，精度為0.01。電熱鼓風(fēng)干燥箱：101-1 型電熱恒溫箱。 1.2 試驗(yàn)與測定方法水分測定：按 GB5497-85 方法測定，130定時(shí)烘干法。發(fā)芽率測定：按 GB5520-85 方法測定。 0c59f8ea 工業(yè)大型微波爐 http:/ 淀粉得率測定：按 GB/T5514-85 方法測定。爆腰率測定：從經(jīng)過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
5、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:參照玉米入庫貯藏標(biāo)準(zhǔn)，把玉米籽 粒的最終含水量定為 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。 0c59f8ea 工業(yè)大型微波爐 http:/ 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是干燥過程中玉米絕對水分和干燥時(shí)間之間的關(guān)系曲線，1 所示。 由圖 1 可以得出，隨干燥時(shí)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%，
6、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。可見，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。 0c59f8ea 工業(yè)大型微波爐 http:/ 玉米籽粒干燥速率曲線是干燥過程中任何時(shí)間的干燥速率和該時(shí)間玉米籽粒的絕對水分的關(guān)系曲線，2 所示。在干燥曲線上各點(diǎn)的切線斜率即為該點(diǎn)絕對水分時(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，干燥速率從零開始迅速上升到最高值。在
7、恒速干燥階段，蒸發(fā)的水分基本按直線下降，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 0c59f8ea 工業(yè)大型微波爐 http:/ 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35。 玉米籽粒溫度特性曲線是干燥過程中玉米溫度和干燥時(shí)間之間的關(guān)系曲線，3 所示。由圖 3 可以得出，隨單位干燥功率的提高，玉米最高溫度升高，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 的最高溫度為 0c59f8ea 工業(yè)大型微波爐 ht
8、tp:/ 90，而單位干燥功率為 0.15W/g 的最高溫度只有50左右。2.2 排濕風(fēng)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(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，玉米與周圍的對流換熱程度增強(qiáng)，用于失水熱量相對減少，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)量干燥功率對玉米籽粒發(fā)芽率、爆 0c59f8ea 工業(yè)大型微波爐 http:/ 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)
9、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，隨玉米干燥最高溫度的提高，引起玉米爆腰率上升，發(fā)芽率和淀粉得率下 0c59f8ea 工業(yè)大型微波爐 http:/ 降，而且玉米干燥最高溫度越高，爆腰率升高得越快，發(fā)芽率和淀粉得率下降得越快。當(dāng)玉米最高溫度高于 60時(shí)，爆腰率開始大幅度上升，發(fā)芽率和淀粉得率開始大幅度下降?？梢?，玉米微波干燥應(yīng)避免溫度過高，玉米微波干燥最高溫度應(yīng)控制在60以下。 由圖 6
10、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，爆腰率開始大幅度上升，發(fā)芽率和淀粉得率也開始大幅度下降?？梢?， 0c59f8ea 工業(yè)大型微波爐 http:/ 玉米微波干燥應(yīng)避免平均失水速率過快，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)
11、 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，隨玉米干燥最高溫度的 0c59f8ea 工業(yè)大型微波爐 http:/ 提高，引起玉米爆腰率上升，發(fā)芽率和淀粉得率下降，而且玉米干燥最高溫度越高，爆腰率升高得越快，發(fā)芽率和淀粉得率下降得越快。當(dāng)玉米最高溫度高于 60時(shí)，爆腰率開始大幅度上升，發(fā)芽率和淀粉得率開始大幅度下降?？梢?，玉米微波干燥應(yīng)避免溫度過高，玉米微波干燥最高溫度應(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
12、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 0c59f8ea 工業(yè)大型微波爐 http:/ 均失水速率大于 0.15%/min，爆腰率開始大幅度上升，發(fā)芽率和淀粉得率也開始大幅度下降。可見，玉米微波干燥應(yīng)避免平均失水速率過快，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)的水分基本按直線下降，干燥速率基
13、本是穩(wěn)定的。 0c59f8ea 工業(yè)大型微波爐 http:/ 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最佳干燥工藝是單位質(zhì)量干燥功率為0.2W/g，最高干燥溫度不超過 60，平均失水速率應(yīng)控制在 0.15%/min 以下。 參考文獻(xiàn)1WadsworthJI，etal.RiceDryingbyMicrowave-vaum.RiceJ， 1990，93(6):20232楊洲，段潔利.微波干燥及其發(fā)展J.糧油 0c59f8ea 工業(yè)大型微波爐 http:/ 加工與食品機(jī)械，2000，267(3)：583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.中國農(nóng)機(jī)化，2003，(3)：26274朱德泉.不同面筋類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)：18215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)：8106王俊，金天明，許乃章.稻谷的微波干燥特性和質(zhì)熱模型J.中國糧油學(xué)報(bào)，1998，13(5)： 0c59f8ea 工業(yè)大型微波爐 http:/ 69 微波干燥
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