張 靜 李占勇 董鵬飛 葉京生

（天津科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，天津 300222）

玉米紅外低溫真空干燥試驗(yàn)

張 靜 李占勇 董鵬飛 葉京生

（天津科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，天津 300222）

以玉米為試驗(yàn)物料進(jìn)行紅外低溫真空干燥工藝基礎(chǔ)性研究，分析紅外加熱溫度、真空度對玉米水分變化規(guī)律和干燥速率的影響。結(jié)果表明，干燥過程沒有明顯的恒速干燥階段；與干燥室內(nèi)真空度相比，干燥溫度對玉米干燥的影響程度較大。紅外低溫真空干燥方法是糧食干燥可選的方法。

玉米；低溫干燥；干燥速率；紅外加熱；真空

玉米收獲時水分高，一般為25%～35%（濕基），為了防止霉變和發(fā)芽等損失，需要干燥至安全水分以下［1］。在北方，采用太陽直曬的方法，但由于自然氣候的影響，若處理不當(dāng)，很容易造成凍害，導(dǎo)致玉米發(fā)霉［2］。目前，主要采用熱風(fēng)干燥的方式來降低玉米的水分。熱風(fēng)溫度一般在100～160℃，糧粒表面水分很快被氣化，但籽粒內(nèi)部的水分向外遷移困難，將產(chǎn)生內(nèi)部壓力，造成干燥后糧粒表面出現(xiàn)局部干裂、硬化。研究［3］表明，當(dāng)干燥介質(zhì)溫度超過150℃時，玉米受熱溫度差大于60℃，玉米就會大量爆腰，品質(zhì)下降。玉米薄層通風(fēng)干燥試驗(yàn)［4］研究結(jié)果表明，風(fēng)溫（70，80，90℃）對干燥速率的影響比風(fēng)速（0.62，1.25，2.34m/s）的影響大。在真空（真空度為0.03，0.05MPa）及低風(fēng)溫（40，50，60℃）條件 下進(jìn)行玉米薄層干燥試驗(yàn)［5］結(jié)果表明，真空度為0.05MPa下，玉米的干燥品質(zhì)較好；干燥溫度低于50℃時，玉米的干燥品質(zhì)較好。Borompichaichartkul等［6］對零下溫度條件下干燥糧食玉米進(jìn)行了可行性示范，通過自動控制裝置可以顯著減少干燥時間長的問題。

與熱傳導(dǎo)及對流加熱相比，紅外加熱技術(shù)實(shí)現(xiàn)了光源輻射光譜與被加熱物體吸收光譜的對應(yīng)，并且不需要加熱介質(zhì)，提高了熱能的利用率。紅外加熱具有慣性小，升溫快的特點(diǎn)，因而縮短了預(yù)熱時間，并且加熱技術(shù)使物體內(nèi)外受熱均勻，可提高產(chǎn)品質(zhì)量。加熱裝置結(jié)構(gòu)緊湊，不需要輔助鍋爐及其管道系統(tǒng)，減少了基礎(chǔ)建設(shè)費(fèi)用。紅外加熱技術(shù)是一種既節(jié)約能源又能較好的保證產(chǎn)品質(zhì)量的清潔高效的加熱技術(shù)［7，8］。

本試驗(yàn)研究紅外真空干燥玉米的特性以及不同紅外加熱溫度和系統(tǒng)真空度對玉米干燥速率的影響，探討提高玉米干燥速率的影響因素，并說明紅外干燥和真空干燥方法進(jìn)行組合干燥時的特點(diǎn)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料及其預(yù)處理

玉米：品種為先玉335，選擇籽粒飽滿、完整、色澤光亮的玉米。

首先將進(jìn)行玉米的前期處理，即玉米放入室內(nèi)晾放，依據(jù)玉米水分測定標(biāo)準(zhǔn)，測量出玉米的含水量均值為14.25%，備用。試驗(yàn)前稱取上述玉米，加入一定量的水，放入密封的保鮮袋內(nèi)，均勻的混合，將保鮮袋放入冰箱內(nèi)，以保證玉米的濕含量達(dá)到30%左右（干基濕含量約0.43）。

1.1.2 主要儀器

電熱真空干燥箱：DZG－403，天津市天宇實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；

旋片真空泵：2XZ－4，浙江黃巖求精真空泵廠；

調(diào)壓器：TDGC2，德力西電氣有限公司；

電腦水分測定儀：LDS－1H，上海農(nóng)奧儀器有限公司；

電子天平（0.1g）：JJ3000，美國雙杰有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

將物料放入改造的紅外真空干燥箱內(nèi)進(jìn)行玉米干燥試驗(yàn)，流程見圖1。

圖1 試驗(yàn)流程圖Figure 1 The experimental flowchart

取一定量的玉米，均勻平放在托盤上，將托盤放入干燥箱內(nèi)。首先打開真空泵，使干燥箱內(nèi)達(dá)到所需要的真空度，關(guān)閉真空泵，打開紅外加熱管，進(jìn)行干燥，在干燥過程中不斷地調(diào)整紅外加熱管的電壓，以保證干燥箱內(nèi)的溫度保持在試驗(yàn)設(shè)定溫度范圍內(nèi)，定時定量快速測量玉米的質(zhì)量，干燥直至玉米水分到15%左右?？紤]玉米的品質(zhì)及較高的干燥速度，紅外加熱溫度和真空度的選擇見表1。

表1 試驗(yàn)條件Table 1 Experimental conditions

1.3 檢測方法

本試驗(yàn)玉米的水分含量通過兩種方法進(jìn)行測定：① 依據(jù)GB/T 10362——2008《糧油檢驗(yàn) 玉米水分測定》，將玉米粉碎，在130～133℃下烘干4h，稱量其干燥前后玉米的質(zhì)量差，即為玉米含有的水分量，其與干燥前的玉米質(zhì)量的比值即為玉米的濕基濕含量；② 利用電腦水分測定儀測量玉米的濕基濕含量，每組試驗(yàn)測量5次取平均值。兩種方法所測的玉米濕含量相差較小，干燥過程中采用電腦水分測定儀確定玉米的濕含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 干燥溫度對玉米干燥過程的影響

在真空度相同的條件下，干燥溫度對玉米紅外干燥影響較大，隨著干燥溫度的增加，玉米濕含量下降較大，單位時間除去的水分量較大。圖2給出了真空度為0.05MPa下的干燥曲線（圖2（a））和干燥速率曲線（圖2（b）），其他真空度下與之類似。60℃的干燥條件下，干燥速率較大，即使在玉米樣品濕含量較低時仍保持較高的干燥速率。這也表明在初始濕含量相同的情況下，增加干燥溫度，將縮短干燥所需時間。由圖2可知，干燥溫度為60℃時將玉米樣品干燥到安全水分所需要的時間不足6h，要比50℃時降低約4h?？梢娺x擇合適的干燥溫度，會使得玉米干燥成本下降。

圖2 真空度0.05MPa下干燥溫度對干燥過程的影響Figure 2 Effect of drying temperature on drying process when vacuum degree is 0.05MPa

2.2 真空度對玉米干燥過程的影響

由圖3可知，真空度對干燥的影響并不顯著，雖然真空度增大，相同干燥時間下玉米所能達(dá)到的濕含量有所下降，在干燥的初期也表現(xiàn)為干燥速率較大，但在干燥后期干燥速率差別很小（圖3（b））。在真空度為0.03MPa時，達(dá)到所要求的玉米濕含量時所需時間較長，但真空度為0.05MPa和0.07MPa的差異不明顯（圖3（a））。真空度大的干燥過程，在抽取真空度時，耗能較大，并且對設(shè)備的要求也要高很多。在玉米紅外真空干燥過程中，選擇一個適當(dāng)?shù)恼婵斩?，同樣對于干燥過程的成本很重要。

從圖3還可以看出，玉米紅外真空干燥過程中沒有明顯的恒速干燥階段，干燥過程可分為加速和降速兩個階段。玉米干燥前處理過程中，緩慢的加濕過程使得水分能夠均勻被玉米顆粒吸附，顆粒表面基本上無自由水分。開始抽真空并對其開始加熱，玉米顆粒內(nèi)部水分向外遷移、汽化，干燥速率很快達(dá)到了最大值。此后，干燥過程受物料內(nèi)部傳熱和傳質(zhì)特性限制。雖然干燥溫度和真空度都是促進(jìn)干燥速率增加的因素，很顯然溫度的影響程度較大。干燥溫度相差10℃，最大干燥速率相差0.1g/min；真空度相差0.05MPa，最大干燥速度相差約為0.07g/min。而且在干燥后期，不同干燥溫度下的干燥速率仍有較明顯的差異，而真空度的影響則不明顯。相對而言，在不影響物料品質(zhì)的基礎(chǔ)上，提高干燥溫度比提高真空度要容易的多。

圖3 加熱溫度60℃下真空度對干燥過程的影響Figure 3 Effect of vacuum on drying process when heating temperature is 60℃

3 結(jié)論

通過本試驗(yàn)可以得知，玉米紅外低溫真空干燥過程中水分遷移受內(nèi)部條件制約，沒有明顯的恒速干燥階段。玉米干燥溫度對干燥速率的影響比較大，溫度越高，干燥速率越大。系統(tǒng)的真空度對玉米的干燥速率影響比較小。本試驗(yàn)條件下，可在不足6h內(nèi)將玉米從初始濕含量30%（濕基）干燥至15%以下，且物料溫度低于60℃。在真空系統(tǒng)中，采用紅外加熱技術(shù)與真空干燥方法組合低溫干燥糧食是一條可行的途徑。紅外加熱可控性好，其他干燥方法與紅外加熱組合干燥，可以補(bǔ)充其不足，用以提高干燥速率和產(chǎn)品的品質(zhì)。

1 曹崇文，汪喜波.我國糧食干燥的現(xiàn)狀及發(fā)展前景［J］.農(nóng)機(jī)科技推廣，2002（1）：14～15.

2 孔慶利.玉米種子秋季晾曬的幾種方法［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，2010（2）：46～47.

3 張志軍，徐成海，張世偉，等.糧食真空干燥的技術(shù)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境分析［J］.節(jié)能，2006，25（8）：10～13.

4 殷麗春，毛志懷.玉米薄層干燥的試驗(yàn)研究［J］.農(nóng)機(jī)化研究，2005，1（1）：197～198.

5 張玲，劉中深，于輔超.玉米真空薄層干燥工藝參數(shù)的研究［J］.農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2008，28（1）：60～62.

6 C Borompichaichartkul，G S Srzednicki，R H Driscoll.Drying at sub－zero temperatures：case study on in－store drying of grains［J］.Drying Technology，2003，21（4）：735～754.

7 王俊，許乃章.遠(yuǎn)紅外與熱風(fēng)聯(lián)合干燥香菇的研究［J］.食品與機(jī)械，1997，13（9）：18～19.

8 徐鳳英，李長友，陳震.荔枝在不同紅外輻射源下真空干燥優(yōu)化試驗(yàn) ［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2009，40（4）：147～150.

Experimental research on low－temperature infrared drying of corn under vacuum condition

ZHANG Jing LI Zhan－yong DONG Peng－feiYE Jing－sheng

（College of Mechanical Engineering，Tianjin University of Science ＆ Technology，Tianjin300222，China）

Corn was used as the material to study the infrared vacuum drying kinetics under low－temperature conditions.The influence of infrared heating temperature and vacuum degree on moisture content variation and drying rate were discussed.The results show that there was almost no occurrence of constant drying period，and that drying temperature is a more influential factor than vacuum degree.Lowtemperature infrared vacuum drying is of potential interest for grain drying.

corn；low－temperature drying；drying rate；infrared heating；vacuum

10.3969/j.issn.1003－5788.2012.02.049

張靜（1986－），女，天津科技大學(xué)在讀碩士研究生。E－mail：zhangjing09815＠163.com

李占勇

2011－12－25