竇雪峰

摘 ?要：清潔能源是解決能源危機(jī)的主要途徑之一，筆者對(duì)清潔能源背景下玉米微波干燥特性進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)，最終得出了相應(yīng)的結(jié)果。

關(guān)鍵詞：燃料乙醇;玉米;微波干燥

環(huán)保和能源問(wèn)題是當(dāng)前國(guó)際社會(huì)的重要議題，伴隨著化石能源的逐漸萎縮和所帶來(lái)的環(huán)境污染，越來(lái)越多的人將視線投入到了清潔能源的議題上。當(dāng)前清潔能源的種類愈發(fā)多樣，從傳統(tǒng)的電能到如今的生物能源，清潔能源的議題也在隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展而不斷更迭。本次主要針對(duì)玉米的微博干燥特性進(jìn)行研究，在當(dāng)前清潔能源不斷發(fā)展的大背景下為玉米的深加工提供新的出路。

一、相關(guān)概念闡述

1.清潔能源需求

玉米是人類的主要作物之一，我國(guó)引進(jìn)玉米已有幾百年的時(shí)間，伴隨著國(guó)際上新能源需求的增加，有不少研究人員對(duì)于玉米的特性也展開(kāi)了研究，并給予玉米的特性開(kāi)發(fā)了玉米提煉燃料乙醇的用途。燃料乙醇既可以作為汽油的添加劑來(lái)提高汽油的燃燒效能，進(jìn)而達(dá)到環(huán)保節(jié)能的目標(biāo)，也可以燃料使用，不僅能夠減少對(duì)石油的依賴，保障能源安全，也能夠減少污染物的排放，因?yàn)槿剂弦掖嫉奶寂欧排c原料在生長(zhǎng)過(guò)程中吸收的相等，所以不會(huì)造成過(guò)度的污染。脫水技術(shù)是燃料乙醇制備的關(guān)鍵技術(shù)，本文主要針對(duì)微波干燥這一特殊的脫水技術(shù)進(jìn)行研究。

2.微波干燥

傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥干燥效果和干燥質(zhì)量相對(duì)一般，尤其是對(duì)于玉米這類特殊結(jié)構(gòu)的作物來(lái)說(shuō)，熱風(fēng)干燥并不能起到很好的效果。微波干燥是利用高頻電磁波對(duì)作物內(nèi)部進(jìn)行加熱，具備速度快、質(zhì)量高、生產(chǎn)清潔和自動(dòng)化控制等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于食品加工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、材料化工和陶瓷工業(yè)等領(lǐng)域。我國(guó)關(guān)于微波干燥糧食作物的應(yīng)用已有十幾年的歷史，對(duì)玉米的微波干燥特性也有相關(guān)的研究，但多是糧食存貯，對(duì)于燃料乙醇制備用途的玉米微波干燥研究仍比較少。

二、試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.材料和設(shè)備

本次眼就選擇的材料為本地種植蘇玉31，所選玉米籽均顆粒飽滿，沒(méi)有病蟲(chóng)害特征，將玉米籽每25g分為一組，共準(zhǔn)備5組。

所采用的設(shè)備有某公司的微波干燥裝置、YZ508電子天平、FTi32紅外熱成像儀，LDS-1G電容式谷水份測(cè)量?jī)x、若干專用玻璃加熱培養(yǎng)器皿。

2.試驗(yàn)方法

將5組實(shí)驗(yàn)組分別以1～5組進(jìn)行標(biāo)注，5組的水分含量相同，均為26%，誤差為0.1%，其中1～4組為實(shí)驗(yàn)組，5組為對(duì)照組。每組均單層平鋪在專用玻璃加熱培養(yǎng)器皿中，其中1組以119W的微波功率進(jìn)行干燥，2組以231W的微波功率進(jìn)行干燥，3組以385W的微波功率進(jìn)行干燥，4組以539W的微波功率進(jìn)行干燥。1～4組玉米籽均微波加熱5次，每次干燥時(shí)間比上次多一分鐘，每次干燥完成后將其取出擦凈表面進(jìn)行稱重，同時(shí)利用紅外熱成像儀拍照。在采集到所有的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之后需要計(jì)算相應(yīng)的含水率，進(jìn)而得出不同微波功率的干燥效果。

三、試驗(yàn)結(jié)果

（1）干燥效果

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，幾組玉米籽在實(shí)驗(yàn)中均得到了一定程度的干燥，其中4組539W的微波功率的試驗(yàn)組含水率在第3分鐘的時(shí)候降到了12%以下，3組385W的微波功率的試驗(yàn)組含水率在第5分鐘的時(shí)候降到了12%以下，2組231W的微波功率的試驗(yàn)組含水率在第7分鐘的時(shí)候降到了12%以下，1組119W的微波功率的試驗(yàn)組含水率在第7分鐘的時(shí)候降到了12%以下。

所以對(duì)于干燥效果來(lái)說(shuō)，微波干燥的功率越大，其對(duì)于玉米的干燥效果也越快顯現(xiàn)。另外第1組玉米籽在前5分鐘是含水率下降緩慢，變化不大;第2組玉米籽在前3分鐘是含水率下降緩慢，變化不大;第3組玉米籽在前2分鐘是含水率下降緩慢，變化不大;第4組玉米籽在前2分鐘是含水率下降緩慢，變化不大。所以可以推測(cè)，含水率也是決定了微波干燥效果的重要參數(shù)。

（2）淀粉品質(zhì)

玉米淀粉是玉米籽轉(zhuǎn)化為燃料乙醇的重要過(guò)程，在此過(guò)程中需要將玉米淀粉和處理過(guò)的玉米芯或秸稈進(jìn)行原料混合發(fā)酵，所以玉米淀粉的品質(zhì)決定了整體原料的發(fā)酵效果，進(jìn)而影響燃料乙醇的質(zhì)量。

從總體上來(lái)看，隨著干燥功率、溫度和風(fēng)速的提高，淀粉得率在下降，而且干燥功率、溫度和風(fēng)速越高，淀粉得率下降得越快。其中第1組實(shí)驗(yàn)干燥玉米籽的玉米淀粉得率為78.4%;第2組實(shí)驗(yàn)干燥玉米籽的玉米淀粉得率為80.5%;第3組實(shí)驗(yàn)干燥玉米籽的玉米淀粉得率為72.1%;第4組實(shí)驗(yàn)干燥玉米籽的玉米淀粉得率為65.8%;通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，得出影響玉米籽粒淀粉得率的因素主次順序?yàn)?>1>3>4，經(jīng)進(jìn)一步分析，干燥功率和溫度對(duì)玉米籽粒淀粉得率的影響都呈極顯著性，而含水率以及三因素間的交互作用對(duì)玉米籽粒淀粉得率的影響不顯著。因此，從得到最高玉米籽粒淀粉得率來(lái)考慮，基于新能源需求的燃料乙醇制備原料玉米籽粒微波干燥的最佳工藝組合是2組。

首先使用制備好的四組玉米淀粉糖漿原料進(jìn)行發(fā)酵。我們根據(jù)淀粉原料的粘稠度對(duì)其進(jìn)行稀釋，并尋找合適的比例，經(jīng)過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)最后選擇1：5（w/v）的比例進(jìn)行稀釋，此時(shí)四組結(jié)果原料中的的葡萄糖濃度為58g/L，總還原糖濃度為189.62g/L。對(duì)其進(jìn)行搖瓶發(fā)酵，并檢測(cè)不同間組別發(fā)酵產(chǎn)物里的乙醇濃度，當(dāng)發(fā)酵時(shí)間達(dá)到32h后，四組結(jié)果乙醇濃度均達(dá)到了48.3g/L，生產(chǎn)強(qiáng)度為1.51g/（L·h）。四組玉米淀粉的發(fā)酵結(jié)果完全相同，可以說(shuō)制備所得的玉米淀粉品質(zhì)完全相同。

四、總結(jié)

基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，第4組實(shí)驗(yàn)組的玉米籽干燥速率變化最快，第1組實(shí)驗(yàn)組的玉米籽干燥速率變化最慢，中間兩組數(shù)據(jù)呈現(xiàn)明顯的遞減關(guān)系，所以可以看出微波干燥的功率越大，其對(duì)于玉米的干燥效果也越快顯現(xiàn)。同時(shí)所制備而出的玉米的淀粉率，第1組實(shí)為78.4%;第2組為80.5%;第3組為72.1%;第4組為65.8%，玉米淀粉發(fā)酵的燃料乙醇結(jié)果完全相同。綜上所述，第2組231W的微波功率從節(jié)能和的淀粉率角度來(lái)說(shuō)，是制備燃料乙醇的最佳微波頻率參數(shù)。同時(shí)，本次試驗(yàn)雖然具備一定的參考性，但不同環(huán)境下玉米籽的干燥機(jī)理也有所不同，所以需要相關(guān)研究人員進(jìn)行進(jìn)一步的研究認(rèn)證。

參考文獻(xiàn)

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