CN102524381B

CN102524381B - 一种中等水分含量颗粒状谷物的微波振动床干燥方法

Info

Publication number: CN102524381B
Application number: CN 201210044673
Authority: CN
Inventors: 范大明; 赵建新; 闫博文; 陈卫; 张灏; 王丽云; 何天琦; 朱佳琳
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Jiangnan University
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2032-02-27
Also published as: CN102524381A

Abstract

本发明涉及一种中等水分含量颗粒状谷物的微波振动床干燥方法。本发明所述的微波干燥方法采用振动强化换热的手段将微波技术应用于谷物的干燥过程，经过拣选恒湿、振动床微波干燥(负压排风)、通风降温除湿等工艺完成物料干燥。通过改变物料的在微波场内的位置来弱化对电磁场分布的依赖性，避免传统微波干燥引起物料局部过热现象，提高物料对微波能吸收的均匀性，从而改善干燥产品品质。本发明所述方法与传统干燥方法相比，加热速度快，干燥时间短；加热均匀、产品质量高，能较好的保留食品中维生素及原有的色香味；彻底改变传统喷动床微波干燥将热空气与微波能简单叠加的作用，真正实现节能高效，降低成本，便于投入生产和自动化控制。

Description

一种中等水分含量颗粒状谷物的微波振动床干燥方法

技术领域

本发明涉及到一种食品加工和保存的方法，更具体地，本发明涉及一种适合于工业化生产的食品谷物干燥方法，即中等水分含量颗粒状谷物的微波振动床干燥的方法。

背景技术

中国的现代干燥技术是从20世纪50年代逐渐发展起来的，在几代人的共同努力下，我国干燥技术经历了不断的演变和革新，已经基本确定三项干燥技术标准，即保证产品质量；环保无污染；节约能耗。在市场需求的大力推动下，我国干燥技术的发展突飞猛进。目前国产干燥设备在国内市场占有率已达到80％以上，预计“十五”期间将达90％以上。但是，随着全球化国际竞争不断加剧，我国以中、低端技术占主导地位市场面临巨大的竞争压力，因此，不断创新改善干燥技术成为行业发展的当务之急。

对于中等水分颗粒状谷物的干燥保藏，目前行业内通用的干燥方法包括日光曝晒干燥、自然通风干燥、热风干燥、红外辐射干燥、真空干燥和微波干燥等。日光曝晒干燥和自然通风干燥主要靠自然晾晒来干燥食品，通常因不能及时干燥处理而导致大量食品霉烂，不仅影响食品品质，而且存在安全卫生隐患；热风干燥和红外辐射干燥主要采用传统的加热方法，利用热传导、对流、辐射的原理将热量从外部传入内部，物料表面温度明显高于内部，从而建立温度梯度，由于高温将使食品间隙中的空气扩张，导致挤压毛细管内水分顺着热流方向转移，即温度梯度与湿度梯度方向，阻碍水分蒸发。因此，加热速度慢，能耗高，物料温度局部过高导致干燥产品质量低；真空干燥即在低压加热状态下使水分在100℃以下便可沸腾产生水蒸气，易于水分从食品中蒸发，干燥产品质量高，但设备复杂，操作复杂，处理量小，能耗高，行业内应用不多；微波干燥不同于其他传统方法，其利用介质损耗原理，由于在微波条件下，物料中水分介质损耗较大，能吸收大量微波并转化为热能，因此，物料的升温和蒸发式在物料整体同时进行的。但由于蒸发冷却的缘故，物料表面温度略低与里层温度，同时由于物料内部产生热量，以致于内部蒸汽迅速产生，形成压力梯度，驱使水分流向表面。由此可见，微波干燥易于形成温度梯度、湿度梯度以及蒸汽压同向，从而改善干燥过程中水分的迁移条件，利于物料中水分向外排出，这样不仅克服了在常规干燥韩总因物料外层首先干燥而形成的硬壳板结阻碍内部水分继续外移的缺点，而且加热速度快，能耗低，并能较好保留食品中维生素及食品原有的色香味，有效提高产品加工品质和食用品质，因此得到行业内普遍关注，具有很好的发展前景。但在微波干燥的研究与应用中发现，干燥不均匀性是影响微波干燥产品品质的主要因素。

针对上述问题，目前解决办法主要集中在：1.改善微波干燥不均匀性的措施主要是通过改变微波腔内电磁场的模式来提高电磁场分布的均匀性，如增加馈能口的数量、安装模式搅拌器、使用多种频率不同的微波源以及合理设计微波腔的形状和大小等。但苏伟光等人(苏伟光，王瑞芳，曹斌，李占勇.干燥技术与设备，2007，5(5)：236-240)研究发现解决微波干燥的不均匀性，关键在于解决物料对微波吸收的不均匀性，通过在干燥过程中改变物料的位置来弱化对电磁场分布的依赖性，即使在一个不均匀的微波场中，通过物料的位置的不断变化也可提高物料对微波能吸收的均匀性，从而改善干燥产品品质；2.采用组合式干燥方法，其主要目的在于集成两种或两种以上的干燥技术，实现节能、保质和高效的干燥效果，但现有组合式干燥方法仍未能解决目前干燥方法所面临的本质性问题，例如高低温联合干燥方法，即物料经高温连续干燥，当水分降低到18％左右时，将物料转移到低温干燥仓内，采用低温通风干燥。其具有能耗低，品质高等优点，但是要配置大容量的通风干燥仓，设备基础投资较大；微波-气动床干燥，其利用微波结合气动床的干燥方法，使物料在微波场中实现翻滚，以解决传统微波干燥弊端。但目前这种组合式干燥方法其微波功率极低，而产生流化效果所使用的热空气用量极高，所以其干燥作用还是以热风干燥为主，仅仅是温度梯度与湿度梯度的方向较传统热风干燥稍好，而且能耗较高；目前市场还出现一种水平回转式微波干燥技术，其同样针对物料干燥均匀性问题，采取回转的方式使物料在密闭腔体内实现翻转，并且将微波发生器设置在顶部，较立式回转式微波干燥技术，其有效解决了干燥均匀性的问题；但本发明是利用微波振动方式来改善传统微波干燥不均匀性问题，解决问题的角度不同，而且由于设备回转支架是双支点固定在干燥室内，无法移出，密封门开在干燥室的周围处，造成装取物料操作困难，工作效率低，清洗较困难。

此外，郑宝东，刘文聪等人(申请号200910111967.6)公开了一种莲子微波真空干燥工艺，其应用微波真空干燥技术对新鲜莲子进行干燥，将预处理新鲜莲子置于微波强度10W/g，真空度-80kpa条件下进行干燥，在干燥后期将莲子置于室温环境下放置40min缓苏，以平衡莲子内外水分。该发明提高干制莲子的品质，延长货架期，在缩短干燥时间，提高生产效率的同时大大降低干燥能耗，但由于工艺中需采用高压装置，其造价成本高，故适用于高附加值产品干燥；而本发明利用微波振动干燥技术，改善传统微波干燥方式的不均匀性，且无需真空度要求，干燥成本低，产品质量高。

王安建，侯传伟，黄纪念(申请号200610107242.6)公开了一种山药真空微波冷干工艺，该发明把经过速冻的山药片装入真空罐中抽真空，在真空度75-145pa、温度-20℃-30℃条件下开启微波源，在微波强度为140-220V/cm下进行冻干。进行冻干时，先在140-220V/cm下持续2.5-4h，当物料内水分已出去80％时逐渐降低微波功率，再经1-1.5h，物料内部水分降至5％以下时冻干结束。该发明干燥时间段，品质高，但干燥成本高，能耗高。本发明无需真空条件和冷冻干燥，采用微波振动干燥方式，能耗低，产品干燥效率高，成本低。

本发明基于上述论述理论和大量实验研究为基础提供一种新的干燥方法。

发明内容

针对上述情况，本发明的目的是提供一种在微波振动床干燥条件下实现中等水分含量(20％-25％)颗粒状谷物高品质、高效率、低差异、低成本的干燥方法。

一种中等水分含量颗粒状谷物的微波振动床干燥方法，其特征在于，步骤如下：

(1)建立微波振动床干燥系统，所述的微波振动床干燥系统由干燥室、微波发生器、振动电机、空气除湿系统和数控面板组成；所述的空气除湿系统由空气过滤器、冷凝器、贮罐、抽气泵组成；

(2)对将要处理的中等水分含量颗粒状谷物进行挑拣，取完整颗粒，所述的中等水分含量颗粒状谷物水份含量为20％-25％；所述的中等水分含量颗粒状谷物颗粒长短轴(或直径)为1-10mm(优选2-8mm)；

(3)称取中等水分含量颗粒状谷物置于干燥室内，静止状态下，物料散热面积为0.5-0.8cm²/g物料；微波功率为0.25-1.00W/g物料；电机振动频率200-400r/min；运行时间1-2s，间歇时间1-2s作为一个振动周期；加热时间15-60min；空气除湿系统温度控制在4-10℃，并将冷凝水经抽气泵转移至贮罐；

(4)待干燥完毕，关闭电源，开启干燥室，将物料平铺于冷却平板内，厚度1cm-3cm，关闭干燥室，开启空气过滤器，风速0.3-2.0m/s，冷却时间30min-120min，物料冷却至室温；

(5)收集，入袋，包装。

所述的空气过滤器中的过滤网和/或过滤纸孔径为20-200目。

所述的中等水分含量颗粒状谷物是指水分含量为20％-25％，颗粒长短轴(或直径)为1-10mm(优选2-8mm)的常见谷物种类，如大豆、稻米、玉米、青豆、大麦、高粱、绿豆等任意符合上述水分含量和颗粒大小范围的谷物种类。

本发明的有益效果：

1.干燥均匀：由于物料在振动床的作用下，在微波场中呈现翻滚、转动状态，实现物料均匀干燥，避免了在传统微波干燥方法中，干燥水分附着于物料表面未能及时排出，导致湿度梯度发生改变，阻碍物料干燥，同时出现干燥不均匀的现象，严重影响产品品质；

2.效率高，成本低：微波干燥不同于其他传统加热方法。在微波干燥过程中，温度梯度、湿度梯度以及蒸发气压迁移方向均一致，从而改善了干燥过程中的水分迁移条件。在不需要传热介质也不利用对流的条件下，食品内外温度同时上升，加热速度快，能耗低；且物料在微波振动床的作用下处于运动加热状态，干燥均匀，品质高，无需二次干燥，节约成本；

3.操作方便，连续化生产：干燥参数可调，反应灵敏，热惯性小，通过调整输出功率，物料加热状态可随时改变，易于连续生产和实现自动化控制便于提高劳动生产率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

图1是本发明中微波振动床干燥系统的结构图。其中：

1.干燥室

2.微波发生器

3.数控面板

4.振动电机

5.外接端口(顺次连接空气除湿器和真空泵)

具体实施方式

下面结合实施例，进一步阐述本发明：

水分测定：根据GB 5497-85进行测定；

爆腰率测定：随机取样干燥后大豆400粒，在爆腰灯下人工检查爆腰率。本文中的爆腰率是指除去初始爆腰率后的爆腰率增值。

总能耗的计算：微波振动床干燥过程中的总能耗采用电能表计数，由于单次测量能耗较小，故采用连续干燥10次取平均值得单次干燥能耗。

温度的测量：采用光纤探针进行测量，将光纤探针插入干燥物料内，记录读数。

色泽测定：采用日本Dnica minolt公司生产的CR-400色差计进行色泽的测定，每个样品重复测定五次，颜色通过L(亮度/暗度)、a(红度/绿度)、b(黄度/蓝度)表示。另外，颜色的总差用ΔE表示，计算公式如下：

ΔE = \sqrt{{(L_{o} - L)}^{2} + {(a_{o} - a)}^{2} + {(b_{o} - b)}^{2}}

其中，下标“o”表示自然干燥下物料的颜色，采用不同干燥方法下物料作为参照，ΔE越大意味着与自然干燥物料的颜色差别越大。

表1NBS单位色差值与色差程度的关系

下面对比本发明的微波振动床干燥方法与传统干燥方法以及现有微波干燥技术对中等水分含量颗粒状谷物产品品质的影响，对本发明作进一步详细地描述：

本发明所述的中等水分含量颗粒状谷物是指水分含量为20％-25％，颗粒长短轴(或直径)为1-10mm(优选2-8mm)的常见谷物种类，如大豆、稻米、玉米、青豆、大麦、高粱、绿豆等任意符合上述水分含量和颗粒大小范围的谷物种类。

为清楚阐述本发明中等水分含量颗粒状谷物的微波振动床干燥方法，下面选择大豆作为实例进一步阐述本发明。

本发明试验选择已在自然条件下干燥的大豆，为模拟刚收获时大豆的状态，对陈大豆进行干燥首先要进行调湿，再对复水大豆进行干燥，直至物料达到安全水分(13％)以下；

试验原料预处理：称取适量大豆，按照水豆质量比1.5∶1，采用常温水浸泡15min，沥干，包装，置于4℃冷藏13h；获得水分含量为20％-25％并且颗粒直径为1mm-8mm的中等水分含量颗粒状谷物。

建立微波振动床干燥系统：所述的微波振动床干燥系统由干燥室、微波发生器、振动电机、空气除湿系统和数控面板组成；所述的空气除湿系统由空气过滤器、冷凝器、贮罐、抽气泵组成。开启电源开关，利用数控面板预设微波干燥功率以及电机振动频率，所述数控面板位于微波发生器机箱盒后部；设定完毕后，通过数控面板启动位于干燥室底部的两台振动电机以及嵌入干燥室顶部的微波发生器；启动后，物料通过进料口进入干燥室，同时开启空气除湿装置；所述空气除湿装置由空气过滤器、冷凝器、贮罐、抽气泵组成，通过外接端口与干燥室相连，连接顺序依次是空气过滤器、冷凝器、贮罐、抽气泵。

实施例1

复水大豆在不同功率(0.25w/g、0.5w/g、0.75w/g)下的传统微波干燥方法：

称取200g预处理完整大豆，置于干燥室容器内，分别采用50w/g、100w/g、150w/g微波功率进行加热，加热时间分别为50min、35min、20min，开启空气除湿系统，温度控制在4-10℃，待干燥完毕后，冷却，取样进行水分、色泽、温度以及爆腰率的测定，并记录电表数字。

实施例2

复水大豆在不同功率(0.25w/g、0.5w/g、0.75w/g)下的微波振动床干燥方法：

称取200g预处理完整大豆，置于干燥室容器内，分别采用50w/g、100w/g、150w/g微波功率进行加热，电机振动频率250r/min；设定运行时间1.3s，间歇时间1s作为一个振动周期；加热时间分别为50min、35min、20min，开启空气除湿系统，温度控制在4-10℃，待干燥完毕后，冷却，取样进行水分、色泽、温度以及爆腰率的测定，并记录电表数字。

表2传统微波干燥与微波振动床干燥方法在不同功率下对干燥物料的影响

实施例3：

复水大豆在微波功率为0.5W/g，不同振动频率(250r/min；350r/min；450r/min)下的微波振动床干燥方法：

称取200g预处理完整大豆，置于干燥室容器内，设置微波功率0.5W/g；分别采用电机振动频率250r/min、350r/min、450r/min进行加热；设定运行时间1.3s，间歇时间1s作为一个振动周期；加热时间为30min；开启空气除湿系统，温度控制在4-10℃，待干燥完毕后，冷却，取样进行水分、色泽、温度以及爆腰率的测定，并记录电表数字。

表3微波振动床干燥方法在微波功率0.5W/g下不同电机振动频率对干燥物料的影响

由表2和表3结果可以得出，采用本发明方法对大豆进行干燥处理，其ΔE、物料温度和爆腰率明显优于传统微波干燥方法；随着振动频率的不同增加，干燥品质略有提升，但是效果不明显。

基于以上实践理论充分证明了本发明方法的优异性，完全能够满足企业的需求以及消费者对产品品质的要求，成功研发出一种快速、节能、有效改善产品品质的干燥方法，对食品干燥的进一步发展起到导向性作用。

Claims

1.一种中等水分含量颗粒状谷物的微波振动床干燥方法，其特征在于，步骤如下：

（1）建立微波振动床干燥系统，所述的微波振动床干燥系统由干燥室、微波发生器、振动电机、空气除湿系统和数控面板组成；所述的空气除湿系统由空气过滤器、冷凝器、贮罐、抽气泵组成；

（2）对将要处理的中等水分含量颗粒状谷物进行挑拣，取完整颗粒，所述的中等水分含量颗粒状谷物水份含量为20%-25%；所述的中等水分含量颗粒状谷物颗粒长短轴为1-10mm；

（3）称取中等水分含量颗粒状谷物置于干燥室内，静止状态下，物料散热面积为0.5-0.8cm²/g物料；微波功率为0.25-1.00W/g物料；电机振动频率200-400r/min；运行时间1-2s，间歇时间1-2s作为一个振动周期；加热时间15-60min；空气除湿系统温度控制在4-10℃，并将冷凝水经抽气泵转移至贮罐；

（4）待干燥完毕，关闭电源，开启干燥室，将物料平铺于冷却平板内，厚度1cm-3cm，关闭干燥室，开启空气过滤器，风速0.3-2.0m/s，冷却时间30min-120min，物料冷却至室温；

（5）收集，入袋，包装。

2.根据权利要求1所述的方法，所述的空气过滤器中的过滤网和/或过滤纸孔径为20-200目。