CN103968646A - 一种超高水分粮食射频与微波干燥防霉的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高水分粮食射频与微波干燥防霉的方法：新收获的超高水分粮食进库前经初清、热风干燥、缓苏、射频与微波干燥、缓苏，使其水分含量降至13.5％～14％，送入仓库储存。本发明在保证粮食干燥品质的前提下，通过射频和微波干燥，抑制粮食霉菌孢子生长，增强粮食干燥机的降水速率和均一性，提高粮食仓储企业收储效率，减少在粮食集中收获季节时因高水分造成的粮食堆热和霉变以及因此造成的粮食品质劣变和安全隐患，具有明显的经济和社会效益。

Description

一种超高水分粮食射频与微波干燥防霉的方法

技术领域

本发明属于粮食物流与储藏安全的技术领域，具体地说是一种超高水分粮食射频与微波干燥防霉的方法。

背景技术

在粮食收获季节，特别是遇阴雨天气，则稻谷收割时的含水量较高，空气的相对湿度也较高，粮食的品质很容易变坏，非常需要及时干燥降水，而粮食干燥机的保有量有限（粮食干燥机全年90%以上的时间闲置，导致农民私人购买粮食干燥机热情不高），短时期不可能新增保有量，且粮食干燥机的作用效率也与气候有关，气候条件越差，粮食的含水量越高，需要降水的幅度越大，粮食在干燥机内的工作时间也越长，效率也越低。因此，当气候条件较差时，大量粮食急需干燥而粮食干燥机明显不足，造成粮食丰产不丰储。我国的粮食产量巨大，粮食收获季节性强，如果粮食含水量高，水分活度也高，加上粮食产生堆热，易引起处于其中的微生物的大量繁殖，最终将导致粮食霉变和品质恶化，失去食用价值。

超高水分粮食是指实际储藏水分高于国家规定的安全储藏水分标准的粮食，通常水分含量大于20%。粮食中的霉菌生长早期通常发生在粮堆的某一区域，主要在粮堆核心产热区，然后不断向四周扩展，引起粮食表观品质、食用品质及加工品质劣变等。而主产区粮食收获后未经降水直接运输至主销区的现象普遍存在，由于南北温差较大、路途较远，高水分粮食运输过程中极易发生生霉发热进而引起品质急剧劣变、真菌毒素含量增大的质量安全风险。

因此，在粮食进库前必须对粮食进行适当的降水处理。否则粮库内极易产生局部堆热。尤其是可以在粮食中生长的黄曲霉菌，在生长一定时间后还可以代谢产生黄曲霉毒素等强毒性、致癌、致畸的代谢产物，可对人和动物的健康造成严重的危害。传统的粮食进库干燥方法主要有人工摊晾日晒法、烘干机处理法和就仓干燥处理法以及分程（阶段）干燥法。人工摊晾日晒法人力成本过高，而后几种方法都存在关键性制约因素，就是粮食水分挥发较慢，干燥效率较低，能耗较高。

发明内容

针对上述现有技术中所存在的不足之处，本发明的目的是提供一种超高水分粮食射频与微波干燥防霉的方法，该方法利用射频和微波激发的高频交流电磁波，穿透到粮食物料内部，引起物料内部带电离子的振荡迁移，将电能转化为热能，进行粮食物料内部干燥；此外，射频和微波与生物体及其组成的基本单元细胞之间相互作用后，生物体的细胞生理活动变化和反应，产生抑菌和防霉作用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种超高水分粮食射频与微波干燥防霉的方法，其特征在于该方法的具体措施如下：

1）在进库前对超高水分粮食进行初清、热风干燥、缓苏，完成初处理；

2）对初处理后的粮食进行射频与微波干燥处理，利用射频和微波激发的高频交流电磁波，穿透到粮食物料内部，引起物料内部带电离子的振荡迁移，将电能转化为热能，进行粮食物料内部干燥；同时，利用射频和微波与生物体及其组成的基本单元细胞之间相互作用，抑制霉菌孢子生物体的细胞生理活动变化和反应；

3）射频和微波处理后，进行缓苏或鼓风干燥，使其水分含量降至13.5％～14％，再将处理后的粮食送入仓库储存。

本发明适用于稻谷、玉米、小麦等粮食中，这类粮食在进库前可采用本方法。

射频( radio frequency，简称RF) 是一种高频交流电磁波，其频率范围为3kHz～300MHz。射频能穿透深入粮食等物料内部，引起颗粒内部极性成分（如水）带电离子的振荡迁移，将电能转化为热能，从而达到加热的目的。射频还可以杀灭粮食等物料中的微生物孢子，从而有效延长物料的保质期。传统热杀菌热致死条件为68～70℃下加热20分钟，热量由粮食等物料表面逐渐传导至内部，为保证粮食颗粒中心温度不致过高，加热过程缓慢，并会出现粮食表面温度高于中心温度的现象。而射频与其他干燥方式联合处理，其加热速率约为传统热风处理的30倍，短时间内可以使得粮食霉菌孢子数可以降低4个数量级，在较低的粮食物料温度和更短的时间内获得较好的杀菌效果，保持产品品质。粮食水分越高，介电损耗因子越大，其吸收的射频能量越多。射频系统对超高水分粮食（水分含量20%～30%）作用效果较好。

微波(microwave，简称MW)杀菌是利用其热效应和生物效应的共同结果。微波作用下，被辐照物跟随外加交变电磁场极化变化，细胞的感应偶极矩受到力矩作用而产生交替方向的旋转和摩擦生热，同时外电场使细胞膜渗透性发生改变，导致细胞膜出现击穿性的破裂；另一方面，生物系统在一定的条件下对电磁场的应答干扰了细菌正常的生理活动态，破坏粮食菌体细胞膜内外的电位平衡，阻断细胞膜与外界交换物质的离子通道的畅通性，造成霉菌孢子破坏。因此，微波杀菌是一种物理杀菌方法，是微波加热技术功能的延伸，表现为微波与生物体及其组成的基本单元细胞之间相互作用后，生物体的细胞生理活动变化和反应，不需要添加化学防腐剂就能够杀灭细菌、霉菌和虫卵，在杀灭有害微生物过程中，不会对食品残留毒性或放射性物质的污染，安全无害。也不会改变食品的色香味和营养成分。微波系统对较高水分粮食（水分含量15～20%）作用效果较好。

在粮库提升输送带初始给料端或粮食干燥设备上加装射频系统和微波系统，射频加热系统为平行极板式射频加热系统，可以简化为由上、下两极板构成的平行板电容器。被加热粮食置于两极板间，交变电磁场通过极板作用于粮食，射频能量沿垂直极板方向作用于粮食物料。射频能量穿透至粮食物料中，部分能量被粮食吸收,温度随之升高。粮食物料水分越高，介电损耗因子越大，其吸收的射频能量越多。微波系统与射频系统并行，或错位安装。

射频和微波处理后，进行缓苏，使其水分含量降至13.5％～14.5％，再将处理后的粮食送入仓库储存。也可再进行热风烘干，并再次缓苏处理，或鼓风干燥，保证粮食含水量降低到安全水分。

本发明中，所述的射频设备输出功率为600W～10kW，频率为13.56MHz或27.12MHz或40.68MHz。所述的微波设备输出功率为3kW～36kW，频率为915MHz或2450MHz。所述玉米的射频与微波结合干燥环节作用时间30～300S，玉米的温度小于38℃，干燥时间与缓苏时间之比为1：4～6；所述稻谷的射频与微波结合干燥环节作用时间30～300S，稻谷的温度小于38℃，干燥时间与缓苏时间之比为1：4～6；所述小麦的射频与微波结合干燥环节作用时间30～300S，小麦的温度小于38℃，干燥时间与缓苏时间之比为1：4～8。

本发明通过射频与微波辐照联合处理，提高粮食干燥效率，抑制进库原粮霉变，具有以下优点：

一、本发明中射频技术在空气中的穿透深度是无穷大的，因此可轻松穿透并快速加热多孔性物料，利用该特性将射频技术应用于传统加热方式难以处理的粮食，并以射频技术所特有的含水率自平衡效应应用于粮食的干燥过程，可大大提高干燥后粮食的含水率均匀性，从而提高仓储粮食的品质。

二、与传统干燥方式相比，射频与微波结合干燥技术具有显著的效率优势。干燥过程中，粮食物料内、外同时受热，水分由内部转移到表面蒸发，因此表面温度低于中心温度，利于提高干燥速率。而传统干燥过程中，粮食表面温度高于内部温度，热量从外向内传导，除了热传导耗时外，因热量与水分传递的方向相反，阻碍了水分传递的速率。

三、利用射频和微波干燥技术产生的电磁场，生物系统在一定的条件下对电磁场的应答干扰了霉菌正常的生理活动态，破坏生物体细胞膜内外的电位平衡，阻断细胞膜与外界交换物质的离子通道的畅通性，对霉菌孢子造成破坏，可在干燥的同时杀灭粮食中的部分霉菌和虫害。

四、由于极性分子电导损耗随物料含水率的增大而增大，随着射频加热过程的进行，粮食中局部含水率较大的部分，介电损耗因子较大，粮食在射频场中的加热速率随介电损耗因子的增大而增大，因此射频能量会集中在局部含水率较大的部分，从而确保杀菌效果。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

玉米在产地收获后未进行降水处理，快速水分测定仪测得水分含量达22%，通过车辆（船舶）长途运输到收储库，玉米中菌落总数和霉菌数已经接近临界值，简单干燥无法消灭霉菌，影响粮食质量和粮仓储粮性能。在粮库提升输送带初始给料端加装射频系统和微波系统，射频加热系统为平行极板式射频加热系统，可以简化为由上、下两极板构成的平行板电容器。被加热粮食置于两极板间，交变电磁场通过极板作用于粮食，射频能量沿垂直极板方向作用于粮食物料。射频能量穿透至粮食物料中，部分能量被粮食吸收,温度随之升高。微波系统与射频系统并行，或错位安装。在玉米进库前干燥环节增加进行射频和微波处理，射频设备输出功率为6kW，频率为27.12MHz；微波设备输出功率为10kW，频率为915MHz。流动提升作业，不改变正常的提升时间，射频和微波作用总时间分别约2分钟，玉米物料温度达38℃，霉菌总数降低一个数量级。射频和微波干燥后，进行缓苏处理，或继续在粮食提升带上运输，通过后期鼓风干燥，玉米温度降至15℃左右，含水量降至13.5%即可进行常规仓储。

实施例2

与实施例1的区别在于原粮为稻谷（粳稻），产地收获时水分为20.5%，常规跨省长途运输3天，由于运输途中遭遇大雨，湿度较高，到指定收储库时粮食水分含量约为21%。在稻谷进库前先用常规热风干燥，并在中间增加射频和微波处理环节，后期进行常温鼓风干燥。射频设备输出功率为5kW，频率为27.12MHz；微波设备输出功率为8kW，频率为915MHz。射频和微波作用总时间约3分钟，粳稻温度达37℃，霉菌总数降低90%，含水量降至14%，温度降至常温后即可进行常规仓储。

实施例3

与实施例1的区别在于原粮进库前干燥第一步为射频和微波干燥防霉处理，缓苏后进行热风干燥或鼓风干燥，玉米温度降至15℃以下，含水量降至14%即可进行常规仓储。

Claims (10)

1.一种超高水分粮食射频与微波干燥防霉的方法，其特征在于该方法的具体措施如下：

1）在进库前对超高水分粮食进行初清、热风干燥、缓苏，完成初处理；

2）对初处理后的粮食进行射频与微波干燥处理，利用射频和微波激发的高频交流电磁波，穿透到粮食物料内部，引起物料内部带电离子的振荡迁移，将电能转化为热能，进行粮食物料内部干燥；同时，利用射频和微波与生物体及其组成的基本单元细胞之间相互作用，抑制霉菌孢子生物体的细胞生理活动变化和反应；

3）射频和微波处理后，使粮食水分含量降至13.5％～14％，将粮食送入仓库储存。

2.根据权利要求1所述的超高水分粮食射频与微波辐照防霉的方法，其特征在于：射频和微波处理后，再次进行缓苏或鼓风干燥，然后将处理后的粮食送入仓库储存。

3.根据权利要求1所述的超高水分粮食射频与微波辐照防霉的方法，其特征在于：所述的超高水分粮食初始水分大于20%。

4.根据权利要求1所述的超高水分粮食射频与微波辐照防霉的方法，其特征在于：射频干燥处理时，射频设备输出功率为600W～10kW，频率为13.56MHz或27.12MHz或40.68MHz。

5.根据权利要求1所述的超高水分粮食射频与微波辐照防霉的方法，其特征在于：微波干燥处理时，微波设备输出功率为3kW～36kW，频率为915MHz或2450MHz。

6.根据权利要求1所述的超高水分粮食射频与微波辐照防霉的方法，其特征在于：射频与微波干燥处理时间为30～300秒。

7.根据权利要求1所述的超高水分粮食射频与微波辐照防霉的方法，其特征在于：所述粮食包括玉米、稻谷、小麦。

8.根据权利要求7所述的超高水分粮食射频与微波辐照防霉的方法，其特征在于：玉米的射频与微波干燥处理中，玉米的温度小于38℃，干燥时间与缓苏时间之比为1：4～6；稻谷的射频与微波干燥处理中，稻谷的温度小于38℃，干燥时间与缓苏时间之比为1：4～6；小麦的射频与微波干燥处理中，小麦的温度小于38℃，干燥时间与缓苏时间之比为1：4～8。

9.根据权利要求1所述的超高水分粮食射频与微波辐照防霉的方法，其特征在于：进行射频与微波干燥处理的射频系统和微波系统设置在粮库提升输送带初始给料端或粮食干燥设备上，且微波系统与射频系统并行，或错位安装。

10.根据权利要求9所述的超高水分粮食射频与微波辐照防霉的方法，其特征在于：射频系统为平行极板式射频加热系统，是由上、下两极板构成的平行板电容器，被加热粮食置于两极板间，交变电磁场通过极板作用于粮食，射频能量沿垂直极板方向作用于粮食物料。