玉米红外低温真空干燥试验

张 静 李占勇 董鹏飞 叶京生

（天津科技大学机械工程学院，天津 300222）

玉米红外低温真空干燥试验

张 静 李占勇 董鹏飞 叶京生

（天津科技大学机械工程学院，天津 300222）

以玉米为试验物料进行红外低温真空干燥工艺基础性研究，分析红外加热温度、真空度对玉米水分变化规律和干燥速率的影响。结果表明，干燥过程没有明显的恒速干燥阶段；与干燥室内真空度相比，干燥温度对玉米干燥的影响程度较大。红外低温真空干燥方法是粮食干燥可选的方法。

玉米；低温干燥；干燥速率；红外加热；真空

玉米收获时水分高，一般为25%～35%（湿基），为了防止霉变和发芽等损失，需要干燥至安全水分以下［1］。在北方，采用太阳直晒的方法，但由于自然气候的影响，若处理不当，很容易造成冻害，导致玉米发霉［2］。目前，主要采用热风干燥的方式来降低玉米的水分。热风温度一般在100～160℃，粮粒表面水分很快被气化，但籽粒内部的水分向外迁移困难，将产生内部压力，造成干燥后粮粒表面出现局部干裂、硬化。研究［3］表明，当干燥介质温度超过150℃时，玉米受热温度差大于60℃，玉米就会大量爆腰，品质下降。玉米薄层通风干燥试验［4］研究结果表明，风温（70，80，90℃）对干燥速率的影响比风速（0.62，1.25，2.34m/s）的影响大。在真空（真空度为0.03，0.05MPa）及低风温（40，50，60℃）条件 下进行玉米薄层干燥试验［5］结果表明，真空度为0.05MPa下，玉米的干燥品质较好；干燥温度低于50℃时，玉米的干燥品质较好。Borompichaichartkul等［6］对零下温度条件下干燥粮食玉米进行了可行性示范，通过自动控制装置可以显著减少干燥时间长的问题。

与热传导及对流加热相比，红外加热技术实现了光源辐射光谱与被加热物体吸收光谱的对应，并且不需要加热介质，提高了热能的利用率。红外加热具有惯性小，升温快的特点，因而缩短了预热时间，并且加热技术使物体内外受热均匀，可提高产品质量。加热装置结构紧凑，不需要辅助锅炉及其管道系统，减少了基础建设费用。红外加热技术是一种既节约能源又能较好的保证产品质量的清洁高效的加热技术［7，8］。

本试验研究红外真空干燥玉米的特性以及不同红外加热温度和系统真空度对玉米干燥速率的影响，探讨提高玉米干燥速率的影响因素，并说明红外干燥和真空干燥方法进行组合干燥时的特点。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料及其预处理

玉米：品种为先玉335，选择籽粒饱满、完整、色泽光亮的玉米。

首先将进行玉米的前期处理，即玉米放入室内晾放，依据玉米水分测定标准，测量出玉米的含水量均值为14.25%，备用。试验前称取上述玉米，加入一定量的水，放入密封的保鲜袋内，均匀的混合，将保鲜袋放入冰箱内，以保证玉米的湿含量达到30%左右（干基湿含量约0.43）。

1.1.2 主要仪器

电热真空干燥箱：DZG－403，天津市天宇实验仪器有限公司；

旋片真空泵：2XZ－4，浙江黄岩求精真空泵厂；

调压器：TDGC2，德力西电气有限公司；

电脑水分测定仪：LDS－1H，上海农奥仪器有限公司；

电子天平（0.1g）：JJ3000，美国双杰有限公司。

1.2 试验方法

将物料放入改造的红外真空干燥箱内进行玉米干燥试验，流程见图1。

图1 试验流程图Figure 1 The experimental flowchart

取一定量的玉米，均匀平放在托盘上，将托盘放入干燥箱内。首先打开真空泵，使干燥箱内达到所需要的真空度，关闭真空泵，打开红外加热管，进行干燥，在干燥过程中不断地调整红外加热管的电压，以保证干燥箱内的温度保持在试验设定温度范围内，定时定量快速测量玉米的质量，干燥直至玉米水分到15%左右。考虑玉米的品质及较高的干燥速度，红外加热温度和真空度的选择见表1。

表1 试验条件Table 1 Experimental conditions

1.3 检测方法

本试验玉米的水分含量通过两种方法进行测定：① 依据GB/T 10362——2008《粮油检验 玉米水分测定》，将玉米粉碎，在130～133℃下烘干4h，称量其干燥前后玉米的质量差，即为玉米含有的水分量，其与干燥前的玉米质量的比值即为玉米的湿基湿含量；② 利用电脑水分测定仪测量玉米的湿基湿含量，每组试验测量5次取平均值。两种方法所测的玉米湿含量相差较小，干燥过程中采用电脑水分测定仪确定玉米的湿含量。

2 结果与讨论

2.1 干燥温度对玉米干燥过程的影响

在真空度相同的条件下，干燥温度对玉米红外干燥影响较大，随着干燥温度的增加，玉米湿含量下降较大，单位时间除去的水分量较大。图2给出了真空度为0.05MPa下的干燥曲线（图2（a））和干燥速率曲线（图2（b）），其他真空度下与之类似。60℃的干燥条件下，干燥速率较大，即使在玉米样品湿含量较低时仍保持较高的干燥速率。这也表明在初始湿含量相同的情况下，增加干燥温度，将缩短干燥所需时间。由图2可知，干燥温度为60℃时将玉米样品干燥到安全水分所需要的时间不足6h，要比50℃时降低约4h。可见选择合适的干燥温度，会使得玉米干燥成本下降。

图2 真空度0.05MPa下干燥温度对干燥过程的影响Figure 2 Effect of drying temperature on drying process when vacuum degree is 0.05MPa

2.2 真空度对玉米干燥过程的影响

由图3可知，真空度对干燥的影响并不显著，虽然真空度增大，相同干燥时间下玉米所能达到的湿含量有所下降，在干燥的初期也表现为干燥速率较大，但在干燥后期干燥速率差别很小（图3（b））。在真空度为0.03MPa时，达到所要求的玉米湿含量时所需时间较长，但真空度为0.05MPa和0.07MPa的差异不明显（图3（a））。真空度大的干燥过程，在抽取真空度时，耗能较大，并且对设备的要求也要高很多。在玉米红外真空干燥过程中，选择一个适当的真空度，同样对于干燥过程的成本很重要。

从图3还可以看出，玉米红外真空干燥过程中没有明显的恒速干燥阶段，干燥过程可分为加速和降速两个阶段。玉米干燥前处理过程中，缓慢的加湿过程使得水分能够均匀被玉米颗粒吸附，颗粒表面基本上无自由水分。开始抽真空并对其开始加热，玉米颗粒内部水分向外迁移、汽化，干燥速率很快达到了最大值。此后，干燥过程受物料内部传热和传质特性限制。虽然干燥温度和真空度都是促进干燥速率增加的因素，很显然温度的影响程度较大。干燥温度相差10℃，最大干燥速率相差0.1g/min；真空度相差0.05MPa，最大干燥速度相差约为0.07g/min。而且在干燥后期，不同干燥温度下的干燥速率仍有较明显的差异，而真空度的影响则不明显。相对而言，在不影响物料品质的基础上，提高干燥温度比提高真空度要容易的多。

图3 加热温度60℃下真空度对干燥过程的影响Figure 3 Effect of vacuum on drying process when heating temperature is 60℃

3 结论

通过本试验可以得知，玉米红外低温真空干燥过程中水分迁移受内部条件制约，没有明显的恒速干燥阶段。玉米干燥温度对干燥速率的影响比较大，温度越高，干燥速率越大。系统的真空度对玉米的干燥速率影响比较小。本试验条件下，可在不足6h内将玉米从初始湿含量30%（湿基）干燥至15%以下，且物料温度低于60℃。在真空系统中，采用红外加热技术与真空干燥方法组合低温干燥粮食是一条可行的途径。红外加热可控性好，其他干燥方法与红外加热组合干燥，可以补充其不足，用以提高干燥速率和产品的品质。

1 曹崇文，汪喜波.我国粮食干燥的现状及发展前景［J］.农机科技推广，2002（1）：14～15.

2 孔庆利.玉米种子秋季晾晒的几种方法［J］.现代农业，2010（2）：46～47.

3 张志军，徐成海，张世伟，等.粮食真空干燥的技术经济与环境分析［J］.节能，2006，25（8）：10～13.

4 殷丽春，毛志怀.玉米薄层干燥的试验研究［J］.农机化研究，2005，1（1）：197～198.

5 张玲，刘中深，于辅超.玉米真空薄层干燥工艺参数的研究［J］.农业与技术，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，许乃章.远红外与热风联合干燥香菇的研究［J］.食品与机械，1997，13（9）：18～19.

8 徐凤英，李长友，陈震.荔枝在不同红外辐射源下真空干燥优化试验 ［J］.农业机械学报，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

张静（1986－），女，天津科技大学在读硕士研究生。E－mail：zhangjing09815＠163.com

李占勇

2011－12－25