呕吐毒素污染小麦气流分级分离技术研究

吴建章，郑学玲，李 力，刘树春

(河南工业大学粮油食品学院，河南 郑州 450001)



呕吐毒素污染小麦气流分级分离技术研究

吴建章，郑学玲，李 力，刘树春

(河南工业大学粮油食品学院，河南 郑州 450001)

研究了水平气流速度、分级隔板高度和供料时间等因素对呕吐毒素污染小麦水平气流分级装置性能的影响。在单因素试验的基础上设计了正交试验，得出影响呕吐毒素含量高的小麦(即轻质小麦)分级性能主次因素为：分级隔板高度、供料时间、水平气流速度；小麦呕吐毒素含量最高时的最佳分级条件为：水平气流速ua=11.65 m/s，分级隔板高h=100 mm，供料时间t=12 s。影响呕吐毒素含量高的小麦分级质量百分比的主次因素为：供料时间、分级隔板高度、水平气流速度；呕吐毒素含量高的小麦质量百分比最高的最佳分级条件为水平气流速度ua=11.65 m/s，分级隔板高度h=70 mm，供料时间t=15 s。

气流分级；呕吐毒素；小麦

在小麦的收获季节，我国的江淮流域、南方等小麦产区正是高温高湿季节，小麦极容易感染上呕吐毒素。对我国某地区收获的粮食进行呕吐毒素(DON)和玉米赤霉烯酮(ZEN)等真菌毒素的检测表明，检出率分别达69%和84%。DON等真菌毒素的污染不仅使小麦大面积减产，也为人们的饮食健康带来安全隐患[1-2]。

DON污染小麦的脱毒方法主要有物理方法(如吸附、漂洗、剥皮、研磨等)、化学方法(如加氨、次氯酸、臭氧氧化等)和生物方法(如微生物吸附、酶降解等)等，但这些方法都不太适合小麦粉加工厂。因为小麦粉加工属于干法加工，任何处理方法应对小麦粉无新的污染，只有这样才能生产出符合食品卫生标准的小麦粉。

DON污染小麦的气流分级分离技术研究正是基于此目的开展的，属于干法分离，对小麦加工无任何新的污染。本研究根据DON污染小麦的相关物理参数与正常小麦显著的空气动力学特性差异，利用不同颗粒小麦在水平气流及重力作用下运动距离的不同来实现分级分离DON污染小麦[3]，从而降低小麦中的DON含量。

1 材料和方法

1.1 主要材料

DON污染小麦，体积质量681.0 g/L，千粒重24.63 g，悬浮速度4.70～8.40 m/s。

1.2 试验装置和仪器

DON污染小麦气流分级分离的试验装置原理见图1。如图1所示，本研究试验装置由离心通风机(4-72-№4A，5.5 kW，含变频调节器)、风速调节阀门、连接风管、供料器和水平气流分级装置等组合而成。

主要试验仪器有ACS型电子计数秤(感量0.00 1 kg)、风速仪、毕托管、U型管、秒表、高速万能粉碎机(FW177型)、国华恒温振荡器(SHA-B)、MultiSkan FC 酶标仪、HC分析天平、呕吐毒素酶免检测试剂盒(无锡百奥森科技)等。

图1 DON污染小麦气流分级分离试验装置原理图

1.3 试验方法和内容

1.3.1 试验方法

本试验装置中，通过在风机排气段的连接风管上安装毕托管、倾斜式微压计等来测试由变频器、调节阀门等调试的水平气流速度大小。在水平气流分级装置的底部均布分级隔板，将水平气流分级装置的底部分为多个分级区间，每个分级区间上安装接料斗。

试验进行时，小麦由装置上部的供料器均匀供料。在来自风机的水平气流空气动力以及小麦自身重力的双重作用下，小麦沿气流运动方向被加速和输送，同时发生自然沉降。轻质颗粒小麦加速快、跑得远；重质颗粒小麦加速慢、输送距离短；最终小麦分别沉降落入不同的分级区间，即重质小麦沉降在落料口附近，轻质、细碎颗粒的小麦则在距进料口较远处沉降。

试样经水平气流分级后，称量每一分级区间内的物料质量，并测定千粒重、DON含量和计算每一分级区间的物料质量百分比。供料开始时，同时用秒表计时记录供料时间，并通过称量供料量，计算出分级装置产量。

DON污染的小麦籽粒较为干瘪、皱缩，不如正常小麦饱满，且各籽粒之间外形一致性较差。因此本研究中，采用指标千粒重(Msk)为小麦的分级评价指标。而且定义：Msk≥ 40 g为重质小麦；30 g

小麦千粒重测定参见GB/T 5519—2008。小麦体积质量测定参见GB/T 5498—1985。

悬浮速度测定方法：把待测小麦放在底部为多孔板的料盒中，将料盒放置在悬浮速度测定装置悬浮管的进气管口。调节风速，待测小麦处于稳定的悬浮状态时，悬浮管内气流的速度就是小麦的悬浮速度。

DON 的检测参照GB/T 23503—2009。

1.3.2 试验内容

在图1所示的试验装置上，首先分别测试改变水平气流速度、供料时间和分级隔板高度等的单因素试验，继而在单因素试验基础上进行3因素3水平的正交试验，得到影响DON污染小麦气流分级分离的主次因素和最佳工艺条件。

2 结果分析与讨论

2.1 DON污染小麦的物理特性

DON污染小麦与正常小麦的物理参数见表1。

由表1可知，DON污染小麦与正常小麦相比，千粒重、体积质量、悬浮速度都比正常小麦低，DON污染小麦中的DON毒素含量远远高于正常小麦。从外观上看，DON污染小麦籽粒干瘪，不饱满，外形一致性较差；而正常小麦则籽粒饱满，颜色鲜亮，籽粒外形一致性较好。这些因素正是气流分级分离的理论基础。

表1 DON污染小麦与正常小麦物理参数

2.2 水平气流速度对分级性能的影响

选取分级隔板高度h=120 mm，供料时间t=12 s，研究水平气流速度对DON污染小麦分级的性能影响，见图2、图3。

由图2可知，随着水平气流速度的增大，重质小麦DON含量、中等小麦DON含量和轻质小麦DON含量显著不同，且含量差距有增大趋势。这是因为小麦颗粒的悬浮速度是一定的，水平气流速度增大，小麦受到的水平空气动力增大，轻质小麦颗粒加速快、跑的更远。

由图3可知，随着气流速度的增大，气流分级装置分出的轻质小麦呈增加的趋势。

图2 气流速度对DON污染小麦DON含量的影响

图3 气流速度对DON污染小麦质量百分比的影响

2.3 分级隔板高度对分级性能的影响

选取气流速度ua=10.36 m/s，供料时间t=12 s，研究分级隔板高度对DON污染小麦分级的性能影响，见图4、图5。

图4 分级隔板高度对DON污染小麦DON含量的影响

图5 分级隔板高度对DON污染小麦质量百分比的影响

由图4、图5可知，在一定的气流速度下，随着分级隔板高度的增加，重质小麦DON含量、轻质小麦DON含量均呈先增大后减少的趋势；在分级隔板高度为130 mm时，重质小麦的质量百分比最高，轻质小麦质量百分比最低。因为随着分级隔板高度增加，挡住了更多的小麦，悬浮速度不一的小麦还没有充分分级就被阻挡而落入前一分级区间内，导致重质小麦、中等小麦质量百分比增多。

2.4 供料时间对分级性能的影响

选取气流速度ua=10.36 m/s，分级隔板高度h=130 mm，研究供料时间对DON污染小麦分级的性能影响，见图6、图7。

由图6、图7可知，在气流速度、分级隔板高度不变的情况下，随着供料时间的缩短即供料量的增大，重质小麦DON含量、轻质小麦DON含量均呈降低的趋势，而重质小麦质量百分比、轻质小麦质量百分比则变化不明显。因为产量增大，意味着单位体积空间中小麦颗粒的数量在增加，小麦颗粒之间的相互影响、干扰增强，也即在同样的水平气流空气动力作用下，不同特性的小麦获得的加速度、运动距离等均会减弱，分级效果下降，而重质小麦质量百分比则较高。

图6 供料时间对DON污染小麦DON含量的影响

图7 供料时间对DON污染小麦质量百分比的影响

2.5 DON污染小麦气流分级分离的最佳工艺参数

在单因素试验的基础上，设计水平气流对DON污染小麦分级的正交试验，试验因素及水平的设计方案见表2，小麦DON含量正交试验结果的极差分析见表3，小麦分级后质量百分比正交试验结果的极差分析见表4。

由表3试验结果分析可知，3因素对重质小麦DON含量分级效果影响的主次顺序为：A>C>B；重质小麦DON含量最低的最佳分级条件为：A1B2C3，即水平气流速度ua=9.00 m/s，分级隔板高度h=100 mm，供料时间t=15 s，在此工艺条件下，重质小麦DON含量最低，重质小麦DON含量为1 051.2 μg/kg。

3因素对轻质小麦DON含量最高分级效果影响的主次顺序为：B>C>A；轻质小麦DON含量最高的最佳分级条件为：A3B2C2，即水平气流速度ua=11.65 m/s，分级隔板高度h=100 mm，供料时间t=12 s，在此工艺条件下，小麦分级的轻质小麦DON含量最高。

表2 正交试验因素水平表

表3 小麦DON含量正交试验结果与分析

表4 小麦分级后质量百分比正交试验结果与分析

由表4试验结果分析可知，3因素对重质小麦即低DON含量小麦分级效果影响的主次顺序为：A>C>B；重质小麦质量百分比最高的最佳分级条件为：A3B1C2，即水平气流速度ua=11.65 m/s，分级隔板高度h=70 mm，供料时间t=12 s，在此工艺条件下，小麦分级的重质小麦质量百分比最高。

3因素对轻质小麦即高DON含量小麦分级效果影响的主次顺序为：C>B>A；轻质小麦质量百分比最高的最佳分级条件为：A3B1C3，即水平气流速度ua=11.65 m/s，分级隔板高度h=70 mm，供料时间t=15 s，在此工艺条件下，小麦分级的轻质小麦质量百分比最高。

3 结论

单因素试验表明，水平气流速度由小增大，重质小麦DON含量、中等小麦DON含量和轻质小麦DON含量显著不同，且含量差距有增大趋势；而气流分级装置分出的轻质小麦质量百分比呈增加的趋势，重质小麦质量百分比在减少。随着分级隔板高度的增加，重质小麦DON含量、轻质小麦DON含量均有先增大后减小的趋势；重质小麦分出的百分比在分级隔板高度130 mm时最高，轻质小麦分出百分比呈减小的趋势。随着供料时间的缩短，即供料产量的增大，重质小麦DON含量、轻质小麦DON含量均有减小的趋势，而重质小麦百分比、轻质小麦百分比则变化不明显。

正交试验结果表明，3因素对重质小麦DON含量分级效果影响的主次顺序为A>C>B，重质小麦DON含量最低的最佳分级条件为A1B2C3。3因素对轻质小麦DON含量最高分级效果影响的主次顺序为B>C>A；轻质小麦DON含量最高时水平气流分级的最佳条件为A3B2C2。

3因素对重质小麦分级质量百分比效果影响的主次顺序为A>C>B，重质小麦百分比最高时水平气流分级的最佳条件为A3B1C2；3因素对轻质小麦分级效果影响的主次顺序为C>B>A，轻质小麦百分比最高时水平气流分级的最佳条件为A3B1C3。

[1] 樊平声.小麦赤霉病和DON毒素研究进展[ J].江苏农业科学,2010(5)：182-184.

[2] 殷 平，包志军，卜 锋，等.谈谈小麦赤霉病的发生及防治[J].上海农业科科技2011(4)：115.

[3] 李诗久，周晓君.气力输送理论与应用[M].北京：机械工业出版社，1992：111-112.

(责任编辑：俞兰苓)

Air classification technology of wheat polluted by deoxynivalenol

WU Jian-zhang，ZHENG Xue-ling，LI Li，LIU Shu-chun

(College of Food Science and Technology，Henan University of Technology，Zhengzhou 450001，China)

The performance of horizontal air-flow classifier used in polluted wheat by DON affected by horizontal airflow velocity，baffle height and feeding time were studied.The orthogonal experiment was designed on the basis of single factor experiment，and the influencing factors of classification of DON contamination of wheat from high to low were as：baffle height，feeding time，horizontal airflow velocity.The optimal classification parameters of the highest content of DON in wheat were:ua=11.65 m/s，h=100 mm，t=12 s.The influencing factors of the classification mass percentage of polluted wheat of high DON content from high to low were as：feeding time，baffle height，horizontal airflow velocity. The optimal classification parameters of the mass percentage of polluted wheat of DON were:ua=11.65 m/s，h=70 mm，t=15 s.

air classification；deoxynivalenol (DON)；wheat

2017-02-25；

2017-05-25

粮食公益性行业科研专项经费项目(201313005)。

吴建章(1966-)，男，副教授，研究方向为粮食工程、通风除尘与气力输送。

10.7633/j.issn.1003-6202.2017.07.003

S512.1；TS210.4

A

1003-6202(2017)07-0007-04