米粉高湿热风干燥特性及动力学模型

冯岳鸣，俞志勇，潘巨忠

(1.宁波米氏实业有限公司，浙江 宁波 315000; 2.宁波市鄞州赛弗兑食品科技有限公司，浙江 宁波 315000)

米粉是以稻米为原料，经过浸泡、粉碎、挤丝、老化、干燥等工序加工制作而成的米制食品[1]。稻米的主要成分为淀粉，原料米经适当糊化后，能形成一定弹性和强度的半透明凝胶。米粉的类型多种多样，包括即食米粉、直条米粉、过桥米粉、方便米粉等多种形式可供食用，米粉质地柔韧、爽滑可口、有咬劲，还可作为小吃食用，深受广大群众的喜爱。米粉的干燥是直条米粉生产的重要工序之一。快速有效的干燥方法能够使米粉挤丝老化后脱水干燥，并且使米粉保持良好的品质及较长的保质期。热风干燥是目前常用的干燥方法。采用干燥装置对米粉进行干燥，研究热风温度和湿度对米粉干燥速率的影响，建立动力学方程，为实际生产中米粉干燥条件的调控和干燥特性提供依据[1]。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜米粉：宁波米氏实业有限公司；GZX-9070MBE型电热鼓风干燥箱(上海博讯实业有限公司医疗设备厂)；101型电热鼓风干燥箱：北京科伟永兴仪器有限公司。

1.2 试验设计与方法

准确称取一定量的米粉，将其放入干燥设备中进行干燥实验，干燥的条件分别设为50℃、相对湿度70%；50℃、相对湿度80%；50℃、相对湿度90%，风速为固定值6m/s进行三组实验。每次实验前，干燥设备均预先开机0.5h以使温度恒定。每隔一定时间测定其质量，直到2次测量的质量差小于0.01g时停止实验。每个条件的实验均进行3次，取3次的平均值进行计算[2]。

1.3 含水率的测定及干燥速率的计算

(1)米粉初始含水率测定参照：GB5009.3-2010。

(2)干基含水率：

Mt=(mt-mg)/mg

式中，mt——干燥时间t时刻干燥样品的质量，g；mg——该样品绝干物质的质量，g。

(3)干燥速率R：

R=(Mt-Mt+Δt)/Δt

式中，R——试样相邻两次测量时间段的干燥速率，g/(g·min)；Mt——试样在t时刻的干基含水率，g/g；Mt+Δt——试样在t+Δt时刻的干基含水率，g/g；Δt——相邻两次测量的时间差值，min。

1.4 干燥动力学模型-Weibull函数的建立[2]

式中，α-米粉干燥过程中的速率常数，min；β-形状参数，该值与物料在干燥过程中开始阶段的传质速率有关，其值越小表示开始的干燥速率越大。

2 结果与分析

2.1 不同干燥条件下对米粉干燥特性的影响

不同湿度干燥条件下，米粉的干燥曲线见图1，米粉干燥速率曲线见图2。

图1 不同湿度干燥曲线

图2 不同湿度下干燥速率曲线

米粉在温度50℃，湿度分别为70%、80%、90%条件下进行干燥，米粉含水量不断下降，在干燥初始短时间物料温度较低，干燥速率较慢，温度上升之后干燥速率达到最大，恒速干燥阶段不明显，接着就进行到降速阶段。最后阶段随着米粉中水分的不断较少，含水率下降较慢，干燥速率变慢[4]。同时，对比发现在不同的空气湿度对干燥速率影响较大，米粉的干燥曲线不同，干燥参数的不同对干燥速率具有一定的影响，干燥速率随干燥湿度成反比关系，干燥湿度的变化对干燥速率影响较大[8]。

结果发现米粉的整个干燥过程为降速干燥，且干燥时能较明显地区分快速降速干燥阶段和慢速降速干燥阶段。说明高温髙湿的条件下，米粉的内部水分向外部扩散和表面水分向空气中迁移速率保持基本一致，米粉表面不会因为失水速度快而产生的收缩而产生硬壳，可以有效地提高米粉的复水性能。在相同干燥温度下，低湿度初始速率要大于低湿度初始速率，由于相对湿度较低，干燥介质含水量较低，米粉中的水分向外界扩散系数高于高湿度[7]。

2.2 米粉干燥动力学模型研究

Weibull分布函数MR=exp[-(t/α)β]，式中α为尺度参数，约等于蒸发掉物料含水总量63%所需的时间；β为形状参数，与干燥水分传质过程相关；t为干燥时间。米粉干基含水量变化与Weibull函数的拟合度主要由决定系数(R2)及卡方(χ2)2个参数判定。R2越大，χ2越小，说明实验值与Weibull函数的拟合度越好。参数数值由SPSS对数据与函数模型拟合时自动生成，见表1[6]。

表1 不同干燥条件下米粉Weibull函数拟合参数及拟合精度

结果说明Weibull函数拟合的R2处于0.995～0.997，χ2处于5.65×10-4～8.12×10-4，表示该模型可准确描述米粉的干燥过程。

3 讨论

米粉干燥是通过热风加热的方法使米粉中水分蒸发而达到工艺要求，便于米粉的贮存及流通。干燥工艺方法及参数是米粉干燥效率的关键，高温和较高的相对湿度干燥是一种在热风干燥基础上研究的新型干燥技术，在常压下，将相对湿度和温度控制在较高水平，在这种条件下对米粉进行干燥，效果较高，米粉的品质优良，通过函数模拟的方法研究干燥动力学能够对米粉的干燥提供理论依据。

米粉在高温髙湿条件下进行干燥，使米粉内部水分匀速扩散到干燥介质中，减少干燥过程中米粉表面出现硬壳的现象，有效改善米粉的复水性能，降低酥条现象产生的概率。在高温髙湿条件下进行干燥，干燥的环境对千燥效果具有很大的影响，因此，干燥的设备需要保证干燥参数的稳定性。