專(zhuān)利名稱：一種中等水分含量顆粒狀谷物的微波振動(dòng)床干燥方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種食品加工和保存的方法，更具體地，本發(fā)明涉及一種適合于工業(yè)化生產(chǎn)的食品谷物干燥方法，即中等水分含量顆粒狀谷物的微波振動(dòng)床干燥的方法。
背景技術(shù)：
中國(guó)的現(xiàn)代干燥技術(shù)是從20世紀(jì)50年代逐漸發(fā)展起來(lái)的，在幾代人的共同努力下，我國(guó)干燥技術(shù)經(jīng)歷了不斷的演變和革新，已經(jīng)基本確定三項(xiàng)干燥技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，即保證產(chǎn)品質(zhì)量；環(huán)保無(wú)污染；節(jié)約能耗。在市場(chǎng)需求的大力推動(dòng)下，我國(guó)干燥技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)。 目前國(guó)產(chǎn)干燥設(shè)備在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率已達(dá)到80%以上，預(yù)計(jì)“十五”期間將達(dá)90%以上。但是，隨著全球化國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)不斷加劇，我國(guó)以中、低端技術(shù)占主導(dǎo)地位市場(chǎng)面臨巨大的競(jìng)爭(zhēng)壓力，因此，不斷創(chuàng)新改善干燥技術(shù)成為行業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。
對(duì)于中等水分顆粒狀谷物的干燥保藏，目前行業(yè)內(nèi)通用的干燥方法包括日光曝曬干燥、自然通風(fēng)干燥、熱風(fēng)干燥、紅外輻射干燥、真空干燥和微波干燥等。日光曝曬干燥和自然通風(fēng)干燥主要靠自然晾曬來(lái)干燥食品，通常因不能及時(shí)干燥處理而導(dǎo)致大量食品霉?fàn)€， 不僅影響食品品質(zhì)，而且存在安全衛(wèi)生隱患；熱風(fēng)干燥和紅外輻射干燥主要采用傳統(tǒng)的加熱方法，利用熱傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射的原理將熱量從外部傳入內(nèi)部，物料表面溫度明顯高于內(nèi)部，從而建立溫度梯度，由于高溫將使食品間隙中的空氣擴(kuò)張，導(dǎo)致擠壓毛細(xì)管內(nèi)水分順著熱流方向轉(zhuǎn)移，即溫度梯度與濕度梯度方向，阻礙水分蒸發(fā)。因此，加熱速度慢，能耗高，物料溫度局部過(guò)高導(dǎo)致干燥產(chǎn)品質(zhì)量低；真空干燥即在低壓加熱狀態(tài)下使水分在100°C以下便可沸騰產(chǎn)生水蒸氣，易于水分從食品中蒸發(fā)，干燥產(chǎn)品質(zhì)量高，但設(shè)備復(fù)雜，操作復(fù)雜，處理量小，能耗高，行業(yè)內(nèi)應(yīng)用不多；微波干燥不同于其他傳統(tǒng)方法，其利用介質(zhì)損耗原理，由于在微波條件下，物料中水分介質(zhì)損耗較大，能吸收大量微波并轉(zhuǎn)化為熱能，因此，物料的升溫和蒸發(fā)式在物料整體同時(shí)進(jìn)行的。但由于蒸發(fā)冷卻的緣故，物料表面溫度略低與里層溫度，同時(shí)由于物料內(nèi)部產(chǎn)生熱量，以致于內(nèi)部蒸汽迅速產(chǎn)生，形成壓力梯度，驅(qū)使水分流向表面。由此可見(jiàn)，微波干燥易于形成溫度梯度、濕度梯度以及蒸汽壓同向，從而改善干燥過(guò)程中水分的遷移條件，利于物料中水分向外排出，這樣不僅克服了在常規(guī)干燥韓總因物料外層首先干燥而形成的硬殼板結(jié)阻礙內(nèi)部水分繼續(xù)外移的缺點(diǎn)，而且加熱速度快，能耗低，并能較好保留食品中維生素及食品原有的色香味，有效提高產(chǎn)品加工品質(zhì)和食用品質(zhì)， 因此得到行業(yè)內(nèi)普遍關(guān)注，具有很好的發(fā)展前景。但在微波干燥的研究與應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，干燥不均勻性是影響微波干燥產(chǎn)品品質(zhì)的主要因素。
針對(duì)上述問(wèn)題，目前解決辦法主要集中在1.改善微波干燥不均勻性的措施主要是通過(guò)改變微波腔內(nèi)電磁場(chǎng)的模式來(lái)提高電磁場(chǎng)分布的均勻性，如增加饋能口的數(shù)量、安裝模式攪拌器、使用多種頻率不同的微波源以及合理設(shè)計(jì)微波腔的形狀和大小等。但蘇偉光等人(蘇偉光，王瑞芳，曹斌，李占勇.干燥技術(shù)與設(shè)備，2007，5( =236-240)研究發(fā)現(xiàn)解決微波干燥的不均勻性，關(guān)鍵在于解決物料對(duì)微波吸收的不均勻性，通過(guò)在干燥過(guò)程中改變物料的位置來(lái)弱化對(duì)電磁場(chǎng)分布的依賴性，即使在一個(gè)不均勻的微波場(chǎng)中，通過(guò)物料CN 102524381 A的位置的不斷變化也可提高物料對(duì)微波能吸收的均勻性，從而改善干燥產(chǎn)品品質(zhì)；2.采用組合式干燥方法，其主要目的在于集成兩種或兩種以上的干燥技術(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、保質(zhì)和高效的干燥效果，但現(xiàn)有組合式干燥方法仍未能解決目前干燥方法所面臨的本質(zhì)性問(wèn)題，例如高低溫聯(lián)合干燥方法，即物料經(jīng)高溫連續(xù)干燥，當(dāng)水分降低到18%左右時(shí)，將物料轉(zhuǎn)移到低溫干燥倉(cāng)內(nèi)，采用低溫通風(fēng)干燥。其具有能耗低，品質(zhì)高等優(yōu)點(diǎn)，但是要配置大容量的通風(fēng)干燥倉(cāng)，設(shè)備基礎(chǔ)投資較大；微波-氣動(dòng)床干燥，其利用微波結(jié)合氣動(dòng)床的干燥方法，使物料在微波場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)翻滾，以解決傳統(tǒng)微波干燥弊端。但目前這種組合式干燥方法其微波功率極低，而產(chǎn)生流化效果所使用的熱空氣用量極高，所以其干燥作用還是以熱風(fēng)干燥為主， 僅僅是溫度梯度與濕度梯度的方向較傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥稍好，而且能耗較高；目前市場(chǎng)還出現(xiàn)一種水平回轉(zhuǎn)式微波干燥技術(shù)，其同樣針對(duì)物料干燥均勻性問(wèn)題，采取回轉(zhuǎn)的方式使物料在密閉腔體內(nèi)實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，并且將微波發(fā)生器設(shè)置在頂部，較立式回轉(zhuǎn)式微波干燥技術(shù)，其有效解決了干燥均勻性的問(wèn)題；但本發(fā)明是利用微波振動(dòng)方式來(lái)改善傳統(tǒng)微波干燥不均勻性問(wèn)題，解決問(wèn)題的角度不同，而且由于設(shè)備回轉(zhuǎn)支架是雙支點(diǎn)固定在干燥室內(nèi)，無(wú)法移出， 密封門(mén)開(kāi)在干燥室的周?chē)?，造成裝取物料操作困難，工作效率低，清洗較困難。
此外，鄭寶東，劉文聰?shù)热?申請(qǐng)?zhí)?00910111967. 6)公開(kāi)了一種蓮子微波真空干燥工藝，其應(yīng)用微波真空干燥技術(shù)對(duì)新鮮蓮子進(jìn)行干燥，將預(yù)處理新鮮蓮子置于微波強(qiáng)度 10ff/g,真空度-SOkpa條件下進(jìn)行干燥，在干燥后期將蓮子置于室溫環(huán)境下放置40min緩蘇，以平衡蓮子內(nèi)外水分。該發(fā)明提高干制蓮子的品質(zhì)，延長(zhǎng)貨架期，在縮短干燥時(shí)間，提高生產(chǎn)效率的同時(shí)大大降低干燥能耗，但由于工藝中需采用高壓裝置，其造價(jià)成本高，故適用于高附加值產(chǎn)品干燥；而本發(fā)明利用微波振動(dòng)干燥技術(shù)，改善傳統(tǒng)微波干燥方式的不均勻性，且無(wú)需真空度要求，干燥成本低，產(chǎn)品質(zhì)量高。
王安建，侯傳偉，黃紀(jì)念(申請(qǐng)?zhí)?00610107M2.6)公開(kāi)了一種山藥真空微波冷干工藝，該發(fā)明把經(jīng)過(guò)速凍的山藥片裝入真空罐中抽真空，在真空度75-145pa、溫度-20°C -30°C條件下開(kāi)啟微波源，在微波強(qiáng)度為140-220V/cm下進(jìn)行凍干。進(jìn)行凍干時(shí)， 先在140-220V/cm下持續(xù)2. 5_4h，當(dāng)物料內(nèi)水分已出去80 %時(shí)逐漸降低微波功率，再經(jīng) 1-1. 5h，物料內(nèi)部水分降至5%以下時(shí)凍干結(jié)束。該發(fā)明干燥時(shí)間段，品質(zhì)高，但干燥成本高，能耗高。本發(fā)明無(wú)需真空條件和冷凍干燥，采用微波振動(dòng)干燥方式，能耗低，產(chǎn)品干燥效率高，成本低。
本發(fā)明基于上述論述理論和大量實(shí)驗(yàn)研究為基礎(chǔ)提供一種新的干燥方法。 發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述情況，本發(fā)明的目的是提供一種在微波振動(dòng)床干燥條件下實(shí)現(xiàn)中等水分含量(20% -25% )顆粒狀谷物高品質(zhì)、高效率、低差異、低成本的干燥方法。
一種中等水分含量顆粒狀谷物的微波振動(dòng)床干燥方法，其特征在于，步驟如下
(1)建立微波振動(dòng)床干燥系統(tǒng)，所述的微波振動(dòng)床干燥系統(tǒng)由干燥室、微波發(fā)生器、振動(dòng)電機(jī)、空氣除濕系統(tǒng)和數(shù)控面板組成；所述的空氣除濕系統(tǒng)由空氣過(guò)濾器、冷凝器、 貯罐、抽氣泵組成；
(2)對(duì)將要處理的中等水分含量顆粒狀谷物進(jìn)行挑揀，取完整顆粒，所述的中等水分含量顆粒狀谷物水份含量為20% -25% ；所述的中等水分含量顆粒狀谷物顆粒長(zhǎng)短軸(或直徑)為I-IOmm (優(yōu)選2-8mm)；
(3)稱取中等水分含量顆粒狀谷物置于干燥室內(nèi)，靜止?fàn)顟B(tài)下，物料散熱面積為 0. 5-0. 8cm2/g物料；微波功率為0. 25-1. 00ff/g物料；電機(jī)振動(dòng)頻率200_400r/min ；運(yùn)行時(shí)間l-2s，間歇時(shí)間1- 作為一個(gè)振動(dòng)周期；加熱時(shí)間15-60min ；空氣除濕系統(tǒng)溫度控制在 4-10°C，并將冷凝水經(jīng)抽氣泵轉(zhuǎn)移至貯罐；
(4)待干燥完畢，關(guān)閉電源，開(kāi)啟干燥室，將物料平鋪于冷卻平板內(nèi)，厚度 lcm-3cm，關(guān)閉干燥室，開(kāi)啟空氣過(guò)濾器，風(fēng)速0. 3-2. Om/s，冷卻時(shí)間30min_120min，物料冷卻至室溫；
(5)收集，入袋，包裝。
所述的空氣過(guò)濾器中的過(guò)濾網(wǎng)和/或過(guò)濾紙孔徑為20-200目。
所述的中等水分含量顆粒狀谷物是指水分含量為20% _25%，顆粒長(zhǎng)短軸(或直徑)為I-IOmm(優(yōu)選2-8mm)的常見(jiàn)谷物種類(lèi)，如大豆、稻米、玉米、青豆、大麥、高粱、綠豆等任意符合上述水分含量和顆粒大小范圍的谷物種類(lèi)。
本發(fā)明的有益效果
1.干燥均勻由于物料在振動(dòng)床的作用下，在微波場(chǎng)中呈現(xiàn)翻滾、轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)物料均勻干燥，避免了在傳統(tǒng)微波干燥方法中，干燥水分附著于物料表面未能及時(shí)排出，導(dǎo)致濕度梯度發(fā)生改變，阻礙物料干燥，同時(shí)出現(xiàn)干燥不均勻的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響產(chǎn)品品質(zhì)；
2.效率高，成本低微波干燥不同于其他傳統(tǒng)加熱方法。在微波干燥過(guò)程中，溫度梯度、濕度梯度以及蒸發(fā)氣壓遷移方向均一致，從而改善了干燥過(guò)程中的水分遷移條件。在不需要傳熱介質(zhì)也不利用對(duì)流的條件下，食品內(nèi)外溫度同時(shí)上升，加熱速度快，能耗低；且物料在微波振動(dòng)床的作用下處于運(yùn)動(dòng)加熱狀態(tài)，干燥均勻，品質(zhì)高，無(wú)需二次干燥，節(jié)約成本；
3.操作方便，連續(xù)化生產(chǎn)干燥參數(shù)可調(diào)，反應(yīng)靈敏，熱慣性小，通過(guò)調(diào)整輸出功率，物料加熱狀態(tài)可隨時(shí)改變，易于連續(xù)生產(chǎn)和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制便于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1是本發(fā)明中微波振動(dòng)床干燥系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。其中
1.干燥室
2.微波發(fā)生器
3.數(shù)控面板
4.振動(dòng)電機(jī)
5.外接端口(順次連接空氣除濕器和真空泵)具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明
水分測(cè)定根據(jù)GB 5497-85進(jìn)行測(cè)定；
爆腰率測(cè)定隨機(jī)取樣干燥后大豆400粒，在爆腰燈下人工檢查爆腰率。本文中的爆腰率是指除去初始爆腰率后的爆腰率增值。
總能耗的計(jì)算微波振動(dòng)床干燥過(guò)程中的總能耗采用電能表計(jì)數(shù)，由于單次測(cè)量能耗較小，故采用連續(xù)干燥10次取平均值得單次干燥能耗。
溫度的測(cè)量采用光纖探針進(jìn)行測(cè)量，將光纖探針插入干燥物料內(nèi)，記錄讀數(shù)。
色澤測(cè)定采用日本Dnica minolt公司生產(chǎn)的CR-400色差計(jì)進(jìn)行色澤的測(cè)定，每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定五次，顏色通過(guò)L (亮度/暗度)、a (紅度/綠度)、b (黃度/藍(lán)度)表示。 另外，顏色的總差用ΔΕ表示，計(jì)算公式如下
AE備l)2Ma。m
其中，下標(biāo)“O”表示自然干燥下物料的顏色，采用不同干燥方法下物料作為參照， ΔE越大意味著與自然干燥物料的顏色差別越大。
表INBS單位色差值與色差程度的關(guān)系NBS單位色差值色差程度
0.00 ■-0.25非常小或沒(méi)有；理想匹配0.25 ■-0.50微??；可接受的匹配0.50 ■-1.00微小到中等；在一些應(yīng)用中可接受1.00 ■-2.00中等；在特定應(yīng)用中可接受2.00 ■-4.00有差距；在特定應(yīng)用中可接受4.00以上非常大；在大部分應(yīng)用中不可接受
下面對(duì)比本發(fā)明的微波振動(dòng)床干燥方法與傳統(tǒng)干燥方法以及現(xiàn)有微波干燥技術(shù)對(duì)中等水分含量顆粒狀谷物產(chǎn)品品質(zhì)的影響，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述
本發(fā)明所述的中等水分含量顆粒狀谷物是指水分含量為20% -25%，顆粒長(zhǎng)短軸 (或直徑)為I-IOmm(優(yōu)選2-8mm)的常見(jiàn)谷物種類(lèi)，如大豆、稻米、玉米、青豆、大麥、高粱、 綠豆等任意符合上述水分含量和顆粒大小范圍的谷物種類(lèi)。
為清楚闡述本發(fā)明中等水分含量顆粒狀谷物的微波振動(dòng)床干燥方法，下面選擇大豆作為實(shí)例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
本發(fā)明試驗(yàn)選擇已在自然條件下干燥的大豆，為模擬剛收獲時(shí)大豆的狀態(tài)，對(duì)陳大豆進(jìn)行干燥首先要進(jìn)行調(diào)濕，再對(duì)復(fù)水大豆進(jìn)行干燥，直至物料達(dá)到安全水分(13%)以下；
試驗(yàn)原料預(yù)處理稱取適量大豆，按照水豆質(zhì)量比1.5 1，采用常溫水浸泡 15min，浙干，包裝，置于4°C冷藏13h ；獲得水分含量為20% -25%并且顆粒直徑為lmm-8mm 的中等水分含量顆粒狀谷物。
建立微波振動(dòng)床干燥系統(tǒng)所述的微波振動(dòng)床干燥系統(tǒng)由干燥室、微波發(fā)生器、振動(dòng)電機(jī)、空氣除濕系統(tǒng)和數(shù)控面板組成；所述的空氣除濕系統(tǒng)由空氣過(guò)濾器、冷凝器、貯罐、 抽氣泵組成。開(kāi)啟電源開(kāi)關(guān)，利用數(shù)控面板預(yù)設(shè)微波干燥功率以及電機(jī)振動(dòng)頻率，所述數(shù)控面板位于微波發(fā)生器機(jī)箱盒后部；設(shè)定完畢后，通過(guò)數(shù)控面板啟動(dòng)位于干燥室底部的兩臺(tái)振動(dòng)電機(jī)以及嵌入干燥室頂部的微波發(fā)生器；啟動(dòng)后，物料通過(guò)進(jìn)料口進(jìn)入干燥室，同時(shí)開(kāi)啟空氣除濕裝置；所述空氣除濕裝置由空氣過(guò)濾器、冷凝器、貯罐、抽氣泵組成，通過(guò)外接端口與干燥室相連，連接順序依次是空氣過(guò)濾器、冷凝器、貯罐、抽氣泵。
實(shí)施例1
復(fù)水大豆在不同功率(0. 25w/g、0. 5w/g、0. 75w/g)下的傳統(tǒng)微波干燥方法
稱取200g預(yù)處理完整大豆，置于干燥室容器內(nèi)，分別采用50w/g、100w/g、150w/g 微波功率進(jìn)行加熱，加熱時(shí)間分別為50min、35min、20min，開(kāi)啟空氣除濕系統(tǒng)，溫度控制在 4-10°C，待干燥完畢后，冷卻，取樣進(jìn)行水分、色澤、溫度以及爆腰率的測(cè)定，并記錄電表數(shù)字。
實(shí)施例2
復(fù)水大豆在不同功率(0. 25w/g、0. 5w/g、0. 75w/g)下的微波振動(dòng)床干燥方法
稱取200g預(yù)處理完整大豆，置于干燥室容器內(nèi)，分別采用50w/g、100w/g、150w/g 微波功率進(jìn)行加熱，電機(jī)振動(dòng)頻率250r/min ；設(shè)定運(yùn)行時(shí)間1. 3s,間歇時(shí)間Is作為一個(gè)振動(dòng)周期；加熱時(shí)間分別為50min、35min、20min，開(kāi)啟空氣除濕系統(tǒng)，溫度控制在4-10°C，待干燥完畢后，冷卻，取樣進(jìn)行水分、色澤、溫度以及爆腰率的測(cè)定，并記錄電表數(shù)字。
表2傳統(tǒng)微波干燥與微波振動(dòng)床干燥方法在不同功率下對(duì)干燥物料的影響
權(quán)利要求
1.一種中等水分含量顆粒狀谷物的微波振動(dòng)床干燥方法，其特征在于，步驟如下(1)建立微波振動(dòng)床干燥系統(tǒng)，所述的微波振動(dòng)床干燥系統(tǒng)由干燥室、微波發(fā)生器、振動(dòng)電機(jī)、空氣除濕系統(tǒng)和數(shù)控面板組成；所述的空氣除濕系統(tǒng)由空氣過(guò)濾器、冷凝器、貯罐、 抽氣泵組成；(2)對(duì)將要處理的中等水分含量顆粒狀谷物進(jìn)行挑揀，取完整顆粒，所述的中等水分含量顆粒狀谷物水份含量為20% -25% ；所述的中等水分含量顆粒狀谷物顆粒長(zhǎng)短軸(或直徑)為 I-IOmm (優(yōu)選 2-8mm)；(3)稱取中等水分含量顆粒狀谷物置于干燥室內(nèi)，靜止?fàn)顟B(tài)下，物料散熱面積為 0. 5-0. 8cm2/g物料；微波功率為0. 25-1. 00ff/g物料；電機(jī)振動(dòng)頻率200_400r/min ；運(yùn)行時(shí)間l-2s，間歇時(shí)間1- 作為一個(gè)振動(dòng)周期；加熱時(shí)間15-60min ；空氣除濕系統(tǒng)溫度控制在 4-10°C，并將冷凝水經(jīng)抽氣泵轉(zhuǎn)移至貯罐；(4)待干燥完畢，關(guān)閉電源，開(kāi)啟干燥室，將物料平鋪于冷卻平板內(nèi)，厚度lcm-3cm，關(guān)閉干燥室，開(kāi)啟空氣過(guò)濾器，風(fēng)速0. 3-2. Om/s，冷卻時(shí)間30min-120min，物料冷卻至室溫；(5)收集，入袋，包裝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述的空氣過(guò)濾器中的過(guò)濾網(wǎng)和/或過(guò)濾紙孔徑為 20-200 目。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種中等水分含量顆粒狀谷物的微波振動(dòng)床干燥方法。本發(fā)明所述的微波干燥方法采用振動(dòng)強(qiáng)化換熱的手段將微波技術(shù)應(yīng)用于谷物的干燥過(guò)程，經(jīng)過(guò)揀選恒濕、振動(dòng)床微波干燥(負(fù)壓排風(fēng))、通風(fēng)降溫除濕等工藝完成物料干燥。通過(guò)改變物料的在微波場(chǎng)內(nèi)的位置來(lái)弱化對(duì)電磁場(chǎng)分布的依賴性，避免傳統(tǒng)微波干燥引起物料局部過(guò)熱現(xiàn)象，提高物料對(duì)微波能吸收的均勻性，從而改善干燥產(chǎn)品品質(zhì)。本發(fā)明所述方法與傳統(tǒng)干燥方法相比，加熱速度快，干燥時(shí)間短；加熱均勻、產(chǎn)品質(zhì)量高，能較好的保留食品中維生素及原有的色香味；徹底改變傳統(tǒng)噴動(dòng)床微波干燥將熱空氣與微波能簡(jiǎn)單疊加的作用，真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能高效，降低成本，便于投入生產(chǎn)和自動(dòng)化控制。
文檔編號(hào)A23B9/08GK102524381SQ20121004467
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月27日
發(fā)明者何天琦, 張灝, 朱佳琳, 王麗云, 范大明, 趙建新, 閆博文, 陳衛(wèi) 申請(qǐng)人:江南大學(xué)