[科普中国]-辐射干燥

简介

辐射干燥是一类以红外线、微波等电磁波为热源，通过辐射方式将热量传递给待干食品进行干燥的方法，可在常压和真空两种条件下进行。

辐射干燥作为新兴的干燥技术，具有节能、环保以及干燥后粮食品质好的优点，在农业生产中具有很好的应用前景。1

红外辐射干燥1、概况

红外辐射干燥是通过辐射器发射的(0.75~1000)μm的红外线照射谷物，谷物中的分子在此波段有较大的吸收，吸收的能量加剧了谷物中分子的运动，从而使谷物内部温度升高，促进水分子的蒸发，达到干燥谷物的目的。

2、特点

红外辐射干燥技术具有节能、高效、烘后粮食品质好等优点。

3、机理

红外机理研究的进展，对红外干燥技术起着重要推动作用，也是研制高性能红外辐射谷物干燥机的基础。红外干燥谷物机理的主要部分是红外对谷物的辐射传热，属于传热传质学的研究范围。谷物与环境之间辐射传热的研究历史还不长，目前仍在不断发展之中。对不同因素的谷物红外辐射光谱分析后发现，谷物表皮的红外吸收特性与内部组织存在一定差异，可以根据谷物表皮和内部组织对红外辐射的选择性设计红外辐射源，提高干燥效率。现已得到了红外热风组合干燥稻谷的优化参数。试验过程以改变辐射强度、对流介质温度、物料的初始含水率、对流风速、辐射板的辐照距离、物料的装载厚度等因素来考察对干燥指标的影响。发现除辐射强度和初始含水率外，辐照距离的变化对物料的降水及温度影响也较大。随着辐照距离的减小，物料的降水幅度增大温度增高。辐照距离不变时，辐射强度的影响要大于对流速度。另外，辐射强度与物料层厚度耦合作用会加剧影响物料的降水和温度变化。干燥速率并不是简单的与料层厚度成反比, 而是随着含水率的增加，物料层厚度对干燥速率的影响也增大。该结论可为谷物红外干燥机的设计提供参考。2

3、应用

红外辐射干燥的工艺会影响干燥效果。有学者对稻谷的红外辐射干燥工艺进行了研究，以初始含水率、干燥温度和装载量为因素进行正交试验，通过评价干燥后稻谷的直链淀粉、胶稠度、碱消值、蛋白质含量和整精米率，得出了干燥温度、初始含水率和装载量的最佳组合，即干燥温度66.27℃、初始含水率28.89%、装载量51.40 g，在此工艺条件下，干燥后的稻谷品质较佳。红外辐射干燥的速率与干燥过程中粮食的水分扩散系数有关，扩散系数越大，干燥速率越大，加热过程糙米的温度与扩散系数呈正相关，干燥后的缓苏过程也能去除一部分水分；干燥后采用强制对流冷却与自然对流冷却相比，能明显提高水分扩散系数，但是会造成大米裂缝，所以采用自然对流方式更好。红外辐射干燥的效果与辐射源的材料、种类以及粮食自身的吸收特性有关系。碳化硅的辐射特性与粮食吸收特性有较好的匹配，管式排列式组合辐射和灯式辐射在辐射距离为(150~250)mm时具有较好的辐射效果，粮食在(2.5~3.5)μm的波段对红外辐射的吸收逐渐增大，并且粮食初始含水率的大小对红外辐射穿透作用影响不大。红外辐射干燥过程中粮食的水分和温度不断变化，及时了解粮食在不同时间点的温度和水分含量，能够更好地指导干燥过程以及为干燥机的设计提供参考。干燥过程水分和温度的变化可以通过传质传热方程进行预测，采用传质传热方程预测的水分和温度的最大差别分别是2.5%和5℃，此外，传质传热方程还能合理地预测稻谷的温度和水分分布。

微波干燥1、概况

微波干燥利用波长在(1~1000)mm的电磁波辐射粮食，粮食中的极性分子会吸收微波的能量在极短时间内发生频繁且极快速的旋转，导致其与周围分子的摩擦而生热，使粮食温度升高，促使水分蒸发，达到干燥的目的。微波干燥具有加热快、选择性强、清洁无污染的优点，相对于传统的干燥方式具有极大的优势，但是它的能源利用效率低，微波场的不均匀性以及单次处理量小都制约了微波干燥的推广。

2、应用

在微波功率0.2W/g、粮温40℃和风速45 m/min的工艺条件下干燥玉米，玉米的发芽率、爆腰率和淀粉得率具有较佳的水平，说明微波干燥能够保持玉米的种用价值和食用品质。微波还可以对种子粮进行干燥。在微波功率为700W，微波间歇时间比为10%时，对初始水分含量≤17.3%的玉米种子进行干燥，以及在微波功率800W，微波间歇时间比为10%时，对初始水分含量≤16.4%的玉米种子进行干燥能够保证干燥后种子发芽率大于85%；在微波功率800W，微波间歇时间比20%对含水量≤20.3%的小麦种子进行干燥，在微波功率800W，微波间歇时间30%对含水量≤16.7%的小麦种子进行干燥，可以保证小麦种子的发芽率大于85%。用4 W/g的微波强度对玉米种子进行间歇干燥时，不仅能够保持种子的发芽率不变，同时可以在短时间内达到干燥效果。利用微波干燥的方式降低种子粮的水分，干燥速率快而且易于操作，在合适的干燥条件下不会影响种子的发芽率，是一种理想的干燥方式。

采用一定的微波条件干燥小麦会影响小麦面筋蛋白的结构和功能，微波处理后的小麦籽粒制备的面团缺乏弹性和伸缩性，微波干燥的小麦不易于制作对面筋特性要求高的食品。将稻谷分别运用微波干燥、热风干燥和自然干燥后进行人工模拟储藏180d，发现相对于热风干燥和自然干燥，微波干燥后的稻谷在储藏期间其理化特性、质构特性和糊化特性的劣变较为缓慢，说明微波干燥能够提高稻谷的储藏品质。此外，在567W的中高火下对糙米进行微波干燥时，发现相对于未处理的糙米，干燥后糙米的还原糖、可用性蛋白和γ-氨基丁酸含量均有所提高，表明微波干燥也有利于发芽糙米品质的改善。

微波干燥能够抑制粮食中微生物的生长，抑制作用主要来源于微波的热效应，因为微生物吸收了微波的能量后体温快速上升，导致其代谢紊乱，从而引起死亡。在微波功率为60W，微波间歇时间比为3 min/3 min的条件下对稻谷进行干燥，检测实验前后稻谷的霉菌和细菌总数，发现经过微波干燥后稻谷的霉菌和细菌总数都大幅度下降，表明微波干燥能够很好地抑制稻谷中微生物的繁殖。1