油菜籽干燥技術研究進展

楊國峰 丁 超 蔡浩飛 屠 康 和 珊

油菜籽干燥技術研究進展

楊國峰1丁 超2蔡浩飛3屠 康2和 珊1

(南京財經大學1，南京 210046)
(南京農業大學2，南京 210095)
(南京鐵心橋國家糧食儲備庫3，南京 210012)

油菜籽干燥技術是油菜籽加工過程中的重要環節，干燥方法及工藝的不同對油菜籽的品質有顯著影響。依據國內外關于油菜籽干燥機理、數學模擬、干燥工藝及品質分析等研究成果，綜述國內外油菜籽干燥技術的研究進展，對油菜籽熱風干燥、就倉干燥、微波干燥、高壓電場和過熱蒸汽干燥等方法進行歸納總結，指出目前油菜籽干燥技術研究中存在的問題和不足，展望了油菜籽干燥研究的發展方向，旨在為后續的油菜籽干燥技術研究提供參考。

油菜籽 干燥 現狀 進展

油菜是世界上僅次于大豆的第二大植物油來源［1］，全球年產量近6 000萬噸。其中，加拿大、中國、印度和澳大利亞等國產量居前。我國油菜種植面積和產量過去20年均居世界首位［2］。油菜籽含有大約38%～45%的油脂、20%～25%的蛋白質和25%的碳水化合物［3］。菜籽油不僅是重要的食用植物油，亦是重要的工業原料，且榨油后的菜籽餅粕是優質的家畜飼料。由于油菜籽粒中含有芥酸和硫苷，對人體有害，所以全球各地不斷加強油菜籽的品種選育和改良工作，目前，低芥酸低硫苷的“雙低菜籽”已成為主要油菜種植區的首選。另外，油菜籽加工技術水平不斷提高，加工過程中可快速清除油菜籽粒中的芥酸和硫苷，提高產品品質。

作為將新收糧油作物水分降至安全儲藏水分以下的常用方法，干燥技術已被廣泛應用于糧油收儲工作［4］。我國油菜收獲于梅雨季節，緊接著進入炎熱的夏季，而新收油菜籽水分一般較高［5］，由于其親水性質，易吸潮導致發熱、酸敗和霉變［6］，造成資源浪費。因此通過人工干燥作業能保證油菜籽水分快速、穩定、及時的達到合理水平，保證油菜籽的品質穩定，延長儲藏期。同時，干燥后的油菜籽種皮和子葉會出現一定程度的分離，籽粒內部油脂和蛋白質各自聚集，提高油菜籽的破碎、脫殼和榨油效率。

國外糧食油料作物干燥方面的研究已有80余年，相關干燥技術也較成熟。我國研究主要集中于谷類作物，而油料作物因含有豐富的油脂，干燥特性與一般的谷物有所不同。國內關于油菜籽干燥的理論研究較少。

1 傳統油菜籽干燥技術研究現狀

1．1 熱風干燥

熱風干燥是用熱空氣做干燥介質，加熱物料促進水分蒸發并將物料水分去除的方法。作為一種傳統的干燥方式，熱風干燥技術已相當成熟。農業生產中，熱風干燥在國外已大量應用，但由于干燥過程能耗大，成本較高，國內部分糧油加工企業有所使用。油菜籽干燥作業中，由于皮層薄子葉厚，油菜籽干燥后需進行降溫冷卻作業，以防止油菜籽吸濕返潮。常用油菜籽熱風干燥工藝為:預熱升溫→干燥降水→降溫冷卻。為保證干燥速度和干燥品質，油菜籽干燥溫度一般情況不高于75℃。另外，油菜籽顆粒較小，熱空氣通過油菜籽空隙時壓降較大，故干燥風速亦不宜過快，風速在2 m/s以下較合適。油菜籽熱風干燥技術的研究方面，國外對油菜籽熱風干燥機理、工藝及干燥質量的研究多而全，國內理論研究相對不足。

干燥作為油菜籽收獲后的必要處理環節，存在油菜籽含油量較高，不合理的干燥工藝易使菜籽在干燥過程中出現品質下降的問題。國內外對熱風干燥油菜籽質量的研究較全面，基本涵蓋了主要油菜籽及菜籽油的評價指標。Kanai等［7］研究了干燥條件對油菜籽和葵花籽的影響，尤其是通過顏色、過氧化值和酸值評價油的品質，發現提前收獲的菜籽榨出的油品質相對較差，并且由于殘留葉綠素而呈綠色，菜籽和油菜籽在收獲后應盡快在較低溫度下干燥，以保證菜籽不會發生變質和油的品質。Gawrysiak－Witulska等［8］對菜籽自然空氣干燥過程及干燥后儲藏過程對菜籽中生育酚和8－煙酸酯生育酚的影響進行了研究，發現干燥會導致生育酚下降6%～11%，后續儲藏過程在此基礎上繼續下降23%～30%;8－煙酸酯生育酚含量變化與生育酚情況基本類似。Sutherland等［9］通過對熱空氣干燥油菜籽和葵花籽，檢測過氧化值和游離脂肪酸含量的變化，分析得出發芽率受空氣和菜籽溫度的影響。對于葵花籽來說，不同初始水分的菜籽具有不同的安全干燥溫度，而油菜籽干燥溫度60℃時，發芽率沒有降低，熱處理對游離脂肪酸含量無明顯影響。Thakor等［10］通過熱重分析技術對干燥過程中的甘藍型油菜籽單獨顆粒的尺寸和質量進行分析，認為干燥過程中，油菜籽粒水分越高，顆粒收縮越大;完整籽粒比脫殼籽粒含水量高，水分擴散速率大;一階干燥動力學方程中顆粒半徑取動態值比固定值更準確。

干燥物料的特性參數、干燥動力學和數學模擬等研究是干燥技術發展的機理性研究，不可或缺。發達國家外對農產品干燥的機理研究要先于國內，水平也高于國內。國外干燥物料的特性研究要比國內全面、細致和深入，干燥動力學研究已將成像及圖像處理技術和數學模擬相結合，分析直觀明了，模擬逐漸從簡單的一維數學模型過渡到二維模型，精確度有較大提高。油菜籽干燥技術的研究亦是如此。Sokhansanj等［11］對油菜籽和復水油菜籽等作物進行薄層干燥特性的研究，得出一系列Page方程并進行對比，發現其兩者的干燥速率有較大不同，尤以第1次加濕的菜籽與原始水分的差異最大;Corrêa等［12］利用改進型Henderson和Page方程模擬甘藍型菜籽薄層干燥平衡含水率及干燥速率的變化，并研究了不同干燥空氣溫度和濕度對菜籽發芽的影響，結果表明2種模型均能準確描述菜籽薄層干燥過程，且干燥條件是保持菜籽生理品質的一個關鍵因素。Chen等［13］研究了葵花籽的薄層干燥速率，在4個不同的干燥空氣溫度下進行干燥試驗，得出相應的Page方程;Sadowska等［14］將不同水分菜籽在不同溫度條件下干燥至6．5%，并對干燥后菜籽加工性能進行了研究，得出菜籽干燥后加工性能指標與菜籽原始水分和干燥溫度有很強的相關性。Jukic等［15］在不同溫度(40、60、80℃)，干燥速率為1．0 m/s條件下，對流干燥混合菜籽，得到相應的干燥動力學模型，發現不同菜籽水分釋放速率不同，且相同條件下干燥路徑有顯著不同，并總結得出活化能和菜籽水分擴散速率成反比。Kumar等［16］對幾種菜籽薄層干燥特性進行了研究，試驗干燥溫度30～70℃，空氣流速控制在2 m/s，并利用改進型Page方程進行試驗數據進行擬合，效果較好。另外，干燥空氣溫度顯著影響干燥時間，而菜籽品種對干燥時間影響不顯著，干燥溫度在55℃以下時，菜籽發芽率和發芽勢變化不明顯，但當溫度高于55℃時，發芽率會降至16%～20%。Duc等［17］通過對4種甘藍型油菜籽薄層干燥模型進行了對比研究，結合油菜籽薄層干燥試驗數據，發現page模型描述菜籽薄層干燥最準確，并計算出40℃至60℃溫度區間內有效水分擴散速率在1．72×10－11～3．31×10－11m2s－1區間內。國內對油菜籽干燥特性及數學模擬方面的研究相對偏少，理論研究相對不足。牛智有等［18］采用動態法測定了溫度為10、20、25、30℃和在相對濕度0%～90%范圍內時油菜籽解吸和吸濕平衡水分;分析了油菜籽品種、溫度和相對濕度對平衡水分以及溫度對“滯后”范圍大小的影響，并用Modified－Henderson方程、Chang－Pfost方程和Modified－Oswin方程對油菜籽的平衡水分曲線進行了擬合研究，得到了描述油菜籽平衡水分的數學方程。周代梁［19］對油菜籽薄層干燥及通風特性進行了研究，驗證了Page方程可很好的表達油菜籽薄層干燥特性，得出加濕油菜籽的干燥單項擴散方程以及油菜籽兩層阻力和臨界漂浮速度。史英春等［20］進行了油菜籽的薄層干燥試驗，確定了各參數(介質溫度、濕度、谷物的初始溫度、水分)對干燥速度的影響程度，建立了油菜籽薄層干燥的數學模型，并依據油菜籽的干燥特性，確定油菜籽干燥的合理工藝及工作參數，并結合玉米、水稻的干燥工藝及作業參數，研究一種適合油菜籽、玉米、水稻等物料的干燥設備，實現一機多用，提高設備利用率。謝奇珍等［21］分析了倉式固定床干燥機、滾筒式干燥機、流化床式干燥機、混流式糧食干燥機以及微波干燥等典型油菜籽干燥機存在的優點與不足，認為原有干燥機仍需改進，新技術和新能源的在農產品干燥方面需要積極研究和應用。

1．2 就倉干燥

就倉干燥就是將新收獲的糧食油料作物存放在配有機械通風系統的糧倉內，使用自然空氣或加熱空氣作為干燥介質，對倉內高水分糧食進行機械通風干燥并直接儲藏。它屬于慢速低溫干燥，有利于糧食原有品質保持，減少搬運環節，降低成本。但由于就倉干燥量大，干燥時間長，易造成干燥物料在干燥過程中品質下降甚至出現霉變。因此，需根據氣候環境、物料初始水分和干燥特性等，合理選擇就倉干燥的通風時機和單位通風量。

Patil［22－23］等對利用改進的低溫Morey平衡模型對熱空氣干燥油菜籽模擬的可行性進行了驗證。另外，針對1968、1971和1974年氣候數據，制定連續送風和相對濕度低于70%以下送風兩種干燥策略進行干燥，得出在相對濕度≤70%時送風干燥可有效降低能量損耗，他還根據1968、1971和1974年太陽能數據，對太陽能結合自然風干燥進行了模擬研究，發現干燥時間隨糧堆深度和菜籽原始水分增加而增加，且太陽能結合自然風干燥效果要好于單獨自然風干燥。

Arinze等［24］利用不同單位通風量對不同水分和不同時間收獲的油菜籽進行就倉干燥研究，得出:空氣流速在1．0～1．5 m3·min－1·t－1時，干燥時間最短并且保持通風系統中空氣為20℃時較為經濟。

Schoenau等［25］利用已驗證的計算機模型和北美的典型氣候數據，研制出甘藍型油菜籽就倉干燥最優能量利用系統和管理方案。該系統根據全年整套干燥運行成本數據優化而來，包括自然空氣、丙烷、電力、太陽能等多個部分，并結合自然空氣和太陽能干燥菜籽。

Xanthopoulos等［26］建立了一個模擬圓筒倉儲藏油菜籽的二維模型，該模型可預測菜籽溫度、水分、發芽勢和呼吸作用強弱等，并通過等高線圖形軟件將這些信息顯示在二維圖像中。該模型還被用于研究不同單位通風量干燥高水分油菜籽，效果較好。

2 其他油菜籽干燥技術研究進展

2．1 微波干燥

由于微波干燥獨特的加熱特性，在農產品加工等多個領域越來越受到重視。微波干燥具有加熱快且均勻、選擇性好(含水率較高的區域加熱較快)、反應靈敏、便于控制和能源利用率高(主要被待干燥物吸收)等優點［27］。

Lupinska等［28］對微波干燥油菜籽進行了研究，發現微波干燥可以對菜籽滅菌，且產生的損傷籽粒比熱風干燥產生的要少。

廖慶喜等［6，29－30］研究了微波干燥油菜籽的可行性，并分析對種用價值及品質特性的影響，得出:微波技術應用于干燥油菜籽是可行的，既能快速而經濟的對油菜籽進行干燥，又能保持其種用價值和改良食用品質，發生有利的變異，但仍能保持后代的品質;與熱風干燥和遠紅外干燥相比，微波干燥恒速干燥期降水速率最大，且微波干燥可增強種子的發芽勢，提高了菜籽的營養價值。

劉亞瓊［31］通過在不同質量比功率、鋪放厚度、載荷循環下油菜籽微波干燥試驗，分析了微波干燥過程中油菜籽的質熱傳遞特性，結果表明:質量比功率對微波干燥速率影響較大，適宜的質量比功率、鋪放厚度和載荷循環有利于干燥過程的進行。

胡小泓等［32］應用微波加熱技術，對油菜籽進行干燥處理，然后采用氣相色譜和紅外光譜分析經處理后的油脂品質的變化。試驗結果表明:通過微波加熱可使含水量11．85%的菜籽在11 min后降至2．85%;經微波處理后的油料提高了出油率;脂肪酸組成基本無變化，不存在反式脂肪酸;油脂過氧化值隨處理時間的延長而升高;微波輻射時間對酸價和蛋白質含量影響不大，而對水溶性蛋白有一定影響。

2．2 高壓電場干燥

高壓電場干燥技術是20世紀80年代興起的一種干燥技術。在高壓直流電場下，水分的蒸發速度快、電場耗能低，且干燥物料不升溫，因此能夠實現被干燥物在較低溫度范圍內的干燥，干燥產品的色香味和生物活性成分的保留率得到很大程度的提高。

Basiry等［33］利用高壓直流電場對油菜籽干燥，在8、9和10 kV靜電場下干燥270 min，干燥速率分別上升1．78、2．11和2．34倍。試驗結果表明高壓電場降低菜籽水分效果顯著，干燥速率隨著電壓上升而上升;電場干燥能顯著提高油菜籽芽的根莖長度，但對油菜籽發芽率無明顯影響。

2．3 過熱蒸汽干燥

過熱蒸汽干燥指用過熱蒸汽直接與被干燥物料接觸而去除水分的干燥方式，是近年來發展起來的一種全新的干燥方法。過熱蒸汽干燥具有能耗低、干燥效率高、產品質量高、安全環保等優點。

宮英振等［34］基于過熱蒸汽流化床干燥機理，結合“雙流體”理論建立了描述過熱蒸汽流化床干燥過程的非穩態軸對稱二維數學模型，模擬研究了常壓下油菜籽的過熱蒸汽流化床干燥過程及其干燥動力學特性，模擬結果與試驗數據相吻合。研究結果表明，該模型能夠很好地描述常壓下油菜籽的過熱蒸汽流化床干燥過程和物料在干燥過程中的運動狀態。

3 存在的問題

3．1 油菜籽傳統干燥技術研究不夠全面和深入

在日常干燥作業中，干燥過程數學模擬精確度不高會影響干燥過程的控制，進而影響干燥效率和質量。目前，大多油菜籽干燥機理的研究基于傳統的農產品干燥的一維數學模型并進行展開，模擬精確度仍顯不足。糧食油料作物作為有機生命體，干燥過程中，物料自身產生復雜的變化，僅靠單純的一維數學模型難以客觀全面的描述和模擬干燥過程物料的水分及內部成分的變化。

油菜籽就倉干燥低能耗，但干燥時間長，菜籽易發熱霉變。和熱風干燥相似，就倉干燥模擬精度問題難以有效解決，因此，合理控制干燥時間是菜籽就倉干燥一大難題。

3．2 新型油菜籽干燥技術研究較少

目前的油菜籽干燥技術的研究主要集中于熱風干燥的質量和動力學研究，關于新型節能干燥技術在油菜籽干燥中的應用研究較少，僅有少量利用微波、高壓電場及過熱蒸汽干燥油菜籽質量的相關研究，但不夠深入，相應的干燥機理并未深入的闡述和分析。新型油菜籽干燥技術的研究主要集中于實驗室理論研究，離規模化推廣仍有距離。

4 油菜籽干燥技術的發展方向

我國農業生產不夠集中，在未來的一段時間內，人工晾曬和熱風干燥依然是油菜籽干燥的主要手段。隨著非再生能源的不斷減少，高能耗的傳統干燥方式必定不符合社會發展的趨勢，節能高效的干燥技術將一直是干燥研究的主要方向。基于油菜籽干燥技術研究現狀，我國該方面研究應關注以下幾個方面:①加強油菜籽熱風干燥基礎理論研究，通過模擬分析，優化工藝，進一步提高油菜籽干燥效率，實現“精確干燥”。②不同種類的油菜籽的干燥工藝不盡相同，研究時需逐個突破，機理研究、數學模擬和工藝優化多管齊下，使油菜籽干燥技術不僅有可靠的理論基礎并具有廣泛的實用性。③積極研究新型節能、環保、高效的油菜籽干燥技術，如太陽能和觸媒遠紅外干燥技術等，并盡可能將新型干燥技術規模化，逐步取代傳統干燥技術。④研究開發聯合干燥設備，結合兩種或多種干燥技術，提高干燥效率，降低能耗。

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Research and Development Progress on Rapeseed Drying Technology

Yang Guofeng1Ding Chao2Cai Haofei3Tu Kang2He Shan1
(Nanjing University of Finance＆Economics1，Nanjing 210046)
(Nanjing Agriculture University2，Nanjing 210095)
(Nanjing Core Bridge National Grain Reserve＆Storage3，Nanjing 210012)

Rapeseed drying technology is an important link of the rapeseeds processing．The quality of the rapeseeds could be significantly influenced by different drying methods and technologies．According to domestic and foreign research achievements on rapeseed drying mechanism，mathematical simulation，drying technology and the quality analysis，this paper reviewed the research and development work of rapeseed drying and summarized the traditional and new rapeseeds drying technologies，such as hot－air drying，in－store drying，microwave drying，electrohydrodynamic drying and superheated steam fluidized bed drying technologies．Several problems of rapeseeds drying research are pointed out and prospect the development direction of rapeseed drying research．Aim to provide some reference for the subsequent rapeseed drying technology research

rapeseed，drying，current situation，development

S375

A

1003－0174(2012)05－0124－05

國家科技支撐計劃課題(2009BAD0B03)，江蘇省普通高校研究生科研創新計劃(CXLX11_0676)

2011－08－25

楊國峰，男，1954年出生，教授，碩士生導師，糧食工程