新能源馕坑的工作原理及最佳工作狀態的試驗研究

阿布都艾則孜?阿布來提等

摘要

馕是新疆各族人們在日常生活中接觸最多的食品之一。首先比較2種不同溫度測量儀，并通過誤差分析來選擇合適的測量儀，然后再利用紅外測溫儀測量新能源馕坑的工作溫度，并把這些結果與傳統馕坑上所得到的數據比較，得出新能源馕坑工作所需要的最佳溫度。

關鍵詞馕；新能源馕坑；紅外測溫儀；工作溫度

中圖分類號S509.9文獻標識碼A文章編號0517-6611（2015）21-289-03

馕是新疆和中亞地區各兄弟民族喜歡吃的的主要面食之一，已有3 000多年的歷史。在新疆生活的維吾爾族人民日常生活中，馕是不可缺少的一種食物。馕是在面粉（或精粉）中加少許鹽水和酵面，和勻，揉透，稍發，然后在特制的馕坑里烤制。根據馕中所添加的原料不同馕分為幾種類型，比如，添加羊油的即為油馕；用羊肉丁、孜然粉、胡椒粉和洋蔥未等佐料拌餡烤制的稱為肉馕；將芝麻與葡萄汁拌和烤制的叫芝麻馕等[1]。

烤馕設備叫馕坑。從古到今，馕坑的建造方法基本上沒有發生變化，主要用在水里泡的鹽石和瓷磚來制造。其中瓷磚在烤馕過程中起到保溫作用，鹽石使瓷磚變得更堅固，也助于它牢牢抓住馕。除了這種最古老的黏土馕坑以外，現在大城市里出現了陶瓷馕坑和鋼板馕坑。無論是那種類型的馕坑，內部結構形狀大致相同，都是外面看其肚大口小，形狀類似于倒口的寬肚大水缸[2]。無論是那種材料建造的馕坑，都是用木柴和煤炭等不可再生的燃料作為能源來烤馕，雖然烤馕這種傳統文化工藝用不了多少能源，但長期使用這些能源對馕類產品的衛生、環境以及馕類產品的銷售帶來一定的影響。隨著現代科學技術的發展，最近在這種最古老的馕坑基礎上，市場上出現了一些新能源馕坑，即只在家里通過最古老的方法來制作的地方工藝發展成各種技術凝聚在一體的電或燃氣為能源的現代化無煙馕坑。這對馕這種地方特色食品向全國甚至中亞地區銷售起到了關鍵作用。在文獻[3]中筆者已對以煤炭為能源的傳統馕坑工作狀態進行了研究，并從黑體輻射理論出發，利用熱電偶溫度計測量出馕坑的溫度，詳細計算了在給定的工作溫度下馕坑的譜輻射能流密度、總輻射能流密度和腔內譜輻射能量密度。這項研究對馕坑的發展，特別是以電、燃氣為能源的無煙馕坑的發展帶來了一定理論基礎，目前市場上也有一些馕坑店使用以電或燃氣為能源的新能源馕坑[4]。雖然這些新能源馕坑相對于傳統馕坑具有環保、健康、節能、低碳、無煙等特點，但市場上傳統的以煤炭為能源的馕坑占的比例高，很少人關注新能源馕坑的發展。為此，筆者利用熱電偶溫度計和紅外測溫儀測量新能源馕坑的工作溫度，并把這些結果與傳統馕坑上所得到的數據進行比較，以便為新能源馕坑的發展提供參考。

1 電熱馕坑結構與工作原理

1.1 電熱馕坑結構

目前市場上的電熱馕坑主要由以下4個部分組成的：一是鋼制外殼。馕坑的外殼由鋼板和鐵板制造的，這類似于由土磚做出來的傳統馕坑。馕坑外殼大部分是四邊形的，也有多面形和圓形的。外殼的主要作用是保護馕坑內壁，還對貼馕和拔馕操作提供一定的活動空間，因此有結實、外觀精美、做工精密等要求。二是保溫材料。因馕坑工作時馕坑內壁的溫度很高，如果馕坑內壁與外殼之間沒有有效的防熱措施，對外面操作帶來一定的不便以及沒法保證馕坑內部達到熱平衡狀態。傳統馕坑平時用土磚做出四邊形外殼后，馕坑內壁與外殼之間填土來達到防熱和保溫目的。在電熱馕坑中石棉當作保溫材料。三是馕坑內壁。馕坑內壁是馕坑的貼馕部分，該部分是在馕坑整個結構中溫度最高以及消耗最多的部分，所以馕坑內壁材料必須具有一定的耐熱性。電熱馕坑的內壁是10 cm寬的鋼板互相焊接制作的[2]，具有內表面平整、耐高溫以及高溫下不變形等特點。四是加熱元件。除了以上3個部分以外還有一個最重要的部分是馕坑正中間的加熱元件。在市場上很多材料可以當作電熱馕坑的加熱元件，比如電阻絲、石英燈和陶瓷等。其中陶瓷加熱元件是一種高效、熱分布均勻的加熱材料，它能夠確保溫度均勻分布，能容易消除設備的熱點及冷點。因為它具有長壽命、保溫性能好、機械性能強、耐腐蝕、抗磁場等優點，所以新能源馕坑中主要是陶瓷作為加熱元件的馕坑最多。

1.2 電熱馕坑工作原理及過程

電流通過導體時，導體會發熱，通過導體的電流為I，導體兩端的電壓國U時，導體中產生的熱量為：

Q=W=UIt

（1）

電熱馕坑就按公式（1）所表示的能量來加熱馕坑。電熱馕坑中陶瓷加熱元件繞成一定形狀的圈并安裝在馕坑正中間。陶瓷加熱元件具有效率高、節約能量、加熱快等特點。這對控制馕坑溫度及使馕坑達到熱平衡帶來了很多方便，并節約一定的加熱時間。

馕坑通電后陶瓷加熱圈開始升溫并往馕坑內壁輻射熱量，使用電熱馕坑的時候可以按需要隨時調溫，達到烤馕所需的溫度。電熱馕坑和與傳統馕坑的能源不一樣，所以加熱的時間也不一樣。電熱馕坑加熱30～40 min后馕坑內壁的溫度到360～400 ℃。這時為了控制溫度，陶瓷加熱圈上蓋上專門制作的蓋子。如果溫度再不斷上升，可以用旁邊的微調開關來調節馕坑內壁溫度。蓋上蓋子以后等2～3 min，然后灑鹽水，灑鹽使馕坑溫度降到250～290 ℃。在這個過程做好面團并開始壓成一定形狀。每個馕店起碼烤3～4種馕，家里烤的話也至少烤2種。灑30～60 s鹽水后可以貼和面團，剛開始貼的時候馕坑內壁左側和右側的溫度不一樣。一般從溫度最低的地方開始貼，當火面團貼完一邊的時候，馕坑內壁另一邊的溫度也降溫到烤馕所需要的溫度。貼完后蓋上馕坑的蓋子，10～20 min可以扒馕，用鉤子扒出馕然后擦上專門做的油，再烤一會。剛出坑的馕放1～2 min鐘就可以吃。

2材料與方法

2.1 測量儀器

為了得到可靠的數據，對工作中的馕坑進行溫度測量之前，試驗分別用熱電偶和紅外溫度測量儀對實驗室的小馕坑進行了全面溫度測量。因為馕坑的工作溫度比較高，所以測量工作中使用紅外測溫儀比較方便。然而紅外測溫儀在不同的溫度測量范圍內的準確度也不一樣，因此相同條件下對紅外測溫儀和熱電偶所測到數據進行了比較。該比較工作中所使用的熱電偶是一種無固定冷端的WNR型熱電偶，它需要與TDW2001型溫度控制儀配套使用。

2.2 儀器表征

此次測量對象是非工作狀態電熱馕坑（沒烤馕的馕坑），首先把馕坑內表面從下到上分成幾個相隔5 cm的區域，然后加熱30 min后對每一個區域的同一個位置用紅外測溫儀和熱電偶進行了溫度測量。第2天同樣的試驗條件下再進行測量，這樣用2種測溫儀對每一個區域進行了5次測量。表1是熱電偶（R）和紅外測溫儀（H）測量的馕坑不同區域的溫度。

從表1中可以看出，馕坑底部到上部的溫度變化不大，說明馕坑加熱30 min后坑內部近似達到了熱平衡狀態。這個結論證明筆者在文獻[3]中所采用的模型，即把馕坑近似地看作黑體是正確的。根據平均值的標準偏差公式[5]：

S（x）=∑ni=1（xi-x）2n（n-1）

（2）

使用表1所顯示的5次測量數據代入公式（2）計算了2種不同測溫儀偏差，結果顯示，熱電偶的精確度為±15 ℃，分辨率為20 ℃；紅外測溫儀的精確度為±2 ℃，分辨率為0.1 ℃。從以上所得的誤差分析數據可以看出，2種測溫儀中熱電偶對同一個區域的測量誤差比紅外測溫儀大。除此之外，紅外測溫儀測量溫度所需要的時間比熱電偶測溫所需要的時間短，所以后面試驗和測量過程選擇了紅外測溫儀，因此下一步工作中使用紅外測溫儀對電熱馕坑進行了工作狀態的研究。

3結果與分析

使用紅外測溫儀對新疆著名的阿布拉的馕坑店[4]的3個電熱馕坑進行了馕坑工作的不同階段和不同部分的溫度測量。表2顯示試驗所得的數據以及所烤的馕的種類。

從表2 中可以看出，烤不同馕（奶馕、核桃馕、油馕）的電熱馕坑工作溫度都在260 ℃左右，這跟文獻[3]中報道的傳統馕坑工作溫度相同，這說明雖然傳統的煤熱馕坑和電熱馕坑能源不同，但同樣達到相同的工作溫度。

這2種馕坑中煤熱馕坑容易達到馕坑最高溫度，但所需要的時間比較長，燃燒后出來的有害氣體會污染空氣，還每次烤馕都需要馕坑溫度上升到很高才能工作。對于烤馕一般需要170～300 ℃的工作溫度，然而煤炭加熱的傳統馕坑溫度上升到接近800 ℃后再降溫進入所需要的工作溫度[3]。這過程引起燃料的浪費、環境的污染、馕坑工作效率的下降等一些不利因素。在這種傳統馕坑中因燃料沒有完全燃燒而影響馕的質量和食品價值，長時間飲食這種用煤烤的傳統馕坑甚至會影響人的健康。

根據文獻[3]的數據，在表3中比較了電熱新馕坑和傳統馕坑工作時的溫度。從表3中可以看出，雖然傳統煤熱馕坑和新能源電熱馕坑最高溫度較高，然而2種馕坑烤馕前后的工作溫度都在200～350 ℃，說明無論使用那種能源同樣可以達到馕坑工作所需要的溫度。雖然新能源電熱馕坑所需的最高溫度比傳統煤熱馕坑低，但同樣滿足烤馕的需求，而且能節約能量。

4 結論

從以上試驗可以看出，使用新能源電熱馕坑時容易實現烤不同種類的馕所需要的工作溫度，而且溫度也很好控制。電熱馕坑因以電作為能源，因此沒放出污染環境的氣體或物質，也沒有影響馕類食品的品質。然而從以上分析可以看出，雖然電熱馕坑的工作溫度更適合烤馕，但是電熱馕坑的功率高，消耗的電多，烤馕成本高，所以市場上除了一些品牌馕店以外，很多普通烤馕店沒有使用電熱馕坑，這對新能源電熱馕坑的發展帶來一定的不利因素。在下一步研究工作中，將嘗試從馕坑的結構出發，找出減小功率而提高效率的方法。除了電以外，煤氣和天然氣也可以當作馕坑的能源，然而對燃氣為能源的馕坑的工作溫度和功率還需要進行進一步的研究。

參考文獻

[1]

伊斯拉斐爾·玉蘇甫，安尼瓦爾·哈斯木.西域飲食文化歷史[M].烏魯木齊：新疆人民出版社， 2006：298.

[2] 阿布都艾則孜·阿布來提，艾力·如蘇力，博爾汗·沙來，等.維吾爾族馕坑幾何結構及新能源馕坑的設計[J].食品科技，2012，37（11）：79-82.

[3] 阿布都艾則孜·阿布來提，博爾汗·沙來，阿拜，等. 黑體輻射應用——馕坑工作原理及最佳工作狀態的實驗和理論研究[J].食品科技，2012， 37（1）：140-143.

[4] 王雪麗， 馮蘭剛.打破市場的堅冰——由阿布拉的馕排隊購買現象談起[J].商場現代化， 2007（19）：223.

[5] 艾爾肯·阿不列木，阿合買提江，張翼生，等.新編大學物理實驗教程[M].北京：清華大學出版社，2013.