蒸煮擠壓營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化米的流化干燥特性研究

◎ 李學(xué)瓊

（重慶市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全中心，重慶 400020）

在蒸煮擠壓營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化米的生產(chǎn)過(guò)程中，干燥是重要工序之一。干燥不僅影響生產(chǎn)效率，而且對(duì)蒸煮擠壓營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化米的外觀及食用品質(zhì)有極其重要的影響，尤其是干燥條件。過(guò)強(qiáng)的干燥條件易使蒸煮擠壓營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化米表面龜裂，爆率高，外觀品質(zhì)和食用品質(zhì)變差；過(guò)弱的干燥條件會(huì)延長(zhǎng)干燥時(shí)間，生產(chǎn)效率低。

對(duì)擠壓造粒人造米的干燥特性，僅熊善柏、趙思明[1]等做過(guò)相關(guān)研究，而流化床干燥未見(jiàn)報(bào)道。流化床干燥特別適合于顆粒狀物料的干燥，為尋求蒸煮擠壓營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化米的干燥特性及適宜的干燥條件，用流化床干燥裝置，對(duì)多種不同干燥條件進(jìn)行測(cè)試，得到蒸煮擠壓營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化米的干燥特性和適宜的干燥工藝參數(shù)，為蒸煮擠壓營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化米的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論數(shù)據(jù)[2-4]。

1 材料與方法

1.1 供試材料

蒸煮擠壓營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化米濕樣品（實(shí)驗(yàn)室自制）。

1.2 主要儀器設(shè)備

BF-I 型拌粉機(jī)（濟(jì)南賽信膨化機(jī)械有限公司）；SX2000-75 型蒸煮擠壓機(jī)（濟(jì)南賽信膨化機(jī)械有限公司）；JA2004 型電子天平（上海精科天平儀器廠）；DHG-9140A 電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海一恒科學(xué)儀器有限公司）；LG100B 型流化床干燥裝置（浙江浙江中控科教儀器有限公司）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 蒸煮擠壓營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化米濕樣品制備工藝流程

原料粉碎→（加水及營(yíng)養(yǎng)素等）混料→喂料→蒸煮擠壓→成型→蒸煮擠壓營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化米濕樣品。

1.3.2 干燥試驗(yàn)設(shè)計(jì)

流化床干燥試驗(yàn)的影響因素有熱空氣溫度、熱空氣流速（或風(fēng)量）和物料裝載量（或裝載厚度），試驗(yàn)安排如下，設(shè)定干燥裝置的熱風(fēng)風(fēng)溫、熱風(fēng)風(fēng)速后，待風(fēng)溫穩(wěn)定后，將樣品倒在在流化床上，進(jìn)行干燥。試驗(yàn)中，每隔6 min 迅速取6 g 樣品，用自封袋包裝，測(cè)其含水率。當(dāng)干燥至水分不再變化時(shí)（流化床上的壓差計(jì)不再變化）停止干燥。

1.4 分析測(cè)定方法

1.4.1 水分測(cè)定

按照GB/T 21305-2007 中的水分測(cè)定方法進(jìn)行測(cè)定，最終測(cè)得蒸煮擠壓營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化米濕樣品的初始含水率為27%（濕基），干基含水率37%。

1.4.2 數(shù)據(jù)的處理方法

干燥特性曲線的繪制及擬合采用Matlab7.0 軟件。

2 干燥特性曲線及其擬合

為考察蒸煮擠壓營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化米的干燥特性，還需要得到其干燥速率曲線。將干基含水率數(shù)據(jù)與干燥時(shí)間進(jìn)行回歸分析，得出干基含水率與時(shí)間的回歸數(shù)學(xué)模型。由于蒸煮擠壓營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化米干燥時(shí)間和含水率之間是非線性關(guān)系，選擇多項(xiàng)式回歸模型如下式（1）。

式（1）中y—含水率（干基），%；x—干燥時(shí)間，min；b0，b1，… ，bi—階多項(xiàng)式系數(shù)；ε—服從正態(tài)分布N（0、δ2）的隨機(jī)變量。

為提高回歸曲線的精度，采用Matlab7.0 軟件對(duì)回歸曲線進(jìn)行擬合。經(jīng)過(guò)polyfit（x，y，n）命令的擬合，找出較優(yōu)的n 階，得出相應(yīng)的多項(xiàng)式回歸方程；再應(yīng)用polyval（a，x）命令，得出多項(xiàng)式的擬合值。得到不同條件下 的擬合方程（其中x 表示干燥時(shí)間，y 表示干基含水率）。

2.1 不同溫度下的擬合方程

不同溫度下的擬合方程見(jiàn)表1。

2.2 不同風(fēng)速下的擬合方程

50 ℃下不同風(fēng)速的擬合方程如表2 所示。

表2 不同風(fēng)速下的擬合方程表

溫度對(duì)蒸煮擠壓營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化米的干燥速率的影響較大。在干燥初期，熱空氣溫度越高，下降幅度越大，曲線越陡峭。經(jīng)過(guò)約20 min 的降速干燥后，干燥速率下降較慢；然后經(jīng)過(guò)約30 min 的等速干燥，最后再降速干燥。這與一般物料干燥時(shí)的升速、等速、降速干燥特性不同，觀察不到升速干燥階段。這可能是由于蒸煮擠壓營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化米的組織結(jié)構(gòu)與一般農(nóng)產(chǎn)品物料不同。因?yàn)檎糁髷D壓營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化米是一種重組產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)的密實(shí)性不如一般的農(nóng)產(chǎn)品原料，相對(duì)疏松多孔性決定了水分的遷移形式與普通農(nóng)產(chǎn)品物料不同，水分更易向表面移動(dòng)，水分蒸發(fā)快，干燥時(shí)間短，在試驗(yàn)所取的溫度段內(nèi)（在第一個(gè)5 min 內(nèi)）升速即完成，因而表現(xiàn)出降速—等速—降速的干燥特點(diǎn)。

風(fēng)速對(duì)干燥速率的影響與溫度的趨勢(shì)相似，隨風(fēng)速的增加，初期干燥速率下降較快，后期干燥速率下降減慢。在第9 min 左右時(shí)，不同風(fēng)速的干燥速率基本一致。在第35 min 左右達(dá)到等速干燥階段，40 min后以降速干燥到終點(diǎn)。

裝載厚度對(duì)干燥速率的影響與風(fēng)速及其相似，裝載厚度越小，初期干燥速率下降幅度越大，后期干燥速率下降較慢。在10 min 左右，不同厚度下的樣品干燥速率一致。在第40 min 左右達(dá)到等速干燥階段，經(jīng)過(guò)約10 min 左右的等速干燥后，再降速干燥到終點(diǎn)。

3 結(jié)論

蒸煮擠壓營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化米流化床干燥適宜的工藝參數(shù)為：熱風(fēng)溫度45 ～60 ℃，風(fēng)速0.2 ～0.4 m·s-1，裝載量0.5 ～1.5 kg·dm-2。

熱風(fēng)溫度對(duì)蒸煮擠壓營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化米干燥速率有較大影響，干燥速率隨著溫度的升高明顯加快；熱風(fēng)風(fēng)速及裝載量對(duì)蒸煮擠壓營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化米的干燥速率有一定影響，在風(fēng)速0.1 ～0.5 m·s-1和裝載量0.5 ～2.0 kg·dm-2內(nèi)，風(fēng)速和裝載量對(duì)其的影響不顯著。

蒸煮擠壓營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化米的干燥特點(diǎn)是升速階段極短，先是短時(shí)間的降速干燥，然后是較長(zhǎng)時(shí)間的恒速干燥，最后表現(xiàn)出降速干燥。