米粉高濕熱風(fēng)干燥特性及動(dòng)力學(xué)模型

馮岳鳴，俞志勇，潘巨忠

(1.寧波米氏實(shí)業(yè)有限公司，浙江 寧波 315000; 2.寧波市鄞州賽弗兌食品科技有限公司，浙江 寧波 315000)

米粉是以稻米為原料，經(jīng)過浸泡、粉碎、擠絲、老化、干燥等工序加工制作而成的米制食品[1]。稻米的主要成分為淀粉，原料米經(jīng)適當(dāng)糊化后，能形成一定彈性和強(qiáng)度的半透明凝膠。米粉的類型多種多樣，包括即食米粉、直條米粉、過橋米粉、方便米粉等多種形式可供食用，米粉質(zhì)地柔韌、爽滑可口、有咬勁，還可作為小吃食用，深受廣大群眾的喜愛。米粉的干燥是直條米粉生產(chǎn)的重要工序之一?？焖儆行У母稍锓椒軌蚴姑追蹟D絲老化后脫水干燥，并且使米粉保持良好的品質(zhì)及較長(zhǎng)的保質(zhì)期。熱風(fēng)干燥是目前常用的干燥方法。采用干燥裝置對(duì)米粉進(jìn)行干燥，研究熱風(fēng)溫度和濕度對(duì)米粉干燥速率的影響，建立動(dòng)力學(xué)方程，為實(shí)際生產(chǎn)中米粉干燥條件的調(diào)控和干燥特性提供依據(jù)[1]。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮米粉：寧波米氏實(shí)業(yè)有限公司；GZX-9070MBE型電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠)；101型電熱鼓風(fēng)干燥箱：北京科偉永興儀器有限公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

準(zhǔn)確稱取一定量的米粉，將其放入干燥設(shè)備中進(jìn)行干燥實(shí)驗(yàn)，干燥的條件分別設(shè)為50℃、相對(duì)濕度70%；50℃、相對(duì)濕度80%；50℃、相對(duì)濕度90%，風(fēng)速為固定值6m/s進(jìn)行三組實(shí)驗(yàn)。每次實(shí)驗(yàn)前，干燥設(shè)備均預(yù)先開機(jī)0.5h以使溫度恒定。每隔一定時(shí)間測(cè)定其質(zhì)量，直到2次測(cè)量的質(zhì)量差小于0.01g時(shí)停止實(shí)驗(yàn)。每個(gè)條件的實(shí)驗(yàn)均進(jìn)行3次，取3次的平均值進(jìn)行計(jì)算[2]。

1.3 含水率的測(cè)定及干燥速率的計(jì)算

(1)米粉初始含水率測(cè)定參照：GB5009.3-2010。

(2)干基含水率：

Mt=(mt-mg)/mg

式中，mt——干燥時(shí)間t時(shí)刻干燥樣品的質(zhì)量，g；mg——該樣品絕干物質(zhì)的質(zhì)量，g。

(3)干燥速率R：

R=(Mt-Mt+Δt)/Δt

式中，R——試樣相鄰兩次測(cè)量時(shí)間段的干燥速率，g/(g·min)；Mt——試樣在t時(shí)刻的干基含水率，g/g；Mt+Δt——試樣在t+Δt時(shí)刻的干基含水率，g/g；Δt——相鄰兩次測(cè)量的時(shí)間差值，min。

1.4 干燥動(dòng)力學(xué)模型-Weibull函數(shù)的建立[2]

式中，α-米粉干燥過程中的速率常數(shù)，min；β-形狀參數(shù)，該值與物料在干燥過程中開始階段的傳質(zhì)速率有關(guān)，其值越小表示開始的干燥速率越大。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干燥條件下對(duì)米粉干燥特性的影響

不同濕度干燥條件下，米粉的干燥曲線見圖1，米粉干燥速率曲線見圖2。

圖1 不同濕度干燥曲線

圖2 不同濕度下干燥速率曲線

米粉在溫度50℃，濕度分別為70%、80%、90%條件下進(jìn)行干燥，米粉含水量不斷下降，在干燥初始短時(shí)間物料溫度較低，干燥速率較慢，溫度上升之后干燥速率達(dá)到最大，恒速干燥階段不明顯，接著就進(jìn)行到降速階段。最后階段隨著米粉中水分的不斷較少，含水率下降較慢，干燥速率變慢[4]。同時(shí)，對(duì)比發(fā)現(xiàn)在不同的空氣濕度對(duì)干燥速率影響較大，米粉的干燥曲線不同，干燥參數(shù)的不同對(duì)干燥速率具有一定的影響，干燥速率隨干燥濕度成反比關(guān)系，干燥濕度的變化對(duì)干燥速率影響較大[8]。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)米粉的整個(gè)干燥過程為降速干燥，且干燥時(shí)能較明顯地區(qū)分快速降速干燥階段和慢速降速干燥階段。說明高溫髙濕的條件下，米粉的內(nèi)部水分向外部擴(kuò)散和表面水分向空氣中遷移速率保持基本一致，米粉表面不會(huì)因?yàn)槭俣瓤於a(chǎn)生的收縮而產(chǎn)生硬殼，可以有效地提高米粉的復(fù)水性能。在相同干燥溫度下，低濕度初始速率要大于低濕度初始速率，由于相對(duì)濕度較低，干燥介質(zhì)含水量較低，米粉中的水分向外界擴(kuò)散系數(shù)高于高濕度[7]。

2.2 米粉干燥動(dòng)力學(xué)模型研究

Weibull分布函數(shù)MR=exp[-(t/α)β]，式中α為尺度參數(shù)，約等于蒸發(fā)掉物料含水總量63%所需的時(shí)間；β為形狀參數(shù)，與干燥水分傳質(zhì)過程相關(guān)；t為干燥時(shí)間。米粉干基含水量變化與Weibull函數(shù)的擬合度主要由決定系數(shù)(R2)及卡方(χ2)2個(gè)參數(shù)判定。R2越大，χ2越小，說明實(shí)驗(yàn)值與Weibull函數(shù)的擬合度越好。參數(shù)數(shù)值由SPSS對(duì)數(shù)據(jù)與函數(shù)模型擬合時(shí)自動(dòng)生成，見表1[6]。

表1 不同干燥條件下米粉Weibull函數(shù)擬合參數(shù)及擬合精度

結(jié)果說明Weibull函數(shù)擬合的R2處于0.995～0.997，χ2處于5.65×10-4～8.12×10-4，表示該模型可準(zhǔn)確描述米粉的干燥過程。

3 討論

米粉干燥是通過熱風(fēng)加熱的方法使米粉中水分蒸發(fā)而達(dá)到工藝要求，便于米粉的貯存及流通。干燥工藝方法及參數(shù)是米粉干燥效率的關(guān)鍵，高溫和較高的相對(duì)濕度干燥是一種在熱風(fēng)干燥基礎(chǔ)上研究的新型干燥技術(shù)，在常壓下，將相對(duì)濕度和溫度控制在較高水平，在這種條件下對(duì)米粉進(jìn)行干燥，效果較高，米粉的品質(zhì)優(yōu)良，通過函數(shù)模擬的方法研究干燥動(dòng)力學(xué)能夠?qū)γ追鄣母稍锾峁├碚撘罁?jù)。

米粉在高溫髙濕條件下進(jìn)行干燥，使米粉內(nèi)部水分勻速擴(kuò)散到干燥介質(zhì)中，減少干燥過程中米粉表面出現(xiàn)硬殼的現(xiàn)象，有效改善米粉的復(fù)水性能，降低酥條現(xiàn)象產(chǎn)生的概率。在高溫髙濕條件下進(jìn)行干燥，干燥的環(huán)境對(duì)千燥效果具有很大的影響，因此，干燥的設(shè)備需要保證干燥參數(shù)的穩(wěn)定性。