玉米籽粒變溫變濕干燥后不飽和脂肪酸與干燥系統(tǒng)的耦合關(guān)系

吳文福，陳俊軼，成榮敏，金 毅，魏雪松，效碧亮，徐 巖

玉米籽粒變溫變濕干燥后不飽和脂肪酸與干燥系統(tǒng)的耦合關(guān)系

吳文福1，陳俊軼1，成榮敏2，金 毅1，魏雪松1，效碧亮3，徐 巖1※

（1. 吉林大學(xué)生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，長春 130022；2. 吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院，長春 130021；3. 蘭州理工大學(xué)技術(shù)工程學(xué)院，蘭州 730050）

為了研究變溫變濕干燥工藝中玉米籽粒的不飽和脂肪酸含量與干燥系統(tǒng)的耦合關(guān)系，根據(jù)實(shí)際烘干塔的干燥參數(shù)將整個(gè)干燥過程分成3個(gè)等時(shí)的干燥段，將每個(gè)干燥段的熱風(fēng)溫度和相對(duì)濕度設(shè)為因素，每個(gè)因素設(shè)置3個(gè)水平，即為6因素3水平的正交試驗(yàn)進(jìn)行探究。結(jié)果表明不飽和脂肪酸含量在3段熱風(fēng)溫度為35 ℃-50 ℃-50 ℃，相對(duì)濕度為30%-45%-30%時(shí)含量最高，為6.553%。不飽和脂肪酸含量在干燥系統(tǒng)的所有耦合因子中與糧食絕對(duì)水勢(shì)和的耦合關(guān)系最大，其次是絕對(duì)水勢(shì)和差，該結(jié)論對(duì)分析和預(yù)測(cè)干燥工藝對(duì)玉米籽粒中不飽和脂肪酸含量提供了新思路，為深入研究水勢(shì)理論與谷物干燥品質(zhì)的關(guān)系打下基礎(chǔ)。

干燥；溫度；濕度；玉米；不飽和脂肪酸；耦合；絕對(duì)水勢(shì)

0 引 言

玉米深加工產(chǎn)業(yè)被世界譽(yù)為“黃金”產(chǎn)業(yè)。玉米收獲時(shí)含水率一般會(huì)達(dá)到30%及以上，只有降至13%～14%以下，才能保證貯藏安全穩(wěn)定，干燥處理是玉米安全貯藏的重要環(huán)節(jié)[1-4]。但是不當(dāng)?shù)母稍锓椒〞?huì)對(duì)玉米的品質(zhì)造成不良影響，降低其食用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益[5-7]。由于谷物與含水率的結(jié)合能在不同的干燥階段存在很大差異[8]，根據(jù)物料自身干燥特性來設(shè)計(jì)變溫變濕干燥方法，分段控制干燥溫度和空氣相對(duì)濕度，可以達(dá)到加快干燥速度，提高物料品質(zhì)，降低能耗的目的[9-11]。

谷物的變溫變濕干燥過程比較復(fù)雜，如果能摸索出干燥后谷物品質(zhì)與整個(gè)干燥系統(tǒng)的耦合因子之間的關(guān)系，更有利于深入理論研究。從數(shù)學(xué)的角度上說，耦合就是兩個(gè)因素之間存在的相關(guān)性。本文中耦合因子是指由溫度、相對(duì)濕度（以下簡稱為濕度）、時(shí)間等獨(dú)立簡單因子相互結(jié)合變成的復(fù)雜耦合因子，例如積溫（干燥時(shí)間與干燥溫度的乘積）。

吳子丹[12]等利用仿真技術(shù)，深入研究單場(chǎng)對(duì)糧食儲(chǔ)藏生態(tài)系統(tǒng)作用特性，基于多場(chǎng)耦合理論研究形成多參數(shù)優(yōu)化控制的糧食儲(chǔ)藏生態(tài)調(diào)控系統(tǒng)，將多場(chǎng)耦合理論應(yīng)用到糧食儲(chǔ)藏中。此后，尹君等[13-14]采用多場(chǎng)耦合理論研究儲(chǔ)糧生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)的變化，并基于溫度濕度場(chǎng)耦合原理分析不同季節(jié)、不同方位的淺圓倉小麥糧堆溫度場(chǎng)變化規(guī)律；王小萌等[15]研究了糧堆霉變和溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)的時(shí)空耦合關(guān)系，以及其他學(xué)者關(guān)于耦合理論的相關(guān)研究[16-22]，這些研究均是利用耦合原理來分析儲(chǔ)糧生態(tài)系統(tǒng)特性。本文將耦合理論引入到干燥過程與糧食品質(zhì)特性的規(guī)律性研究。

不飽和脂肪酸（unsaturated fatty acid，UFA）含量是評(píng)價(jià)玉米品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)，其中亞油酸、油酸、亞麻酸是玉米中的主要不飽和脂肪酸，占總不飽和脂肪酸含量的95%以上[23]，是非常重要的膳食脂肪酸和人體必需的營養(yǎng)物質(zhì)。其具有重要的生理功能，不僅能夠促進(jìn)身體發(fā)育和智力增長，而且還具有降低血液中膽固醇和甘油三酯的含量，改善血液微循環(huán)，提高免疫力，預(yù)防心血管等疾病的作用。

本文設(shè)計(jì)分段式變溫變濕干燥的正交試驗(yàn)，利用微波輔助萃取以及氣相色譜法檢測(cè)干燥后玉米籽粒（以下簡稱玉米）中的不飽和脂肪酸含量，研究干燥系統(tǒng)中耦合因子與玉米不飽和脂肪酸含量之間的耦合關(guān)系并分析原因。為今后進(jìn)一步分析和預(yù)測(cè)干燥過程與品質(zhì)特性的耦合關(guān)系提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

鮮玉米（美單609），籽粒大小基本一致，初始含水率28%，初始不飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.725 9%。

1.2 試驗(yàn)試劑與儀器

亞油酸，-亞麻酸，油酸（純度均為97%），正己烷，丙酮，濃硫酸，甲醇，磷酸二氫鉀和磷酸氫二鈉均為分析純（國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司），氮?dú)猓兌?9.99%）（長春新光氣體有限公司）。

TANK微波消解儀（濟(jì)南海能儀器股份有限公司），6890N氣相色譜儀（安捷倫科技有限公司），OS-200軌道式振蕩器、MD200氮?dú)獯祾邇x（杭州奧盛儀器有限公司），TG16K離心機(jī)（長沙東旺試驗(yàn)儀器有限公司），SC-15數(shù)控超級(jí)恒溫槽（寧波新芝生物科技股份有限公司），控制型試管研磨機(jī)（IKA艾卡儀器設(shè)備有限公司），JDKY-I型薄層干燥試驗(yàn)臺(tái)（長春吉大科學(xué)儀器設(shè)備有限公司）。

1.3 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

試驗(yàn)根據(jù)哈爾濱糧庫的烘干塔采集到的實(shí)際干燥過程參數(shù)以及能耗方面的考慮，利用多元線性回歸正交設(shè)計(jì)方案來進(jìn)行分段式變溫變濕干燥，將干燥過程等分為3段（干燥時(shí)間預(yù)估見1.5節(jié)），將每段的熱風(fēng)溫度和相對(duì)濕度作為試驗(yàn)因素，即6因素3水平多元線性回歸正交方案，一共30組試驗(yàn)，具體因素水平編碼表如表1所示。

表1 正交試驗(yàn)的因素水平編碼表

1.4 玉米分段變溫變濕熱風(fēng)干燥步驟

將初始含水率為28%（濕基含水率，下同）的鮮玉米干燥至安全含水率（14%）即為干燥終點(diǎn)，其中緩蘇比為1:2，熱風(fēng)風(fēng)速為0.7 m/s。具體操作步驟如下：1）依據(jù)GB5009.3-2016，105 ℃烘箱法測(cè)量鮮玉米的初始含水率；2）選取1 000 g鮮玉米，根據(jù)表1中、的參數(shù)進(jìn)行第一段干燥，、進(jìn)行第二段干燥，、進(jìn)行第三段干燥，三段干燥時(shí)間相同；3）每隔15 min取出稱量一次，取出時(shí)間不計(jì)；4）將玉米烘至安全含水率結(jié)束干燥，再常溫冷卻1 h；5）利用105 ℃烘箱法測(cè)鮮玉米的終止含水率。

1.5 總干燥時(shí)間的預(yù)估試驗(yàn)

先通過1.4節(jié)給出的干燥工藝參數(shù)來計(jì)算積溫，計(jì)算公式引用自吳玉祝的利用積溫來控制干燥過程的文獻(xiàn)[24]，此觀點(diǎn)也被Jin等[25]證實(shí)過。再通過積溫等于干燥溫度與干燥時(shí)間的乘積這一定義來預(yù)估干燥時(shí)間。