專利名稱：低能耗低爆腰率顆粒狀食源性物料真空微波振動干燥方法
技術領域：
本發明涉及一種食源性物料的加工保藏技術，更具體涉及一種以谷物為對象的微波真空振動干燥工藝。
背景技術：
作為世界上最大的糧食生產國和消費國，我國糧食的年產量達到5X108t，而糧食從收獲到消費的過程中耗損可達到18%，其中因水分含量過高而引起糧食霉變、發芽占5%，因此谷物干燥是當前我國農業發展的一個關鍵和薄弱環節。從國內外干燥技術的發展形勢來看，常規單一模式的干燥技術在實際應用過程中存在諸多問題，這就促進了以節能減排為目的的聯合干燥技術的發展，并成為糧食干燥領域的創新成長點。聯合干燥技術根據物料的特性，利用兩種或兩種以上的干燥技術的優勢集成互補，從而起到提高速率、減少時間、降低能耗的最終效果。目前，由于熱風干燥操作簡便，成本低廉，干燥速度較快，在高溫環境下干燥效果較好，所以谷物干燥的常規方法仍以熱風干燥為主。熱風干燥以熱空氣作為介質，將熱量傳遞給物料，由于需要空氣作為傳熱介質，這就勢必導致熱耗損，另外，以空氣作為介質與物料表面接觸，使物料表面溫度要高于內部溫度，而物料內部濕度要高于表面濕度，這就使溫度梯度的方向和濕度梯度的方向相反，阻礙了干燥的進行，延長了干燥時間，進一步增加了能耗。同時，熱風干燥需要在高溫下進行，不適合熱敏性物料的加工，而且高溫在對物料造成熱損失的同時，會破壞物料的色香味物質和營養成分。新鮮采收的谷物水分含量較高、極性較大，在電磁場中受到的介電響應較強，熱促效應使物料升溫速度增加；微波干燥過程中，由于微波具有很好的穿透性，物料內的極性分子在微波的作用下旋轉和擺動，使得物料內部與表面同時受熱，加速水分從物料內部向外遷移，形成壓力梯度，此時遷移到物料表面的水分以蒸發的形式離開物料，并促使物料表面降溫，在防止物料表面結殼的同時表面溫度低于內部溫度，形成溫度梯度，壓力梯度與溫度梯度方向保持一致，進一步促進水分的遷移，這與熱風干燥相比，表現出明顯的優勢。細菌主要由蛋白質、核酸、水等極性分子構成，這些極性分子在高頻率、高場強的微波場中會隨著微波極性的改變而旋轉和擺動，一方面形成摩擦熱導致自身升溫，另一方面導致蛋白質變性，進而破壞微生物的生理周期，起到滅菌效果。同時微波干燥具有加熱時間短，食品營養成分和風味物質損失少，易于控制、反應靈敏的特點，與傳統的滅菌技術相比，微波滅菌的優勢更明顯。微波干燥的優勢明顯，但缺點也不容忽視，主要表現在反應迅速引起的易過度加熱以及溫度分布不均勻兩個方面。在微波干燥過程中，物料對微波能吸收是否均勻決定了微波加熱均勻性，而場強的分布與物料的介電性又決定了物料對微波能吸收的均勻性。針對以上原因，目前主流的解決方案有兩種(1)通過改善微波腔中電磁場的均勻性，提高微波能吸收的均勻性。具體而言就是饋能口的數量、安裝模式攪拌器、使用多種頻率不同的微波源、應用脈動微波加熱、安裝運動的微波輻射器以及合理設計微波腔的形狀與大小。(2)通過改變物料的位置，改善微波能吸收的均勻性。Feng(Feng H, Tang J. Microwave finish drying of dicedapples in a spouted bed [J] Journal of Food Science, 1998，63 (4) :679-683.)等利用微波-噴動干燥器對蘋果進行干燥實驗，結果表明通過噴動引起干燥物料在微波場內位置發生改變可以使干燥時間降低88%，提高了干燥物料的品質。但是傳統的微波組合干燥技術，如微波-噴動干燥，雖然在利用微波加熱速度快這一優勢的同時運用噴動的作用，改變了物料在微波場中實時位置，使物料受熱均勻，解決了單純微波加熱過程中溫度分布不均勻的缺點，但噴動操作所需的能耗較高，而且經微波-噴動干燥的物料爆腰率較高爆腰率產生是由于谷粒內部溫度和水分梯度產生的熱、濕應力作用的結果。谷物干燥時，谷粒中心部位由于水分過高或溫度過高發生膨脹，其所受的拉應力超過抗拉強度極限后，出現微小裂隙；隨著應力的增長，中心部位的裂隙最終擴展至整個橫截面，形成貫穿性爆腰。谷物干燥后，谷粒表層水分含量低、溫度低，吸濕作用明顯，由于溫度梯度和濕度梯度的作用，加速中心部位水分向表面遷移，導致中心部位皺縮表層膨脹，表層拉應力超過抗拉強度極限，形成吸濕性爆腰。總之，谷物的局部受熱不均引起的局部收縮不均、表面干燥速率過快、內外濕度梯度過大是形成爆腰的主要原因，因此，解決谷物干燥過程中局部受熱不均這一問題是降低谷物爆腰率的關鍵。Shivhare US(Shivhare U S, RaghavanV. Microwave drying of soybean at2. 45GHz[J]. Journal of Microwave Power andElectromagnetic Energy, 1993, 28 (I) :11-17.)等做了微波干燥大豆的研究,研究表明微波干燥會加速大豆的干燥速率，降低爆腰率。但微波干燥容易導致過度加熱，過度加熱產生的不良影響主要反映在爆腰率上，爆腰率是評價谷物干燥品質的一個重要指標。因此微波干燥通過受熱均勻降低谷物干燥爆腰率，但過度加熱又會制約爆腰率的下降。針對微波干燥易過度加熱的缺點，本發明基于傳統微波干燥的機理，保證溫度梯度和壓力梯度的同向性基礎上，創新性的降低反應釜的環境壓力，降低水分在物料表面的遷移溫度，進而阻礙高溫水的形成，減少聚集的高溫水在物料表面的停留時間，旨在降低能耗的同時有效的防止因微波而引起的過度加熱問題，并抑制由于溫差和水分遷移引發的龜裂現象。本發明通過增加振動單元操作來促進物料受熱均勻的同時利用真空低溫干燥的優勢，進一步降低干燥物料的爆腰率，提高最終品質。真空干燥過程中，對裝有物料的密閉干燥室抽真空的同時進行加熱，物料內部水分在壓力梯度和濃度梯度的影響下向物料表面擴散，最終克服分子間作用力逸散到干燥室的低壓空間，被真空泵抽走。因為水的汽化過程中溫度與蒸汽壓成正比，所以真空干燥可在實現低溫干燥的同時縮短干燥時間，降低干燥能耗。吳朝琴、蔣保民等人(申請號200910061130. 5)公開了一種青豆真空冷凍干燥工藝，其應用真空冷凍干燥技術對新鮮青豆進行干燥，將新鮮青豆在0. 05%碳酸鈉溶液和0. 08%葡萄糖酸鋅溶液中浸泡60min后用清水漂洗兩次，再放入0. 046%碳酸氫鈉溶液中燙漂，燙漂溫度為95-98°C，時間為5-8min。燙漂后青豆冷卻至常溫后放入_35°C急凍庫中急凍6-8h，至中心溫度達到-28°C _35°C，將急凍好的青豆送入冷凍干燥系統的密閉容器中，在-30°C -35°C，0-60pa的真空度下加熱干燥14_16h。該發明的優點是對產品的色香味保護較好，水分含量< 6%，產品復水性> 70%，但改發明所需的干燥時間長，能耗高；而本發明利用微波真空振動干燥技術，充分利用了微波加熱的干燥速率快和真空干燥的低能耗，干燥時間短，干燥成本低。
王安建，侯傳偉，黃紀念(申請號200610107242.6)公開了一種山藥真空微波冷干工藝，該發明把經過速凍的山藥片裝入真空罐中抽真空，在真空度75-145pa、溫度-20°C _30°C條件下開啟微波源，在微波強度為140-220V/cm下進行凍干。進行凍干時，先在140-220V/cm下持續2. 5_4h，當物料內水分已出去80 %時逐漸降低微波功率，再經1-1. 5h，物料內部水分降至5%以下時凍干結束。該發明干燥時間段，品質高，但干燥成本高，能耗高。本發明采用微波真空振動干燥工藝，改善了微波能吸收的均勻性，提高了干燥廣品的品質。本發明基于上述論述理論和大量實驗研究為基礎提供一種新型的干燥方法。
發明內容
針對上述情況，本發明的目的是提供一種在微波真空振動床干燥條件下實現中等水分含量(20% -25% )顆粒狀谷物高品質、高效率、低差異、低成本的干燥方法。一種中等水分含量顆粒狀谷物的微波真空振動床干燥方法，步驟如下(I)建立微波真空振動床干燥系統；(2)對將要處理的中等水分含量顆粒狀谷物進行挑揀，取完整顆粒；(3)稱取中等水分含量顆粒狀谷物置于干燥室指定容器內，靜止狀態下，谷物散熱面積為0. 5-0. 8cm2/g物料；微波功率為0. 50-1. 00ff/g物料；真空度設定在-0. 06 -0. 07MPa ；電機振動頻率350-550r/min,振幅-2cm_2cm ;運行時間l_2s，間歇時間I 2s作為一個振動周期；加熱時間12-30min ;開啟空氣除濕系統，溫度控制在40C -10°C,并將冷凝水經真空泵轉移至貯罐；(4)待干燥完畢，關閉電源，開啟干燥室，將物料平鋪于冷卻平板內，厚度lcm-3cm，關閉干燥室，開啟空氣過濾器，風速0. 3-2. Om/s，冷卻時間30min_120min，物料冷
卻至室溫；(5)收集，入袋，包裝。所述的微波真空振動床干燥系統由干燥室、微波發生器、真空泵、振動電機、空氣除濕系統、空氣過濾器、數控面板組成；所述的空氣除濕系統由冷凝器、貯罐、真空泵組成；所述的空氣過濾器中的過濾網和/或過濾紙孔徑為20-200目；所述的中等水分含量顆粒狀谷物水份含量為20% -25% ；所述的中等水分含量顆粒狀谷物顆粒長短軸或直徑為1-lOmm，優選2_8mm。本發明的有益效果I.干燥均勻由于物料在振動床的作用下，在微波場中呈現翻滾、轉動狀態，實現物料均勻干燥，避免了在傳統微波干燥方法中，干燥水分附著于物料表面未能及時排出，導致濕度梯度發生改變，阻礙物料干燥，同時出現干燥不均勻的現象，嚴重影響產品品質；由于抽真空的作用，使物料的沸點降低，導致干燥物料的最終溫度降低，從而降低物料的爆腰率，提聞干燥物料的最終品質。2.效率高，成本低微波干燥不同于其他傳統加熱方法。在微波干燥過程中，溫度梯度、濕度梯度以及蒸發氣壓遷移方向均一致，從而改善了干燥過程中的水分遷移條件。在不需要傳熱介質也不利用對流的條件下，食品內外溫度同時上升，加熱速度快；真空低溫干燥，能縮短干燥時間，降低干燥能耗；且物料在微波振動床的作用下處于運動加熱狀態，干燥均勻，品質高，無需二次干燥，節約成本；3.操作方便，連續化生產干燥參數可調，反應靈敏，熱慣性小，通過調整輸出功率，物料加熱狀態可隨時改變，易于連續生產和實現自動化控制便于提高勞動生產率。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進一步說明。圖I是本發明中真空微波振動床干燥系統的結構圖。其中I.干燥室2.微波發生器3.數控面板4.振動電機5.外接端口(順次連接空氣除濕器和真空泵)開啟電源開關，利用數控面板預設微波干燥功率以及電機振動頻率，所述數控面板位于微波發生器機箱盒后部；設定完畢后，通過數控面板啟動位于干燥室底部的兩臺振動電機以及嵌入干燥室頂部的微波發生器；啟動后，物料通過進料口進入干燥室，同時開啟空氣除濕裝置；所述空氣除濕裝置由空氣過濾器、冷凝器、貯罐、真空泵組成，通過外接端口與干燥室相連，連接順序依次是空氣過濾器、冷凝器、貯罐、真空泵。
具體實施例方式下面結合實施例，進一步闡述本發明水分測定根據GB 5497-85進行測定；爆腰率測定隨機取樣干燥后谷物400粒，在爆腰燈下人工檢查爆腰率。本文中的爆腰率是指除去初始爆腰率后的爆腰率增值。總能耗的計算微波振動床干燥過程中的總能耗采用電能表計數，由于單次測量能耗較小，故采用連續干燥10次取平均值得單次干燥能耗。溫度的測量采用光纖探針進行測量，將光纖探針插入干燥物料內，記錄讀數。色澤測定采用日本Dnica minolt公司生產的CR-400色差計進行色澤的測定，每個樣品重復測定五次，顏色通過L (亮度/暗度)、a (紅度/綠度)、b (黃度/藍度)表示。另外，顏色的總差用AE表示，計算公式如下
權利要求
1.一種中等水分含量顆粒狀谷物的微波真空振動床干燥方法，步驟如下 (1)建立微波真空振動床干燥系統；所述的微波真空振動床干燥系統由干燥室、微波發生器、真空泵、振動電機、空氣除濕系統、空氣過濾器、數控面板組成；所述的空氣除濕系統由冷凝器、貯罐、真空泵組成； (2)對將要處理的中等水分含量顆粒狀谷物進行挑揀，取完整顆粒；所述的中等水分含量顆粒狀谷物水份含量為20 25% ;所述的中等水分含量顆粒狀谷物顆粒長短軸(或直徑)為I IOmm (優選2_8mm)； (3)稱取中等水分含量顆粒狀谷物置于干燥室指定容器內，靜止狀態下，谷物散熱面積為O. 5 O. 8cm2/g物料；微波功率為O. 50 I. 00ff/g物料；真空度設定在-O. 06 -O. 07MPa ；電機振動頻率350 550r/min,振幅-2 2cm ;運行時間I 2s，間歇時間I 2s作為一個振動周期；加熱時間12 30min ;開啟空氣除濕系統，溫度控制在4 10°C，并將冷凝水經真空泵轉移至貯罐； (4)待干燥完畢，關閉電源，開啟干燥室，將物料平鋪于冷卻平板內，厚度I 3cm，關閉干燥室，開啟空氣過濾器，風速O. 3 2. Om/s，冷卻時間30 120min，物料冷卻至室溫； (5)收集，入袋，包裝。
2.如權利要求I所述的中等水分含量顆粒狀谷物的微波真空振動床干燥方法，所述的空氣過濾器中的過濾網和/或過濾紙孔徑為20-200目。
全文摘要
本發明涉及一種谷物低能耗低爆腰率的顆粒狀食源性物料干燥方法，把經過預處理的谷物裝入真空罐內，抽真空至-0.065Mpa以下，微波輸出功率0.5w/g-1.0w/g，振動頻率350r/min-550r/min，振幅-2cm-2cm，經過12min-30min可將物料的水分含量從20％-25％降低至13％以下。本發明采用微波真空振動干燥方法，充分利用微波干燥速度快的優點以及真空低溫干燥的優勢，一方面通過負壓的作用降低物料中水的沸點，進而縮短干燥時間，降低干燥能耗；另一方面通過振動的作用實時改變微波場中物料的位置，提高微波能吸收的均勻性，降低爆腰率，提高干燥的品質。本發明方法與傳統熱風干燥相比能耗可降低70％，與微波振動干燥相比爆腰率可降低60％。
文檔編號A23B9/08GK102626135SQ20121010802
公開日2012年8月8日 申請日期2012年4月13日 優先權日2012年4月13日
發明者何天琦, 張灝, 朱佳琳, 王麗云, 范大明, 趙建新, 閆博文, 陳衛, 高文華 申請人:南京先歐儀器制造有限公司, 江南大學