专利名称：烘干稻谷的方法
烘干稻谷的方法发明涉及一种烘干稻谷(稻米)，尤其是新收水稻的方法和装置。在烘干稻谷时必须注意到米粒在烘干过程期间损伤要尽可能少，例如像裂纹的产生，和/或太强烈的变色。在高的温度、低的空气相对湿度和强烈的强制送风(高的烘干能力)下，过分强烈和快速的烘干引起收缩应力，这种应力一般导致在米粒烘干期间或者烘干之后，在米粒里产生裂纹或者开裂。这样烘干的稻谷则在碾米时容易分裂成小块。除此之外，通过一种这样的“侵蚀性”烘干，它容易在米粒烘干期间在米粒上产生麦拉德(Maillard)-反应，因而会形成所述的变色。此外以前达到的在稻谷烘干时的烘干时间还总是不令人满意。发明的任务是避免已有技术中的缺点，并且尤其是在尽可能短的时间内、尤其是采用明显缩短的烘干过程，来保证最高质量地烘干稻谷，而且尤其是没有不受欢迎的开裂和太强烈的变色。这种任务按照独立的权利要求来解决。按照发明的方法包括了烘干稻谷(稻米)的步骤，其中这样来选择烘干条件，使得在烘干过程整个时间的至少一部分时间中，至少一部分的表面，优先是米粒的整个表面，保持在一种粘弹性状态下。因此不仅收缩应力和麦拉德(Maillard)-反应在烘干过程期间减小，从而使这样制成的烘干稻谷没有裂纹，也没有变色，而且也明显地缩短烘干过程的时间。粘弹性状态也称之为橡胶状的、粘弹性的或者是塑性的状态。这种方法具有以下优点烘干时间减少，和/或提高整米的产量，也就是所谓整米产量。整米产量在经济上至关重要，这是因为不能归类为整米的稻谷的经济价值大大减低， 也就是说降至整米的70%。所谓麦拉德_反应是指一种所列的非酶发酵的褐变反应，尤其也是一种变色反应。通过一种麦拉德_反应例如可以使稻谷进行一种黄红色的变色，因为稻谷的价值尤其是取决于其白的颜色。所谓整米按照本发明的意义是指一种米粒，它在加工稻谷之后，尤其是在稻谷清洁和/或去皮之后，相对于米粒的最长尺寸而言，还具有米粒原始长度的至少3/4的米粒。至少一部分表面，优先是整个表面经历不同的温度/湿度-状态是符合目的的，尤其是在提高表面温度和降低表面湿度的情况下。表面的不同温度/湿度_状态优先这样来选择，使得它们位于一种粘弹性状态下的玻璃化转变温度之上。尤其是在一种由表面温度和表面湿度组成的曲线图中，a)在相同表面湿度的点上，表面温度不应超过玻璃化转变曲线上的温度40°C，而且/或者b)在相同表面温度的点上，表面湿度不应超过玻璃化转变曲线上的湿度20%。稻谷表面的温度/湿度状态据此总是处于玻璃化转变曲线之上的一个最大的带宽之内。作为玻璃化转变温度这里是指这样的温度，即在这温度下材料具有最大变化的变形能力。在玻璃化转变温度之下，材料为脆性，而在之上为粘弹性。粘弹性状态的特征是部分弹性，部分粘性的性能。在去除外力之后，材料只是不完全地松弛，余下的能量以流动过程的形式(延迟)被削减。这里所用的概念玻璃化转变温度涉及到作为整体的稻谷，而并不涉及各个显微组成成分本身。如果降低稻谷的湿度，也就是水含量，那么其玻璃化转变温度升高。如果测量在不同湿度时稻谷的玻璃化转变温度，并且将它们放在一个温度/湿度曲线图中，那么对于这种稻谷就得到一个玻璃化转变曲线。如果一种米粒的环境空气具有与米粒不同的温度和/或湿度，那么在米粒的表面上就产生一个平衡温度和平衡湿度。表面的这种平衡温度和平衡湿度可以这样来调整，使得烘干时间最小化。这种最小化如下来实现尽可能快速地力求使大米表面有最小可能的平衡湿度。这通过相应选择烘干空气温度和-湿度，在以下前提条件下进行表面保持在粘弹性状态，尤其是并不脆化。对于该方法来说优先提供了一种稻谷温度/湿度曲线图(T/U-曲线图)中的玻璃化转变曲线。同时借助于已知的测量方法，如DMTA(动态力学热分析)，进行玻璃化转变曲线的测量，也可以借助于DSC(示差扫描量热法)进行测量。重要的是测量尽可能重现整个米粒的变形能力，而不仅是各个显微组成部分，因而优选采用借助于DMTA的测量。在烘干时，优先在米粒的表面上监测平衡湿度U。特别有利的是如果在烘干时这样来调整米粒表面的温度/湿度数值对，从而不会超出在一个由表面温度和表面湿度组成的曲线图中的玻璃化转变曲线而到玻璃状的区域。特别有利的是如果在烘干时，在米粒表面上(只是)监测平衡湿度U的话。这涉及到米粒表面上的湿度。这种表面湿度对于米粒来说通过围绕它的烘干环境来表示特征， 并形成在烘干期间，在米粒内部产生的湿度梯度的边界条件(气体温度，水蒸汽分压)之一。湿度U被看作为(产品中水的质量)/(含水产品的总的质量)。烘干环境优先是具有规定的空气温度和规定的空气相对湿度的空气大气。在需要时也可以用其它的气体，尤其是无氧气的或者少氧气的惰性气体，作为烘干环境来工作。氮气或者二氧化碳气体，以及由这些气体组成的混合气体有利地具有规定的分压或其中所含有的水蒸汽的摩尔含量。对于稻谷来说优先是指从庄稼收获的稻谷，也就是新收水稻，它通常在烘干之前的湿度为17-25% wb。在需要时也可以对蒸谷稻(半熟米，也称为蒸谷米)烘干，这种稻谷通常在烘干前的湿度为25% wb-35% wb。烘干稻谷期间在一温度T和湿度U时出现的粘弹性状态(T ；U)，，，在平行于温度/ 湿度曲线图的湿度轴线U(在总重量中水的重量百分比)的方向，距稻谷的玻璃化转变(Tg ； Ug)处的状态应该具有一种最小的间距AUmin = U-Ug0烘干期间人们“检查T/U曲线图中的玻璃化转变曲线”。令人惊奇地业已表明因此实现了短的烘干时间，能量输入少，而且对开头所述的产品性能没有什么影响。这可以通过连续地控制或者调节烘干条件来进行。烘干条件的控制或调节也可以分段进行，例如通过分段地控制或者调节温度和/或湿度。最小间距优先在0.5%< AUmin <5%范围里，更优选地在ΔUmin <3. 5% 范围里，最优选地在1.5%< AUmin <2. 5%范围里。这在温度/湿度曲线图(T/U图)中保证了一个至玻璃化转变曲线的可靠距离。至少在烘干过程的部分时间里应该阻止进入玻化状态。在需要时和在烘干期间的合适时刻，在一定条件下可以实现有控制的和有时间限制的超出而进入玻化状态。在烘干稻谷期间在一温度T和湿度U时出现的粘弹性状态(T ；U)，在平行于温度 /湿度曲线表的温度轴线T(绝对温度)方向，距稻谷的玻璃化转变(Tg;Ug)处状态应该具有一种最小的间距Δ Tmin = T-Tgo最小间距优先在IK < Δ Tmin < IOK范围里，更优选地在IK < Δ Tmin < 5Κ范围里。这也在一个温度/湿度曲线图(τ/u图)中保证了一个至玻璃化转变曲线的安全距离。 至少在烘干过程的部分时间里，应该阻止进入玻化状态，其中在需要时和在烘干期间的合适时刻，在一定条件下可以实现有控制的和有时间限制的超出而进入玻璃化转变状态。在烘干稻谷期间在一温度T和湿度U时出现的粘弹性状态(Τ ；U)，在平行于温度/ 湿度曲线图的湿度度轴线U(在总重量中水的重量百分比)的方向，距玻璃化转变(Tg;Ug) 处的状态不应该超过一个最大间距AUmax = U-Ugo最大间距优先在5%< AUmax < 20%范围里，更优选地在5%< AUmax < 10% 范围里。在烘干稻谷期间在温度T和湿度U时出现的粘弹性状态(T ；U)，在平行于温度轴线T(绝对温度)方向，距玻璃化转变(Tg;Ug)处的状态不应该超过一个最大间距ATmax =T-Tg。最大间距优先在IOK < Δ Tmax < 40Κ范围里，更优选地在IOK Δ Tmax < 30Κ范围里。优先通过在烘干之前和/或期间对稻谷试样的测量，提供在温度/湿度曲线图(T/ U曲线图)里的玻璃化转变曲线。为此所需的取样和测量可以在线或者脱线地实施。由此在试样上测定湿度和/或温度，其中涉及到在所取试样的整个体积里均勻的湿度或均勻的温度，这要在取样时刻存在的、试样内的湿度-和温度梯度降低之后。在这里所指稻谷的温度/湿度曲线图(Τ/U曲线图)里所需的玻璃化转变曲线，可以备选地或者互补地由一个资料库提供，在这库里提供玻璃化转变数据，和有关与周围空气取得平衡的湿度含量的数据。测定试样里的玻璃化转变可以通过专家常用的DSC-测量或者DMTA-测量来进行。在至少一部分烘干过程期间，优先这样来控制和调节稻谷烘干环境的相对湿度和 /或温度，使得至少在米粒表面的部分部位里阻止发生从粘弹性状态至玻璃样状态的玻璃化转变。在所要烘干的稻谷并不处于玻璃样状态的部位里，水分子可以更快地(大约快5 至10倍)扩散，从而使水排出，并因此使米粒总体上更快地烘干。理想地在烘干过程期间的每个温度通过控制烘干环境的相对湿度，阻止超出到玻化区域。对于米粒来说，如果通过控制烘干环境的相对湿度和/或温度，在整个烘干过程期间，阻止超出到玻璃化区域里的话是特别有利的。这优先在烘干过程的整个时间的至少 90%，还要更优选地95%期间被阻止。在米粒整个表面的至少80%时应该是这样。如果不处于玻璃样状态的部分表面达到米粒整个表面的至少90%，更优选地达到95%的话是特别有利的。烘干环境的相对湿度适宜地保持在98%以下，优选为95%，较优选为92%，最优选地在90%以下。因而减小了冷凝作用的危险，这种冷凝作用可能导致在烘干过程期间稻米发生不受人欢迎的粘连。此外还因此对烘干动力学有正面的影响。在烘干时大部分的体积，优先为整个体积，或者至少米粒的整个表面，在稻谷的玻璃化转变区那边，适宜地处于一种粘弹性状态。如果在烘干过程的整个时间内，在玻璃化转变区那边，稻谷具有一种粘弹性状态的话，是特别优选的。优先是，只是在烘干过程结束时， 在将烘干的稻谷快速冷却到环境温度时，可以未超过该向玻璃样状态变化的玻璃化转变区温度T在烘干期间适宜地保持在低于150°C，和优先低于120°C。因此阻止了在米粒里的麦拉德_反应，并因此阻止了烘干期间过强的变色。烘干的整个时间tTQT保持低于300min (分钟)，更优选地低于240min，还要更优选地低于200min，和最好低于180min。即使当整个时间tTOT低于120min时，也可以有良好的结果。在按照发明的用于完全烘干的方法中，这足够从烘干前的开始湿度含量达到烘干之后的结束湿度含量，并且可以实现节能的烘干。在一种特别有利的按照发明的方法的实施形式中，随时间的温度变化曲线T(t) (°C )在整个烘干时间tT0T上的时间积分小于20X 103min°C，优先小于15 X 10 WC。这也有助于阻止烘干引起的变色，并且可以使烘干能耗较小，而且还避免了在烘干期间超出该玻璃化转变区而到玻璃样状态的现象。如果稻谷表面状态短时间地(若干秒至若干分钟)不超出该向玻璃样状态转化的玻璃化转变区的话，那么这在烘干过程中发生得越早，就越无问题。尤其是，短时低于玻璃化转变区，在稻谷运送至烘干段期间是不足为虑的。米粒可以在烘干过程期间相互相对运动，和/或相互相对保持有间距。在发明中无论是表面还是米粒内部至中间点，在整个烘干过程期间理想地保持在粘弹性的，也就是非玻璃样的状态。这导致了 湿度快速地从米粒的内部或者说中间点传输至表面，以及从其表面传输至周围的烘干空气里。因此达到了较高的烘干速度或者说更快的烘干饱和。因为不发生玻璃化转变，所以就没有在米粒里产生裂纹的危险。米粒的表面和内部或中间点在烘干时达到了与周围空气平衡的湿度含量。开头所述的任务因而进一步通过一种具有独立的装置权利要求所述特征的装置来解决。一种按照发明的，用于按照前面所述的方法烘干稻谷的装置包括有至少一个温度传感器和至少一个湿度传感器，用于测定烘干气候的温度和湿度。对于该至少一个温度传感器和湿度传感器来说，有利的是配有一个控制单元或者调节单元，它这样编程，或者可以编程，使得按照前面所述的方法可以实现稻谷的烘干。特别有利的是如果一个数据库与控制单元或者调节单元连接，或者可以连接，在这数据库里提供有玻璃化转变_数据和稻谷-数据，尤其是稻谷的玻璃化转变数据，尤其优选地是有关与周围空气平衡的湿度的数据。烘干装置优先配有一个控制单元或者调节单元，用这样的单元可以控制或调节烘干环境的湿度和温度。烘干装置优先具有一个用于测定稻谷的玻璃化转变的装置。用于控制或调节烘干环境的控制单元或者调节单元优选地配有一个数据库，在这数据库里提供有玻璃化转变_数据和/或有关与周围空气平衡的湿度的数据。发明还涉及一种使前面所述装置运行的方法，其中这样控制或者调节装置，使得在按规定使用装置用于烘干稻谷时，烘干过程的总时间tTOT低于300min，优先低于240min， 特别优选地低于200min，完全特别优选地低于180min。烘干过程的总时间tTOT尤其优选地低于 120min.发明的其它优点、特征和应用可能性可以见以下按照表格1和2和
图1和2的实例。表1表示了烘干条件，它们可以使用在按照发明的烘干装置中。表1
权利要求
1.烘干稻谷的方法，其中米粒在烘干过程期间表面经历多种状态，它们具有由表面温度(T)和表面湿度(U)组成的不同的数值对，而且其中至少是米粒的一部分部位，优先是整个表面，在至少一部分烘干过程期间，优先在整个烘干过程期间，保持在一种粘弹性状态， 在此状态下，在一种由米粒表面温度(T)和表面湿度(U)组成的曲线图中，a)米粒表面温度(Tv)在相同表面湿度的点上，不超过稻谷玻璃化转变曲线上的温度 (Tg)40°C，优先不大于30°C，特别优选地不大于20°C ；而且/或者b)米粒的表面湿度(Uv)在相同表面温度的点上，不超过稻谷的玻璃化转变曲线的湿度20%，优先不大于15%，特别优选地不大于10%。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，米粒表面在烘干过程期间经历多种状态，它们具有不同的温度/状态湿度(T ；U)，其中尤其是在提高表面温度和降低表面湿度的情况下，经历这些状态。
3.按权利要求1至2中之一所述的方法，其特征在于，米粒表面的温度和湿度在烘干过程期间这样来控制或调整，使得整个烘干过程需要的时间最小化。
4.按权利要求1至3中之一所述的方法，其特征在于，为了该方法的控制或调节，在一个由米粒表面温度(T)和表面湿度(U)组成的曲线图中应用了一种玻璃化转变曲线。
5.按权利要求1至4中之一所述的方法，其特征在于，在烘干时，在米粒的表面上监测平衡湿度。
6.按权利要求1至5中之一所述的方法，其特征在于，在米粒烘干过程中出现粘弹性状态，其中米粒表面具有温度(Tv)和湿度(Uv)，在一个由米粒表面温度(T)和表面湿度(U) 组成的曲线图中，在平行于湿度轴线U的方向，距具有玻璃化转变温度(Tg)和玻璃化转变湿度(Ug)的玻璃化转变处的状态有最小的间距AUmin = Uv_Ug，其中最小间距为0. 5%<AUmin < 5%。
7.按权利要求6所述的方法，其特征在于，最小间距AUmin为1%<ΔUmin < 3. 5% 0
8.按权利要求6所述的方法，其特征在于，最小间距AUmin为1.5% < AUmin<2. 5%。
9.按权利要求1至8中之一所述的方法，其特征在于，在米粒烘干过程中出现粘弹性状态，其中米粒表面具有温度(Tv)和湿度(Uv)，在一个由米粒表面温度(T)和表面湿度(U) 组成的曲线图中，在平行于温度轴线T的方向，距具有玻璃化转变温度(Tg)和玻璃化转变湿度(Ug)的玻璃化转变处的状态有最小的间距ATmin = T-Tg,其中最小间距Δ Tmin为 IK < ATmin < 10Κ。
10.按权利要求9所述的方法，其特征在于，最小间距ATmin为IK< ATmin <5Κ。
11.按权利要求1至10中之一所述的方法，其特征在于，在米粒烘干过程中出现粘弹性状态，其中米粒表面具有温度(Tv)和湿度(Uv)，在一个由米粒表面温度(T)和表面湿度 (U)组成的曲线图中，在平行于湿度轴线U的方向，距具有玻璃化转变温度(Tg)和玻璃化转变湿度(Ug)的玻璃化转变处的状态有最大间距AUmax = U_Ug，其中最大间距Δ Umax为 5%< AUmax < 20%。
12.按权利要求11所述的方法，其特征在于，最大间距AUmax为5%< AUmax<10%。
13.按权利要求1至12中之一所述的方法，其特征在于，在米粒烘干过程中出现粘弹性状态，其中米粒表面具有温度(Tv)和湿度(Uv)，在一个由米粒表面温度(T)和表面湿度 (U)组成的曲线图中，在平行于温度轴线T的方向，距具有玻璃化转变温度(Tg)和玻璃化转变湿度(Ug)的玻璃化转变处的状态有最大的间距ATmax = T_Tg，其中最大间距ATmax 为 IOK < ATmax < 40K。
14.按权利要求13所述的方法，其特征在于，最大间距ΔTmax为IOK < Δ Tmin < 30Κ。
15.按权利要求4至14中之一所述的方法，其特征在于，玻璃化转变曲线通过在烘干之前和/或期间，测量稻谷的试样来确定。
16.按权利要求4至14中之一所述的方法，其特征在于，玻璃化转变曲线由一个玻璃化转变数据和/或稻谷数据的库里取得或者导出。
17.按权利要求1至16中之一所述的方法，其特征在于，在至少一部分，优先在整个烘干过程期间，稻谷烘干环境的相对湿度和/或烘干环境的温度这样来控制或调节，使得至少稻米的一部分表面，优先整个表面不变脆，而是保持一种粘弹性状态。
18.按权利要求1至17中之一所述的方法，其特征在于，随时间的温度变化曲线T(t) (°C )在整个烘干时间tTQT上的时间积分小于20X 103min°C。
19.按权利要求18述的方法，其特征在于，随时间的温度变化曲线T(t)(°C)在整个烘干时间tTQT上的时间积分小于15X 103min°C。
20.按权利要求1至19中之一所述的方法，其特征在于，米粒在烘干过程期间相互相对运动，和/或相互相对保持有间距。
21.用于加工稻谷的装置，尤其是应用一种按照权利要求1至20中之一的方法，包括有至少一个温度传感器和至少一个湿度传感器，用于测定烘干气候的温度和湿度。
22.按权利要求21所述的装置，其特征在于，对于所述至少一个温度传感器和湿度传感器来说，配有一个控制单元或者调节单元，它这样编程，或者可以编程，使得按照权利要求1至20中之一所述的方法可以实施。
23.按权利要求22所述的装置，其特征在于，一个数据库与控制单元或者调节单元连接，或者可以连接，在这库里提供有玻璃化转变_数据和/或有关与周围空气平衡的湿度的数据。
24.用于驱动一种按照权利要求21至23中之一所述的装置的方法，其特征在于，这样控制或者调节这装置，使得在按规定使用装置用于烘干稻谷，尤其是米粒时，烘干过程的总时间tTOT低于300min，优先低于240min，较优选地低于200min，特别优选地低于180min，最优选地低于120min。
25.按照权利要求1至20中之一所述的方法，和/或应用一种按照权利要求21至23 中之一所述的，尤其是用一种按照权利要求24的方法运行的装置制成的稻谷。
全文摘要
发明涉及一种烘干稻谷的方法，其中在烘干过程期间，米粒的状态具有由表面温度(T)和表面湿度(U)组成的不同的数值对，而且其中米粒表面在烘干过程期间保持粘弹性状态，在此状态下，在一种由米粒表面温度(T)和表面湿度(U)组成的曲线图中，a)米粒表面温度(Tv)在相同表面湿度的点上，不超过稻谷玻璃化转变曲线上的温度(Tg)以上40℃，而且/或者b)米粒的表面湿度(Uv)在相同表面温度的点上，不超过稻谷的玻璃化转变曲线的湿度20％。
文档编号F26B3/08GK102438459SQ201080017705
公开日2012年5月2日 申请日期2010年4月26日 优先权日2009年4月24日
发明者E·赞普洛格纳 申请人:布勒股份公司