专利名称：低能耗低爆腰率颗粒状食源性物料真空微波振动干燥方法
技术领域：
本发明涉及一种食源性物料的加工保藏技术，更具体涉及一种以谷物为对象的微波真空振动干燥工艺。
背景技术：
作为世界上最大的粮食生产国和消费国，我国粮食的年产量达到5X108t，而粮食从收获到消费的过程中耗损可达到18%，其中因水分含量过高而引起粮食霉变、发芽占5%，因此谷物干燥是当前我国农业发展的一个关键和薄弱环节。从国内外干燥技术的发展形势来看，常规单一模式的干燥技术在实际应用过程中存在诸多问题，这就促进了以节能减排为目的的联合干燥技术的发展，并成为粮食干燥领域的创新成长点。联合干燥技术根据物料的特性，利用两种或两种以上的干燥技术的优势集成互补，从而起到提高速率、减少时间、降低能耗的最终效果。目前，由于热风干燥操作简便，成本低廉，干燥速度较快，在高温环境下干燥效果较好，所以谷物干燥的常规方法仍以热风干燥为主。热风干燥以热空气作为介质，将热量传递给物料，由于需要空气作为传热介质，这就势必导致热耗损，另外，以空气作为介质与物料表面接触，使物料表面温度要高于内部温度，而物料内部湿度要高于表面湿度，这就使温度梯度的方向和湿度梯度的方向相反，阻碍了干燥的进行，延长了干燥时间，进一步增加了能耗。同时，热风干燥需要在高温下进行，不适合热敏性物料的加工，而且高温在对物料造成热损失的同时，会破坏物料的色香味物质和营养成分。新鲜采收的谷物水分含量较高、极性较大，在电磁场中受到的介电响应较强，热促效应使物料升温速度增加；微波干燥过程中，由于微波具有很好的穿透性，物料内的极性分子在微波的作用下旋转和摆动，使得物料内部与表面同时受热，加速水分从物料内部向外迁移，形成压力梯度，此时迁移到物料表面的水分以蒸发的形式离开物料，并促使物料表面降温，在防止物料表面结壳的同时表面温度低于内部温度，形成温度梯度，压力梯度与温度梯度方向保持一致，进一步促进水分的迁移，这与热风干燥相比，表现出明显的优势。细菌主要由蛋白质、核酸、水等极性分子构成，这些极性分子在高频率、高场强的微波场中会随着微波极性的改变而旋转和摆动，一方面形成摩擦热导致自身升温，另一方面导致蛋白质变性，进而破坏微生物的生理周期，起到灭菌效果。同时微波干燥具有加热时间短，食品营养成分和风味物质损失少，易于控制、反应灵敏的特点，与传统的灭菌技术相比，微波灭菌的优势更明显。微波干燥的优势明显，但缺点也不容忽视，主要表现在反应迅速引起的易过度加热以及温度分布不均匀两个方面。在微波干燥过程中，物料对微波能吸收是否均匀决定了微波加热均匀性，而场强的分布与物料的介电性又决定了物料对微波能吸收的均匀性。针对以上原因，目前主流的解决方案有两种(1)通过改善微波腔中电磁场的均匀性，提高微波能吸收的均匀性。具体而言就是馈能口的数量、安装模式搅拌器、使用多种频率不同的微波源、应用脉动微波加热、安装运动的微波辐射器以及合理设计微波腔的形状与大小。(2)通过改变物料的位置，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-喷动干燥器对苹果进行干燥实验，结果表明通过喷动引起干燥物料在微波场内位置发生改变可以使干燥时间降低88%，提高了干燥物料的品质。但是传统的微波组合干燥技术，如微波-喷动干燥，虽然在利用微波加热速度快这一优势的同时运用喷动的作用，改变了物料在微波场中实时位置，使物料受热均匀，解决了单纯微波加热过程中温度分布不均匀的缺点，但喷动操作所需的能耗较高，而且经微波-喷动干燥的物料爆腰率较高爆腰率产生是由于谷粒内部温度和水分梯度产生的热、湿应力作用的结果。谷物干燥时，谷粒中心部位由于水分过高或温度过高发生膨胀，其所受的拉应力超过抗拉强度极限后，出现微小裂隙；随着应力的增长，中心部位的裂隙最终扩展至整个横截面，形成贯穿性爆腰。谷物干燥后，谷粒表层水分含量低、温度低，吸湿作用明显，由于温度梯度和湿度梯度的作用，加速中心部位水分向表面迁移，导致中心部位皱缩表层膨胀，表层拉应力超过抗拉强度极限，形成吸湿性爆腰。总之，谷物的局部受热不均引起的局部收缩不均、表面干燥速率过快、内外湿度梯度过大是形成爆腰的主要原因，因此，解决谷物干燥过程中局部受热不均这一问题是降低谷物爆腰率的关键。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,研究表明微波干燥会加速大豆的干燥速率，降低爆腰率。但微波干燥容易导致过度加热，过度加热产生的不良影响主要反映在爆腰率上，爆腰率是评价谷物干燥品质的一个重要指标。因此微波干燥通过受热均匀降低谷物干燥爆腰率，但过度加热又会制约爆腰率的下降。针对微波干燥易过度加热的缺点，本发明基于传统微波干燥的机理，保证温度梯度和压力梯度的同向性基础上，创新性的降低反应釜的环境压力，降低水分在物料表面的迁移温度，进而阻碍高温水的形成，减少聚集的高温水在物料表面的停留时间，旨在降低能耗的同时有效的防止因微波而引起的过度加热问题，并抑制由于温差和水分迁移引发的龟裂现象。本发明通过增加振动单元操作来促进物料受热均匀的同时利用真空低温干燥的优势，进一步降低干燥物料的爆腰率，提高最终品质。真空干燥过程中，对装有物料的密闭干燥室抽真空的同时进行加热，物料内部水分在压力梯度和浓度梯度的影响下向物料表面扩散，最终克服分子间作用力逸散到干燥室的低压空间，被真空泵抽走。因为水的汽化过程中温度与蒸汽压成正比，所以真空干燥可在实现低温干燥的同时缩短干燥时间，降低干燥能耗。吴朝琴、蒋保民等人(申请号200910061130. 5)公开了一种青豆真空冷冻干燥工艺，其应用真空冷冻干燥技术对新鲜青豆进行干燥，将新鲜青豆在0. 05%碳酸钠溶液和0. 08%葡萄糖酸锌溶液中浸泡60min后用清水漂洗两次，再放入0. 046%碳酸氢钠溶液中烫漂，烫漂温度为95-98°C，时间为5-8min。烫漂后青豆冷却至常温后放入_35°C急冻库中急冻6-8h，至中心温度达到-28°C _35°C，将急冻好的青豆送入冷冻干燥系统的密闭容器中，在-30°C -35°C，0-60pa的真空度下加热干燥14_16h。该发明的优点是对产品的色香味保护较好，水分含量< 6%，产品复水性> 70%，但改发明所需的干燥时间长，能耗高；而本发明利用微波真空振动干燥技术，充分利用了微波加热的干燥速率快和真空干燥的低能耗，干燥时间短，干燥成本低。
王安建，侯传伟，黄纪念(申请号200610107242.6)公开了一种山药真空微波冷干工艺，该发明把经过速冻的山药片装入真空罐中抽真空，在真空度75-145pa、温度-20°C _30°C条件下开启微波源，在微波强度为140-220V/cm下进行冻干。进行冻干时，先在140-220V/cm下持续2. 5_4h，当物料内水分已出去80 %时逐渐降低微波功率，再经1-1. 5h，物料内部水分降至5%以下时冻干结束。该发明干燥时间段，品质高，但干燥成本高，能耗高。本发明采用微波真空振动干燥工艺，改善了微波能吸收的均匀性，提高了干燥广品的品质。本发明基于上述论述理论和大量实验研究为基础提供一种新型的干燥方法。
发明内容
针对上述情况，本发明的目的是提供一种在微波真空振动床干燥条件下实现中等水分含量(20% -25% )颗粒状谷物高品质、高效率、低差异、低成本的干燥方法。一种中等水分含量颗粒状谷物的微波真空振动床干燥方法，步骤如下(I)建立微波真空振动床干燥系统；(2)对将要处理的中等水分含量颗粒状谷物进行挑拣，取完整颗粒；(3)称取中等水分含量颗粒状谷物置于干燥室指定容器内，静止状态下，谷物散热面积为0. 5-0. 8cm2/g物料；微波功率为0. 50-1. 00ff/g物料；真空度设定在-0. 06 -0. 07MPa ；电机振动频率350-550r/min,振幅-2cm_2cm ;运行时间l_2s，间歇时间I 2s作为一个振动周期；加热时间12-30min ;开启空气除湿系统，温度控制在40C -10°C,并将冷凝水经真空泵转移至贮罐；(4)待干燥完毕，关闭电源，开启干燥室，将物料平铺于冷却平板内，厚度lcm-3cm，关闭干燥室，开启空气过滤器，风速0. 3-2. Om/s，冷却时间30min_120min，物料冷
却至室温；(5)收集，入袋，包装。所述的微波真空振动床干燥系统由干燥室、微波发生器、真空泵、振动电机、空气除湿系统、空气过滤器、数控面板组成；所述的空气除湿系统由冷凝器、贮罐、真空泵组成；所述的空气过滤器中的过滤网和/或过滤纸孔径为20-200目；所述的中等水分含量颗粒状谷物水份含量为20% -25% ；所述的中等水分含量颗粒状谷物颗粒长短轴或直径为1-lOmm，优选2_8mm。本发明的有益效果I.干燥均匀由于物料在振动床的作用下，在微波场中呈现翻滚、转动状态，实现物料均匀干燥，避免了在传统微波干燥方法中，干燥水分附着于物料表面未能及时排出，导致湿度梯度发生改变，阻碍物料干燥，同时出现干燥不均匀的现象，严重影响产品品质；由于抽真空的作用，使物料的沸点降低，导致干燥物料的最终温度降低，从而降低物料的爆腰率，提闻干燥物料的最终品质。2.效率高，成本低微波干燥不同于其他传统加热方法。在微波干燥过程中，温度梯度、湿度梯度以及蒸发气压迁移方向均一致，从而改善了干燥过程中的水分迁移条件。在不需要传热介质也不利用对流的条件下，食品内外温度同时上升，加热速度快；真空低温干燥，能缩短干燥时间，降低干燥能耗；且物料在微波振动床的作用下处于运动加热状态，干燥均匀，品质高，无需二次干燥，节约成本；3.操作方便，连续化生产干燥参数可调，反应灵敏，热惯性小，通过调整输出功率，物料加热状态可随时改变，易于连续生产和实现自动化控制便于提高劳动生产率。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明进一步说明。图I是本发明中真空微波振动床干燥系统的结构图。其中I.干燥室2.微波发生器3.数控面板4.振动电机5.外接端口(顺次连接空气除湿器和真空泵)开启电源开关，利用数控面板预设微波干燥功率以及电机振动频率，所述数控面板位于微波发生器机箱盒后部；设定完毕后，通过数控面板启动位于干燥室底部的两台振动电机以及嵌入干燥室顶部的微波发生器；启动后，物料通过进料口进入干燥室，同时开启空气除湿装置；所述空气除湿装置由空气过滤器、冷凝器、贮罐、真空泵组成，通过外接端口与干燥室相连，连接顺序依次是空气过滤器、冷凝器、贮罐、真空泵。
具体实施例方式下面结合实施例，进一步阐述本发明水分测定根据GB 5497-85进行测定；爆腰率测定随机取样干燥后谷物400粒，在爆腰灯下人工检查爆腰率。本文中的爆腰率是指除去初始爆腰率后的爆腰率增值。总能耗的计算微波振动床干燥过程中的总能耗采用电能表计数，由于单次测量能耗较小，故采用连续干燥10次取平均值得单次干燥能耗。温度的测量采用光纤探针进行测量，将光纤探针插入干燥物料内，记录读数。色泽测定采用日本Dnica minolt公司生产的CR-400色差计进行色泽的测定，每个样品重复测定五次，颜色通过L (亮度/暗度)、a (红度/绿度)、b (黄度/蓝度)表示。另外，颜色的总差用AE表示，计算公式如下
权利要求
1.一种中等水分含量颗粒状谷物的微波真空振动床干燥方法，步骤如下 (1)建立微波真空振动床干燥系统；所述的微波真空振动床干燥系统由干燥室、微波发生器、真空泵、振动电机、空气除湿系统、空气过滤器、数控面板组成；所述的空气除湿系统由冷凝器、贮罐、真空泵组成； (2)对将要处理的中等水分含量颗粒状谷物进行挑拣，取完整颗粒；所述的中等水分含量颗粒状谷物水份含量为20 25% ;所述的中等水分含量颗粒状谷物颗粒长短轴(或直径)为I IOmm (优选2_8mm)； (3)称取中等水分含量颗粒状谷物置于干燥室指定容器内，静止状态下，谷物散热面积为O. 5 O. 8cm2/g物料；微波功率为O. 50 I. 00ff/g物料；真空度设定在-O. 06 -O. 07MPa ；电机振动频率350 550r/min,振幅-2 2cm ;运行时间I 2s，间歇时间I 2s作为一个振动周期；加热时间12 30min ;开启空气除湿系统，温度控制在4 10°C，并将冷凝水经真空泵转移至贮罐； (4)待干燥完毕，关闭电源，开启干燥室，将物料平铺于冷却平板内，厚度I 3cm，关闭干燥室，开启空气过滤器，风速O. 3 2. Om/s，冷却时间30 120min，物料冷却至室温； (5)收集，入袋，包装。
2.如权利要求I所述的中等水分含量颗粒状谷物的微波真空振动床干燥方法，所述的空气过滤器中的过滤网和/或过滤纸孔径为20-200目。
全文摘要
本发明涉及一种谷物低能耗低爆腰率的颗粒状食源性物料干燥方法，把经过预处理的谷物装入真空罐内，抽真空至-0.065Mpa以下，微波输出功率0.5w/g-1.0w/g，振动频率350r/min-550r/min，振幅-2cm-2cm，经过12min-30min可将物料的水分含量从20％-25％降低至13％以下。本发明采用微波真空振动干燥方法，充分利用微波干燥速度快的优点以及真空低温干燥的优势，一方面通过负压的作用降低物料中水的沸点，进而缩短干燥时间，降低干燥能耗；另一方面通过振动的作用实时改变微波场中物料的位置，提高微波能吸收的均匀性，降低爆腰率，提高干燥的品质。本发明方法与传统热风干燥相比能耗可降低70％，与微波振动干燥相比爆腰率可降低60％。
文档编号A23B9/08GK102626135SQ20121010802
公开日2012年8月8日 申请日期2012年4月13日 优先权日2012年4月13日
发明者何天琦, 张灏, 朱佳琳, 王丽云, 范大明, 赵建新, 闫博文, 陈卫, 高文华 申请人:南京先欧仪器制造有限公司, 江南大学