低场核磁成像技术研究稻谷缓苏的机理

低场核磁共振成像技术研究了缓苏过程中稻谷颗粒内部水分分布情况,缓苏前1~2 h内颗粒内部水分趋于平衡。6种常见的干燥模型对颗粒内部水分扩散过程进行了拟合,得出双指数模型拟合效果最好,说明稻谷的缓苏过程存在两种水分传递过程,颗粒内部的水分扩散及颗粒表面的对流共同作用于颗粒内部水分梯度的消退。     

稻谷等温干燥-缓苏过程数值模拟及优化

利用稻谷干燥热湿传递数学模型,对稻谷等温干燥-缓苏过程进行数值模拟,对比分析了缓苏条件下干燥稻谷籽粒内部水分分布变化规律。结果表明：与热风温度60?℃下单纯干燥过程相比,缓苏降低了稻谷内部的水分梯度峰值,缩短了干燥时间,同时将籽粒干燥终了水分梯度降低接近50%。通过参数研究,发现缓苏温度、缓苏比和缓苏时间是缓苏过程的重要参数,并提出干燥-缓苏过程的优化机制,即在稻谷籽粒干燥缓苏过程初期设置短时缓苏、中期单纯干燥、后期长时缓苏,可有效地降低水分梯度过程最大值和终了值,缩短缓苏时间和减少次数。本研究为稻谷干燥缓苏提供了理论和技术支持。     

连续横流稻谷干燥机干燥及缓苏试验探究

针对我国东北地区稻谷收获季节干燥机的市场需求,结合连续横流式干燥机干燥稻谷的生产过程,分析了横流式烘干机内部热风与谷物温度分布情况、烘干过程对稻谷水分不均匀度以及缓苏对稻谷爆腰及水分不均匀度的影响。结果表明:设计合理的横流式干燥机不会因为自身结构原因造成干燥去水不均匀;干燥过程中的热风道内热风温度不均匀性小于1~2℃;15h的缓苏时间可以有效降低稻谷碎米率,并是平衡干燥后稻谷水分较经济的时间。     

流化床干燥对稻谷爆腰增率及微观结构的影响

对25.0%±0.3%高水分稻谷进行流化床干燥,研究在不同干燥温度、降水幅度与缓苏时间下对稻谷爆腰增率的影响,并通过扫描电镜观察稻谷在不同条件下谷粒显微结构的变化情况。结果表明:干燥温度、降水幅度和缓苏时间及干燥温度与缓苏时间的交互作用对稻谷干燥后的爆腰增率影响极显著(p0.01),影响顺序为:干燥温度缓苏时间降水幅度。65℃干燥温度,3.0%降水幅度,3 h缓苏时间条件下,稻谷内部淀粉粒排列结构疏松,横断面细胞间的淀粉粒间间隙大,局部裂纹数量多。稻谷在干燥温度45℃、缓苏时间3 h、降水幅度1.5%的条件下,稻谷爆腰增率1.0%,干燥速率1.32 g H_2O·min~-1,可在保障稻谷加工品质的同时提高稻谷干燥速率。     

稻谷薄层热风干燥工艺优化及数学模型拟合

对稻谷进行薄层热风干燥,采用正交试验方法研究稻谷在不同热风温度、初始含水率和热风风速条件下的热风干燥特性,比较10种数学模型在稻谷热风干燥中的适用性。结果表明:稻谷在热风干燥过程中没有出现明显的恒速干燥阶段,且干燥主要发生在降速干燥阶段;热风温度是影响稻谷热风干燥的最主要因素,其次是初始含水率;取初始含水率20%、热风温度50℃、热风风速1.4 m/s的方案为稻谷的最优热风干燥工艺,此时的最佳数学模型为Page模型;缓苏可有效抑制稻谷的爆腰率,缓苏温度越高,缓苏时间越长,缓苏效果越好;当初始含水率24%、热风温度40℃时,实验值和模型值的相对平均误差分别为1.563%和1.474%,表明模型预测的干燥曲线和实验所得的干燥曲线一致性较好;随着热风温度的升高,稻谷的有效水分扩散系数变大,经热风温度从40℃升高到60℃,其有效水分扩散系数由9.69×10~(-10) m~2/s增加到10.77×10~(-10) m~2/s,稻谷的干燥活化能为47.1 k J/mol。     

基于Logarithmic方程的干燥参数对稻谷水分扩散特性影响分析

稻谷籽粒内部水分扩散的快慢决定了干燥速率。本文基于Logarithmic方程,建立稻谷水分传递动力学模型,并分析热风温度(40、50、60、70℃)和风速(0.3、0.4、0.5 m/s)对稻谷(湿基水分含量23.4%)有效水分扩散系数和扩散活化能的影响。结果表明:随着干燥温度和风速的上升,稻谷干燥速率提高,同时对应的有效水分扩散系数越大,分别为5.123×10-12~2.141×10-11m~2/s;扩散活化能从32.94 k J/mol增加至36.30 k J/mol;对比常用的5种谷物干燥模型发现,Logarithmic模型对稻谷薄层干燥的拟合度较好,R20.997,RMSE2.810×10~(-3),同时该模型模拟得出的有效水分扩散系数与实际差值均低于3.8×10~(-13)m~2/s,扩散活化能均低于2.53 k J/mol,与实际值基本吻合。     

间歇干燥及缓苏对高水分稻谷干燥品质的影响

对高水分稻谷进行了间歇干燥,研究干燥段数和缓苏温度对稻谷干燥品质的影响,并应用隶属度分析法对干燥品质进行综合评价。结果表明,间歇干燥可缩短干燥时间,与连续干燥40℃缓苏组相比,4段60℃缓苏组的干燥时间缩短了26.36%。间歇干燥可显著地降低干燥后稻谷的爆腰率,提高整精米率。高温缓苏(50、60℃)时,缓苏温度对整精米率影响优于干燥段数。热风干燥后稻谷的脂肪酸值增加,发芽率降低。隶属度分析法得出优化后的干燥条件为:干燥段数为2段,缓苏温度为60℃,综合分为最大值0.80。     

稻谷低温低湿干燥特性与水分迁移分析

对初始含水率18.9%~29.6%的稻谷进行低温低湿薄层干燥,基于模型拟合、干燥时间和有效水分扩散系数的计算,研究稻谷初始含水率和温湿度因素对其表观水分扩散特性的影响,通过核磁共振技术探究前者内在水分动态。结果表明:在低温低湿条件下干燥温度越低,除湿对缩短稻谷干燥时间的效果越显著。Page模型拟合效果理想,参数k和n能较好地用实验变量所建立的回归方程描述。稻谷的有效水分扩散系数Deff在3.0697×10-10m2/s到5.0369×10-10m2/s范围内,MC0、T和RH对其有极显著的影响(p0.01)。同时,核磁数据反映出干燥过程中,稻谷内表征"结合水"的A21峰面积和束缚水的A22峰面积降低显著,自由水的A23峰面积变化较小,含水率降至14.5%~16.5%范围时束缚水的信号峰消失。连续称重法结合LF-NMR技术能够有效分析稻谷低温低湿干燥过程中水分扩散和状态转化的规律。     

基于多尺度的稻谷干燥热湿耦合传递的数值研究

为保证稻谷在储藏时的品质,收获后的稻谷通常需要干燥到一定水分后储藏,研究稻谷干燥过程的热湿传递规律具有重要意义。目前稻谷干燥过程中热湿传递的分析大多基于连续介质假说和局部热湿平衡原理而进行的,这种方法的局限性在于很难获得粮堆干燥过程中粮粒内部的热湿迁移规律。本文基于稻谷粮堆孔隙尺度和粮粒尺度,采用局部非平衡热湿传递模型,模拟分析了在对流干燥条件下稻谷单颗粒以及颗粒群的热湿传递规律。研究结果表明,本研究模拟值与文献中干燥实验数据相对误差(RE)小于6.50 %,平均相对偏差(MRD)小于4.00 %,得出该模型具有一定的准确性;与基于局部热湿平衡多孔介质热湿耦合研究方法所得的稻谷颗粒群温度和水分传递结果进行对比,本研究所建立的模型更能准确体现出谷物颗粒在通风干燥时内部的热湿迁移规律。本研究所开发的模型能预测不同尺度下稻谷颗粒的温度和水分分布。     

玉米籽粒缓苏干燥过程动力学分析

对玉米籽粒的缓苏干燥过程进行了理论分析,并假设玉米籽粒为轴对称结构、各向同性的均匀物质,建立了玉米籽粒的缓苏干燥数学模型,利用COMSOL Multiphysics模块进行了热质传递过程的模拟研究。结果表明,该模型可较好地模拟玉米籽粒的干燥过程。利用该模型模拟研究了不同干燥条件下玉米籽粒温度、干燥时间、缓苏时间、缓苏度的变化及其对干燥速度的影响。结果表明,玉米籽粒内外温度在3~5 min内即可达到热风温度,玉米籽粒内部最大水分梯度出现在热风干燥5~10 min后,不同干燥阶段不同初始含水率对缓苏度的影响很小,缓苏60 min水分梯度可以基本消除。利用该优化工艺参数对玉米籽粒交替进行热风干燥和缓苏干燥,可使总的热风干燥时间最少,实现节能目的。     

稻谷热风干燥关键技术工艺优化的研究

为解决稻谷在热风干燥过程中籽粒出现应力裂纹(爆腰)的难题,文章主要针对稻谷热风干燥过程中的多个影响因素进行探讨,并在此基础上选择出热风温度、风速、干燥后缓苏时间3个关键因素,采用响应面分析方法,以稻谷籽粒的应力裂纹率为响应值,进一步对热风干燥关键技术工艺进行优化。结果表明,稻谷热风干燥较佳工艺条件为:热风温度40℃、风速0.25m/s、缓苏时间30min、稻谷初始水分含量控制在25%以下,稻谷干燥后采取慢速冷却方式(15℃),在此条件下能够有效降低稻米在干燥过程中的应力裂纹率。     

高温连续干燥与干燥-通风联合对稻谷品质的影响

利用不同的干燥方式对稻谷进行干燥,降至安全水分含量12%（湿基）,测定干燥后稻谷的整精米率（head rice yield,HRY）、脂肪酸值以及RVA特征值。结果表明：对于连续干燥作业,缓苏过程中存在一个临界缓苏时间,达到临界缓苏时间能显著提高整精米率,且干燥温度越高,该临界缓苏时间的出现越明显;但干燥温度高于60 ℃,且一次降水幅度不小于9.4%,缓苏温度与干燥温度相同时,通过延长缓苏时间,整精米率难以达到70%;对于干燥-通风联合作业,干燥温度高于60 ℃,且缓苏温度不低于干燥温度时,虽能保持较高整精米率（＞72%）,但稻米的RVA特征值（峰值黏度、最低黏度、崩解值、最终黏度、回生值）总体上随着干燥温度、缓苏温度的升高和缓苏时间的延长而增加,且存在一些波动,干燥温度、缓苏时间对其影响显著性低于缓苏温度。两种干燥方式的脂肪酸值都存在不同于恒低温干燥持续增加的变化趋势。     

玉米多段干燥出机粮含水率与干燥过程温度关系的试验研究

本文提出了粮食多段干燥过程排粮速度、各段温度的检测与统计计算方法.根据玉米四段干燥过程粮层通过干燥段2与缓苏段2及干燥段3与缓苏段3的温度差值,将玉米干燥温度变化特征分为：缓苏段温度平衡型,缓苏段温度上升型,缓苏段温度下降型以及6种复合型.利用谷物表面温度为空气温度、颗粒内温度由内向外逐渐升高、水分在颗粒内部解吸附并汽化沿毛细通道逸出颗粒表面的模型和多孔介质内在压力梯度作用下沿毛细通道流动的水分传输机理解释了产生这种温度变化差异的原因,即近表皮层水分逸出阻力主要取决于玉米颗粒表皮层的致密性,而远离表皮层水分选出取决于表皮层与毛细通道阻力的作用之和.通过比较℃以上与0℃以下入机粮温样本温度特征类型占总样本量百分比,提出冷冻后玉米颗粒干燥时,表皮层致密性受到破坏,易于干燥过程水分的逸出.给出了利用玉米干燥过程温度和干燥时间预测各类型玉米样本出机含水率的方法.本文研究成果对于指导干燥过程操作和实现干燥过程出机含水率的智能控制具有重要意义.     

基于隶属度综合分析法的稻谷干燥-缓苏工艺优化研究

干燥方式和缓苏比是影响稻谷间歇干燥效果的两个重要因素。本实验研究了热泵和远红外两种干燥方式结合不同缓苏比(1∶1,1∶2,1∶3,1∶4)对稻谷整精米率、出糙率、脂肪酸值及其蒸煮米饭质构特性(TPA)等的影响。结果表明,与热泵干燥相比,远红外干燥效率更高,其将稻谷干燥至安全水分所需的时间比热泵干燥缩短了2倍。缓苏比对干燥稻谷的品质有显著影响,特别是对脂肪酸值的影响大于干燥方式的影响。热泵干燥与远红外干燥分别在缓苏比为1∶2和1∶3时,整精米率最高。缓苏比为1:3时,两种方式干燥效果均最优,此时蒸煮米饭的硬度最低,咀嚼性最低,弹性和胶黏度与缓苏前无显著差异(P0.05),内聚性及回复性相较于未缓苏时显著提高(P0.05)。以整精米率、出糙率、脂肪酸值和TPA指标为评价指标体系的隶属度综合分析法得到的最佳稻谷干燥—缓苏工艺为:65℃远红外干燥至含水量13.5%,之后在60℃、缓苏比1∶3的条件下缓苏3 h,此时稻谷各指标的综合评分值最高。     

稻谷吸附特性及安全水分研究

采用静态扩散平衡称重法,利用9种饱和盐溶液产生的稳定相对环境湿度,对糙米和稻壳的平衡含水率进行了测定,获得了其等温吸附曲线,分析了平衡含水率和相对湿度之间的关系。通过5种等温吸附模型对试验数据进行了拟合,发现糙米和稻壳的等温吸附曲线用Strohman-Yoerge(STYE)模型方程拟合的效果最好,并由该模型计算出糙米和稻壳在25、35、45℃下的安全水分,该安全水分与我国稻谷规定的安全收购与储藏水分相似。     

微波干燥对高水分稻谷酶活力及稳定性的影响

本文以热风干燥法为对照,研究了微波干燥对高水分稻谷中脂肪酶、脂肪氧化酶和过氧化物酶活性的影响,并选出最佳的加工方式,以起到抑制酶活性、延缓储藏过程中稻谷陈化的作用,达到高水分稻谷快速安全入仓的标准。结果表明:微波处理对稻谷脂肪酶、脂肪氧化酶和过氧化物酶的反应最适温度和热稳定性、最适pH和pH稳定性均有影响。热风和微波处理后三种酶的酶学性质均发生变化,其中采用实际功率为(980.34±16.42)W的微波条件处理2 min将稻谷加热至60℃,经过缓苏处理(70℃于烘箱4 h取出)后,三种酶的性质变化影响最为明显。在此条件下稻谷脂肪酶、脂肪氧化酶、过氧化物酶的灭活率分别为50.33%、63.83%、26.20%,可以在高水分稻谷入仓前快速有效地抑制酶活,起到延缓储藏过程中稻谷陈化的作用,进而为我国安全储粮提供可行方案。     

基于响应面试验优化稻谷品质深层干燥工艺研究

为优化稻谷深层干燥工艺,采用正交试验分析干燥温度、干燥风速、缓苏时间、粮层厚度因素对稻谷干燥并利用响应面分析干燥温度、干燥风速、缓苏时间3因素对稻谷深层干燥后稻谷爆腰率、脂肪酸值、干燥效率指标的影响。结果表明:影响稻谷爆腰率的主要因素是干燥温度>缓苏时间>干燥风速。优化工艺参数为干燥温度40.0℃、干燥风速0.30 m/s、缓苏时间130 min。干燥后稻谷爆腰率30.1%、脂肪酸值20.12 mg/g、干燥效率0.022%/min。以最优工艺进行稻谷干燥,与回归模型预测无显著性差异(P>0.05),优化结果可靠有效。     

基于多品质指标的响应面试验优化稻谷流化床干燥工艺

为优化稻谷流化床干燥工艺,采用三因素三水平Box-Behnken响应面分析法,研究干燥温度、降水幅度、缓苏时间对稻谷流化床干燥降水速率和干燥稻谷爆腰增率、垩白粒率、脂肪酸值、硬度、黏着性等品质指标的影响。结果表明：随着干燥温度和降水幅度水平的增加,稻谷降水速率、爆腰增率、垩白粒率和米饭硬度增加,脂肪酸值和米饭黏着性降低;随着缓苏时间延长,稻谷降水速率、爆腰增率、脂肪酸值和米饭硬度降低,米饭黏着性增加。而在较低的干燥温度条件下,缓苏时间延长,稻谷的爆腰增率和垩白粒率降低并不明显。Box-Behnken响应面分析法优化的流化床最优干燥参数为降水幅度2.50%（干基）、干燥温度45 ℃、缓苏时间3 h,此时隶属度综合分达最大值0.75。验证实验结果与拟合值无显著性差异（P＜0.05）,优化结果可靠有效。     

稻谷就仓干燥水分迁移规律及干燥动力学模型研究

本研究将收获的高水分稻谷分别放置于自制的就仓干燥模拟仓内,研究通风量分别为80、92、104m3/h条件下处于仓内底部、中部、表层的稻谷水分迁移规律。应用8种常用干燥模型对实验数据进行非线性回归拟合分析,确定最适干燥模型,并对模型进行了验证。结果表明：稻谷各层水分比随着通风干燥时间的延长而呈下降趋势,其中最底层稻谷水分比最小,底层稻谷在前期（2 d内）水分迅速下降,后期下降速度逐渐平缓,而上层稻谷水分比依次增大,降水速率较下层相对较慢;稻谷有效水分扩散系数在0.092~0.43×10-3 m2/d,其中80 m3/h通风条件下,粮堆各层水分有效扩散系数均小于其他两种通风条件;而相同通风条件下,稻谷粮层距粮面60~90 cm范围内,扩散系数相对其他层较大。通过对比模型得到的预测值与实测值,确定Wang et al.模型为通风条件下稻谷各粮层水分扩散系数的预测模型。     

怀山药微波冻干过程的水分扩散特性及干燥模型

为探究怀山药干燥过程中的水分扩散特性,以怀山药为原料,使用微波真空冷冻干燥技术进行干燥,同时采用低场核磁共振的横向弛豫时间（T2）反演谱分析怀山药切片在干燥过程中内部水分的变化,并结合有效水分扩散系数、水分含量、干燥速率的变化规律对微波真空冷冻干燥过程中怀山药的内部水分扩散特性进行分析。结果表明：干燥过程中水分由自由度高向自由度低的方向迁移;不同微波功率（1.5～4.4 W）下怀山药干燥过程的有效水分扩散系数变化范围在1.129×10－9～5.439×10－9 m2/s之间,随着微波功率的增大,有效水分扩散系数升高,水分扩散迁移的速度增大,非结合水向结合水方向转化逐渐增多。采用Page、Newton等模型与实验数据进行拟合,结果表明Page拟合度较高,R2大于0.99,可以较好地对怀山药微波真空冷冻干燥过程进行预测和控制。本实验为怀山药干燥过程的水分实时监测及实现精准干燥提供了理论依据。