糜子籽粒双向通风干燥特性及数学模型研究
王鑫，万霖，金中波，车冈
(黑龙江八一农垦大学，黑龙江大庆163319)
摘要：以糜子籽粒为原料，运用双向通风谷物干燥实验台对糜子籽粒进行干燥试验，研究糜子籽粒在不同热风温度、热风风速和物料厚度条件下含水率的变化过程，分析各因素对糜子籽粒干燥速率的影响，探究干燥特性与各因素之间的变化关系，建立糜子籽粒双向通风干燥的数学模型。
结果表明：热风温度对糜子籽粒干燥速率影响较大，热风风速次之。当热风温度600、热风风速4m/s、物料厚度20mm时，糜子籽粒双向通风干燥速率最快，建立的基于Page方程的糜子籽粒双向通风干燥数学模型拟合效果较好。
关键词：糜子；双向通风；干燥特性；数学模型
Sidy on bidirectional vertilation drying characteristics
and mathematical modeS of grain in broomcorn millet
WANGXin,WANLin,JINZhong-bo,CHE Gang
(Heilongjiang Bayi Agrichltural University,Daqing163319,Heilongjiang,China) Abstract:The doing expe/ment of grain in broomcorn millel was car/ed out with bidirectional ventilation grain d/ing test-bed-The changing process of moisture content of grain in bwomcorn miOel under dOferent hot air temperature,hot air velocity and material thickness was studied.The effects of va/ous factors on the doing rate of millel grain were analyzed,and the relationship between doing characte/s-tics and va/ous factors was explored-The mathematical model of bidirectional ventilation and doing of miOel eds was established.The results showed that the hot air temperature had a great infuenco on the drying rate,followed by the hot air sped.The optioum doing process with the quickest bidirectional ventilation doOg rate was obtained when the temperature of hot air was600,the velocity of hot air was 4m/s and the thickness of mate/al was20mm.The mathematical model of bidirectional ventilation drying of grain in boomcoo miOel was established bad on Page equation.The model was valiOated and theeeAuotAhowed thatthefo t onge f ettofthemodeowaAbe t ee.
Key words：boomcoo millet;bidirectional ventilation;doOg characte/stic;mathematical model
中图分类号：S223.5文献标志码：A文章编号：1008-9578(2021)03-0062-05
糜子为一年生草本第二禾谷类作物。籽粒磨米去皮后称黍米，俗称黄米，为黄色/J、圆颗粒，跟小米
相像，直径大于小米（即北方俗称的大黄米））糜子籽粒营养成分丰富，淀粉含量高达70%左右，蛋白质含量也在12%左右，此外还含有$-胡萝卜素等多种维生素和丰富的钙、镁、磷及铁、锌、铜等矿物质元素。糜子性味甘、平、微寒、无毒，还能起到很好的预防和食疗作用，是具有开发和应用前景的绿色杂粮作物资源。到达收获期，由于糜子上部、中部、下部籽粒成熟期不一致，收获过早往往增加青粒的比例，降低粒重，过晚又会造成上部先熟籽粒的脱落）糜子籽粒收获时水分含量大约在20%左右，收获后如果不能及时干燥则非常容易霉烂。糜子籽粒干燥时速度不宜过快，否则易产生裂纹（俗称“爆腰”），从而影响糜子籽粒的出米率、产量和产值。此外，高温会促使糜子籽粒脂肪酸急剧增加，降低贮藏稳定性和食用、加工的品质。机械干燥是利用加温机械进行烘干，要有预热或预冷设备，要严格控制热风温度和风速，不宜采用传导方式加热的干燥机，对高水分谷物不能一次性降水过
收稿日期：2018-12-04
基金项目：大庆市指导性科技计划项目“大庆地区球型特色杂粮双向通风干燥工艺的研究”（zd-2020-48）；黑龙江八一农大学大学生创新创业训练计划项目（202010223070）
作者简介：王鑫（1990—），男，硕士，实验师，研究方向为干燥技术与节能工程。
通信作者：车刚（1972—），男，教授，博士生导师，研究方向为干燥技术与节能工程。
多，最用间歇干燥或先低温后高温的干燥方法⑴。
会计六大要素
以杂粮糜子为，运用对干制品品
质影响较小的双向通风干燥方法对糜子籽粒：
燥研究，各因素对糜子籽粒干燥速率的
影响，研究干燥特性与各因素的变化。
1材料与方法
1.1试验材料
糜子籽粒由北安管局尾山种子培育基地
提供，选取年、良、的，含水率(湿基，质量分数)20.0%o
1.2备
双向通风谷物干燥实验台，黑龙江八一农垦大学;MB45专业仪，美奥豪斯公司;
GM8901式风速仪，中标智公司；PRAC-TUM224-1CN电子天平，多利斯公司。
1.3试验方法
根据的研究可知，影响谷物热风干燥的
因素有：含、热风温度、热风风速、物：度、干燥等S3］。结合装置和物料性，选取风温度I"40〜600)、热风风速I (2〜4m/s)和物度I(20〜40mm)3个主要影响因素，通单因素，对糜子籽粒双向通
风干燥，研究其在不燥工艺参含水率
化的，各因素对糜子籽粒干燥速率的影
响，探究干燥特性与各因素的变化。
根据要求，用糜子籽粒通过双向通风谷物干燥台干燥后达到12%，机器
止工作，干后糜子籽粒密封，据
为3次的平o
1.4测量方法
1.4.1湿基含水率测定⑷
糜子籽粒干制产品合格含参照国际粮食
贮藏标准，即不制品 12%。计算公
式见式(1)o
M C二古x100%(1)式中:M s为糜子籽粒的湿基含水率，%;L为糜子
籽粒中水的质量，/;G g为糜子籽粒干物质质量，/)
1.4.2干燥测定
干燥速率的计算公式见式(2))
W0-W t,、
dr=^t^(2)式中：OR为干燥速率，%/h；W°为物料的初始含水率，％;L为干燥t时刻物料的含水率，％；7为干 燥,h o
1.4.3干燥水分比的计算
干燥比的计算公式见式(3)。
式中：MR为水分比;M t为物料的湿基含水率,％; M%为平衡水分；M°为物料的初始含水率,%o
1.5统计分析
试验所得数据为3次重复的平均值，用DPS7-05和Desi/n Expert8.06软件进行数据分析，采用Ori-/in2018软件进行绘图，用1stOpt软件：试验数据拟合。
2结果与分析
心愿吉他谱2.1热风温度对糜子籽粒干燥特性的影响
将预处理后湿基初始含20%、物料层厚度20mm的糜子籽粒放入热风风速4m/s的干燥室进行双向通风干燥试验，热风温度分别为40、45、50、55&600)不同热风温度对糜子籽粒的干燥速率有较为明显的影响。如图1所示。
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图1不同热风温度下糜子籽粒的干燥曲线
由图1可知：在干燥初期0~10min之间，
不同
热风温度下糜子籽粒的干燥效果相差不大；到达干燥中期10〜50min之间，不同热风温度下糜子籽粒的干燥效果出现，热风温度越高燥速越快，其中热风温度最600的干燥速率最；50min后到达干燥后期，糜子籽粒含，脱水速率均有减慢。燥中，各风温度下的干燥时间相差较大，热风温度为40、45、50和550，糜籽粒燥速不，风温度为600燥速最，不考虑单位能和
后产品品质的情，热风温度600最优。
2.2糜子籽粒干燥的
将预处理后湿基初始含20%、物料层厚度20mm的糜子籽粒放入热风温度600的干燥室进行干燥，干燥双向通风的热风风速为2、2.5、3、3.5、4m/s。测得不同热风风速对糜子籽粒干燥速率的影响。如图2所示。
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干燥时间/min
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殚精竭虑读音
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湿基含水率/%
图2不同热风风速下糜子籽粒的干燥曲线
由图2可知：糜子籽粒在双向通风环境下干燥，风速越大，物面的流失越快，在湿度梯度的作用下，物部的部，就加糜子籽粒的干燥速率⑸。风风速在4m/s时糜子籽粒的干燥速率明显快于2-3.5m/s下的干燥速率。随着干燥的进行,10〜40min内，物料处于速干燥，风风速越大，干燥速率越快）热风风速越大，糜子籽粒的干燥越短，在4m/s 时糜子籽粒的干燥时间最短，为50min。风风速越大，糜籽粒的干燥速，在不考虑设备单位能耗的情风风速取4m/s为最优。
2.3物料厚度对糜子籽粒干燥特性的影响
将预处理后湿基初始含20%，物料层厚度分别为20、25、30、35、40mm的糜子籽粒放入热风温度600、热风风速4m/s的干燥室进行双向通风燥，测得不物料层厚度对糜子籽粒干燥速率的
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图3不同物料厚度下的干燥曲线
由图3可知：在不同的物料厚度条件下，糜子籽粒的干燥速，但风温度和热风风速相比，不。物度和干燥
系，随着物度的增加，干燥增加。物：度越大，温度梯度变化越大，物层温度越低，且传热传质路径加大，所以所用增加'6（。
表明：物料厚度为20、25、30mm时，干燥速率差异不大，物料厚度为40mm时，干燥增加，综合考虑物料厚度选择20mm为最优
。
3糜子籽粒双向通风干燥模型的建立
燥研究大多认为是水分迁移的主要途径。物部是一个复杂的传质过程，涉及、毛流动、流和表面扩等现象［…0】。的燥中，忽温度度的，物料中的可被假设为沿物部厚度方向的一维［山。
3.1谷物干燥常用模型
3.1.1单项扩散模型
此模型假定糜子籽粒中水分是以液态水的形式从表层。
MR==exp(-Kt$(4)式中：56为水分比，％；/为干燥时间，s；K为干燥速率常数;=为速。
3.1.2模型
模型忽糜子籽粒内部的阻力，只考虑糜子籽粒表层边界对的。
MR=exp(-Kt)(5)式中:MR为水分比，％；K为干燥速率常数；)为干燥时间，s。
3.1.3Page模型
MR二exp(-K))(6)式中:MR为比，％；K为干燥速率常数；)为干燥，s；#为X，均是燥条件的常数。
3-2糜子籽粒双向通风干燥模型拟合
把公式(3)中的比简化为MRqM()/M。)根据简化后的比公式求出不风温度、热风风速和不同物度化的糜子籽粒水比。对模型(4)、(5)、(6)性化处理，得到式(7)、(8)、(9)。
ln(MR)q-=(7)
ln(MR)q\nB-At(8)
In'-ln(MR)(=In K+n\nt(9)用求出的3个燥模型对糜子籽粒在不同风温度条件下的比曲拟合，得到各干燥模R值［一⑶。据用1stOpt软件拟合，拟合结果见表1。
1可知：对所模型的R21
0.96，3种模型对据的拟合效果
比，但是来说Page模型的R2值比
模型和单项模型的R2值稍微较高些，可以较的对模拟，所以Page模型作为糜子籽粒干燥的最燥模型［⑷。
1不同温度下3种模型所得的相关系数平方值
温度/°C模R单项模R Page模R2 400.96250.98650.9975
450.97240.98580.9968
500.97590.98450.9942曾经爱过谁
550.96970.98380.9939
600.97550.98490.9974
3.2.1Page模型常数K值和n值的确定
2可知:K化不的化规律，n温度的升高而，风风速的增加而。
禁忌52Page模型相关常数
温度/°C风风速/(m/s)K n R2 4040.0090.9320.985
4540.0080.9810.967
5040.011 1.0370.993
5540.011 1.0880.996
6040.012 1.0820.978
6020.0070.9580.969
6030.008 1.0560.995 3.2.2糜子籽粒双向通风干燥Page模型的拟合
图4为热风温度600、热风风速4m/s、物料厚度为20mm的最佳干燥工艺参数情况下糜子籽粒双向通风干燥所得的Page模型MR q exp(-0.012)082)［
包装盒的制作的比较结果。从图中可知:Page模型MR拟合，能准糜子籽粒双向通风干燥中的比变化规律。
4结论
糜子籽粒双向通风干燥曲曲线)物度，热风温度或热风风速升高燥速率增大，在不考虑单位能耗和干后产品品质的情，热风温度和热风风速均为最，物的干燥最短，干燥速率最快。物度
的增加也会使干燥速率变慢，故本次试验最优干燥工艺参数：热风温度600、热风风速4m/s、物料厚度20mm。建立了糜子籽粒双向通风薄层干燥数学模型，确定基于Page方程的双向通风薄层干燥模型模拟效果较好。
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腾冲红花茶籽油清冽透明、自然醇香。由表3可知：不同种植地茶籽油的透明度、气味、滋味和色泽均符合国家标准。酸价和过氧化值是评价食用油脂质量品质的重要指标⑼。中和、云华种植地茶籽油的酸价显著高于和睦与北海，且超过国家标准2.0mg/g，这可能与加工条件或贮存方式不当有关'10(#4个种植地茶籽油的过氧化值有一定差异，但均"0.25g/100 g，符合国家质量标准。烟点是食用油感官和营养价值开始劣变的拐点，是判断油品好坏的黄金标准。食用油加热冒烟后易分解产生丙烯醛，对人眼和呼吸道都有强烈的刺激作用。研究表明，不同种植地茶籽油的烟点均在2200以上，加温到1500仍然稳定，故在高温烹调情况下仍能保持良好品质。
3结论
不同种植地的腾冲红花茶籽油中脂肪酸主要种类相同，但棕N酸、亚油酸和花生四烯酸含量差异明显。其不饱和脂肪酸含量均在80%以上，脂肪酸组成比例(SFA:MUFA:PUFA)接近橄榄油，必需脂肪酸
含量为7.28%-8.16%。酸价、过氧化值均有不同程度的差异，或与加工条件和贮存方式有关，但基本符合国家标准；烟点高达2200以上，加温到1500仍然稳定，是烧烤、煎炸、烘焙的理想用油。油质清冽透明，呈淡黄色，具有茶油固有的气味和滋味。综上，腾冲红花茶籽油中不饱和脂肪、
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>o・oo・oo・oo・oo・oo・oo・oo・oo・oo・oo・oo・oo・oo・oo・oo・oo・oo・oo・oo・oo・oo・o 必需脂肪酸种类丰富、比例适宜，且高温烹调情况下仍能保持良好品质，因此具有极大开发高品质食用油的价值。
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