食用干米粉热风干燥特性及干燥数学模型研究

胡文明，严中俊

（湖南人文科技学院，湖南 娄底 417000）

米粉是我国南方人民群众喜爱的传统米制品之一，据统计，我国每年用于米粉加工的大米约100万t，约占食品加工用米总量的1/3。干燥是米粉生产的一个重要工序，是延长米粉保质期、提高米粉生产质量的重要途径。米粉目前常用的干燥方法包括自然风干（晾、晒）、热风干燥、微波干燥、冷冻干燥和联合干燥等方法，热风干燥技术由于具有操作简单、成本低、速度快等特点，在食用干米粉的生产过程中得到了大量的应用。

米粉干燥过程是一个复杂的非稳定传热、传质过程，在干燥过程中，随着米粉含水量的下降米粉体积产生收缩、质构发生变化、水分子与物料的结合力增大，从而影响米粉在食用过程中的拉抻力、咀嚼度、蒸煮损失率及硬度等产品质量参数。近年来，随着米粉生产工业化的发展，米粉的热风干燥过程受到研究人员的广泛关注，华中农业大学赵思明、刘友明等采用实验研究的方法，建立了米粉在高温高湿条件下的干燥模型，并通过控制干燥过程中的干球温度和湿球温度对米粉在干燥过程中的水分扩散特性进行了定性分析及研究，得出在适宜的干燥条件下，可以提高米粉的水分扩散系数，降低米粉干燥过程中的能耗；河南工业大学高静丹、陈洁等采用实验研究的方法，通过测定在不同主干燥温度条件下米粉的质构品质、蒸煮品质及色泽等指标，对主干燥温度下米粉的品质进行了研究，得出在综合考虑各项指标的前提下，米粉干燥温度在65℃时干燥效果较好；刘成梅、左艳娜等采用实验研究的方法对干燥过程中米粉的老化情况进了研究，说明了干燥过程中参数的控制直接影响到米粉最终的产品质量。Chian A、Shei H J及Ece M C等通过实验研究的方法证实了干燥条件和干燥动力学特性与食品的感官品质和营养价值之间的密切关系。

文章通过研究不同温度条件下米粉热风干燥特性，并在常用干燥模型的基础上，对食用干米粉热风干燥模型进行了研究，为米粉热风干燥过程的优化控制提供理论依据。

1 米粉干燥特性实验

1.1 干燥指标

含水量参照GB 5009.3-2010《食品中水分的测定》进行测量，每个样品以条状米粉进行截取，质量为20g，通过设置干燥箱不同干燥温度，干燥至恒重量，以w0为干基含水量，则含水量M采用分式（1）进行计算：

图1 米粉恒温干燥系统图

其中：M表示为含水量，%；m为米粉的质量，g；m0是初始时刻的米粉质量，g。

米粉内部干燥过程中含水量的多少（含水率）和水分消失的快慢（干燥率）可以分别用MR和DR来表示：

其中：Mt表示的是t时刻的含水量，Me表示的是干燥过程达到相对稳定的一个状态时的含水量，Mo表示的是米粉还没进行干燥之前的含水量，通过国家规定的方法测得。由于Me比Mt和Mo要小得多，所以可以把Me忽略，从而MR的表达式可以化简成：

其中 Md，d垣dt和 Md，t分别是 t0垣dt和 t0时刻的去除米粉内水分后米粉的质量（也称干物质量）。

1.2 干燥数学模型

文章选择了以下几个常用的干燥模型对食用干米粉热风干燥动力学模型进行了研究，如表1所示。

干燥模型的评价标准采用模型预测值与实验值的拟合度（R2）来进行检验，拟合度（R2）越接近1，就代表所用模型越符合米粉的干燥过程，计算公式如式（5）所示：

表1 数学模型及其表达式

2 结果与分析

2.1 干燥温度对干燥速率的影响

从图2可以看出，从开始失水到含水率达到10%（标准10%～14%），干燥温度为 50℃时要花 42000s，60℃时要25000s，70℃ 时 要 19000，80℃ 时 要 13000s，90℃ 时 只 要9000s，干燥所需时间与干燥温度的高低成反比。在只有温度这一个变量时，干燥同样质量的水分所用的时间长短与干燥温度的高低成反比，因为热空气与米粉的温差越大，推动米粉内水分蒸发的推动力就越大，水分减少的速度也就越快。

图2 平铺在7cm×7cm容器中不同恒温条件下米粉含水量随时间变化曲线

图3 平铺在7cm×7cm容器中不同恒温条件下米粉干燥速率随时间变化曲线

由图3可知，每条曲线都有两个明显的转折点，第一个转折点为每条曲线的最高干燥速率点，同样也是升速干燥阶段与降速干燥阶段之间的交点。第二个转折点为降速干燥阶段与恒速干燥阶段的交点。在改变米粉的干燥温度时，米粉的升速干燥阶段的时间没有很大的变化，基本上都是在1000s左右，米粉的升速干燥阶段与温度这个变量没有关系。然而，改变温度对该曲线第一个转折点的位置有很大的影响，因此，米粉干燥的最大干燥速率与温度的高低成正比。

2.2 干燥模型性能研究

文章对各模型的拟合采用的是OriginPro 7.5软件。表2表示的是米粉干燥模型在不同温度下的拟合结果。从表2可知，当干燥温度为50℃、60℃时，蕴ogarithmic模型的决定系数分别是0.99874、0.99953，为该温度下7个模型的决定系数当中的最大值。当干燥温度为70℃时，Modified Page模型和Page模型的决定系数为0.99982，为该温度下7个模型决定系数当中的最大值。当温度为80℃和90℃时，Two-term exponential模型的决定系数分别是0.99984、0.99907，为该温度下7个模型的决定系数当中的最大值。

表2 食用米粉干燥模型拟合结果

因此，通过比较统计参数可得：在干燥较低温区（50℃、60℃）蕴ogarithmic模型比较适合拟合米粉干燥过程；在中温过渡区（70℃）Modified Page模型和Page模型比较适合拟合米粉干燥过程，而在较高温区（80℃、90℃），则 Two-term exponential模型比较适合。

3 结语

（1）米粉干燥的过程大致分为三段，首先是升速干燥阶段，然后是降速干燥阶段，最后是等速干燥阶段。每个温度条件下大致维持了1000s的升速干燥阶段，各温度对升速干燥阶段的时间影响不大，只是影响最大的干燥速率。

（2）高干燥箱内干燥温度，可以提高米粉的干燥率，减少干燥时间。平铺在7cm×7cm的容器中总质量为20g的米粉，干燥温度由50℃增加到90℃时，最大干燥速率由0.00005g/s增加到0.00025g/s。

（3）通过比较7种模型可得：在干燥较低温区（50℃、60℃）蕴ogarithmic模型比较适合拟合米粉干燥过程；在中温过渡区（70℃）Modified Page模型和Page模型比较适合拟合米粉干燥过程，而在较高温区（80℃、90℃），则 Two-term exponential模型比较适合。

参考文献

［1］陈安，徐焱，凌利，等.精制出口直条米粉的生产工艺技术及设备［J］.粮食加工，2007，32（1）：37-39.

［2］李里特，成明华.米粉的生产与研究现状［J］.食品与机械，2000，77（3）：10-12.

［3］赵思明，刘友明，熊善柏，等.方便米粉高温高湿干燥过程水分的扩散特性［J］.华中农业大学学报，2003，22（3）：285-287.

［4］赵思明，谭汝成，刘友明，等.方便米粉高温高湿干燥数学模型研究［J］.食品科学，2003，24（7）：52-54.

［5］高静丹，陈洁，王春，等.主干燥温度对米粉品质的影响［J］.河南工业大学学报（自然科学版），2012，33（6）：68-71.

［6］吕莹果，高静丹，陈洁，等.米粉干燥工艺的研究［J］.粮食与饲料工业，2012，（6）：25-27.

［7］刘成梅，左艳娜，万婕，等.干燥方法对方便米粉老化特性的影响［J］.中国粮油学报，2014，29（5）：1-4.

［8］刘成梅，艾亦旻，万婕，等.方便米粉微波干燥特性的研究［J］.中国粮油学报，2014，29（10）：1-5.

［9］左艳娜.干燥方法对方便米粉老化特性的影响［D］.南昌：南昌大学，2014.

［10］Chian A，Ece M C.蕴iquid diffusion model for inter-mittent drying of rough rice［J］.Journal of FoodEngineering，2001，（49）：327-331.

［11］Ece M C，Chian A.A 蕴iquid diffusion model for drying of rough rice［J］.Transactions of the ASAE，1993，（36）：837-840.

［12］Shei H J，Chen Y 蕴.Intermittent drying of rough rice［J］.Drying Technology，1998，16（3）：839-851.

［13］Shei H J，Chen Y 蕴.Thin-layer model for intermit-tent drying of rough rice［J］.Cercal Chem，1999，76（4）：577-581.