玉米籽粒变温变湿干燥后不饱和脂肪酸与干燥系统的耦合关系

吴文福，陈俊轶，成荣敏，金 毅，魏雪松，效碧亮，徐 岩

玉米籽粒变温变湿干燥后不饱和脂肪酸与干燥系统的耦合关系

吴文福1，陈俊轶1，成荣敏2，金 毅1，魏雪松1，效碧亮3，徐 岩1※

（1. 吉林大学生物与农业工程学院，长春 130022；2. 吉林大学化学学院，长春 130021；3. 兰州理工大学技术工程学院，兰州 730050）

为了研究变温变湿干燥工艺中玉米籽粒的不饱和脂肪酸含量与干燥系统的耦合关系，根据实际烘干塔的干燥参数将整个干燥过程分成3个等时的干燥段，将每个干燥段的热风温度和相对湿度设为因素，每个因素设置3个水平，即为6因素3水平的正交试验进行探究。结果表明不饱和脂肪酸含量在3段热风温度为35 ℃-50 ℃-50 ℃，相对湿度为30%-45%-30%时含量最高，为6.553%。不饱和脂肪酸含量在干燥系统的所有耦合因子中与粮食绝对水势和的耦合关系最大，其次是绝对水势和差，该结论对分析和预测干燥工艺对玉米籽粒中不饱和脂肪酸含量提供了新思路，为深入研究水势理论与谷物干燥品质的关系打下基础。

干燥；温度；湿度；玉米；不饱和脂肪酸；耦合；绝对水势

0 引 言

玉米深加工产业被世界誉为“黄金”产业。玉米收获时含水率一般会达到30%及以上，只有降至13%～14%以下，才能保证贮藏安全稳定，干燥处理是玉米安全贮藏的重要环节[1-4]。但是不当的干燥方法会对玉米的品质造成不良影响，降低其食用价值和经济效益[5-7]。由于谷物与含水率的结合能在不同的干燥阶段存在很大差异[8]，根据物料自身干燥特性来设计变温变湿干燥方法，分段控制干燥温度和空气相对湿度，可以达到加快干燥速度，提高物料品质，降低能耗的目的[9-11]。

谷物的变温变湿干燥过程比较复杂，如果能摸索出干燥后谷物品质与整个干燥系统的耦合因子之间的关系，更有利于深入理论研究。从数学的角度上说，耦合就是两个因素之间存在的相关性。本文中耦合因子是指由温度、相对湿度（以下简称为湿度）、时间等独立简单因子相互结合变成的复杂耦合因子，例如积温（干燥时间与干燥温度的乘积）。

吴子丹[12]等利用仿真技术，深入研究单场对粮食储藏生态系统作用特性，基于多场耦合理论研究形成多参数优化控制的粮食储藏生态调控系统，将多场耦合理论应用到粮食储藏中。此后，尹君等[13-14]采用多场耦合理论研究储粮生态系统状态的变化，并基于温度湿度场耦合原理分析不同季节、不同方位的浅圆仓小麦粮堆温度场变化规律；王小萌等[15]研究了粮堆霉变和温度场、湿度场的时空耦合关系，以及其他学者关于耦合理论的相关研究[16-22]，这些研究均是利用耦合原理来分析储粮生态系统特性。本文将耦合理论引入到干燥过程与粮食品质特性的规律性研究。

不饱和脂肪酸（unsaturated fatty acid，UFA）含量是评价玉米品质的一个重要指标，其中亚油酸、油酸、亚麻酸是玉米中的主要不饱和脂肪酸，占总不饱和脂肪酸含量的95%以上[23]，是非常重要的膳食脂肪酸和人体必需的营养物质。其具有重要的生理功能，不仅能够促进身体发育和智力增长，而且还具有降低血液中胆固醇和甘油三酯的含量，改善血液微循环，提高免疫力，预防心血管等疾病的作用。

本文设计分段式变温变湿干燥的正交试验，利用微波辅助萃取以及气相色谱法检测干燥后玉米籽粒（以下简称玉米）中的不饱和脂肪酸含量，研究干燥系统中耦合因子与玉米不饱和脂肪酸含量之间的耦合关系并分析原因。为今后进一步分析和预测干燥过程与品质特性的耦合关系提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

鲜玉米（美单609），籽粒大小基本一致，初始含水率28%，初始不饱和脂肪酸质量分数为5.725 9%。

1.2 试验试剂与仪器

亚油酸，-亚麻酸，油酸（纯度均为97%），正己烷，丙酮，浓硫酸，甲醇，磷酸二氢钾和磷酸氢二钠均为分析纯（国药集团化学试剂有限公司），氮气（纯度99.99%）（长春新光气体有限公司）。

TANK微波消解仪（济南海能仪器股份有限公司），6890N气相色谱仪（安捷伦科技有限公司），OS-200轨道式振荡器、MD200氮气吹扫仪（杭州奥盛仪器有限公司），TG16K离心机（长沙东旺试验仪器有限公司），SC-15数控超级恒温槽（宁波新芝生物科技股份有限公司），控制型试管研磨机（IKA艾卡仪器设备有限公司），JDKY-I型薄层干燥试验台（长春吉大科学仪器设备有限公司）。

1.3 试验方案设计

试验根据哈尔滨粮库的烘干塔采集到的实际干燥过程参数以及能耗方面的考虑，利用多元线性回归正交设计方案来进行分段式变温变湿干燥，将干燥过程等分为3段（干燥时间预估见1.5节），将每段的热风温度和相对湿度作为试验因素，即6因素3水平多元线性回归正交方案，一共30组试验，具体因素水平编码表如表1所示。

表1 正交试验的因素水平编码表

1.4 玉米分段变温变湿热风干燥步骤

将初始含水率为28%（湿基含水率，下同）的鲜玉米干燥至安全含水率（14%）即为干燥终点，其中缓苏比为1:2，热风风速为0.7 m/s。具体操作步骤如下：1）依据GB5009.3-2016，105 ℃烘箱法测量鲜玉米的初始含水率；2）选取1 000 g鲜玉米，根据表1中、的参数进行第一段干燥，、进行第二段干燥，、进行第三段干燥，三段干燥时间相同；3）每隔15 min取出称量一次，取出时间不计；4）将玉米烘至安全含水率结束干燥，再常温冷却1 h；5）利用105 ℃烘箱法测鲜玉米的终止含水率。

1.5 总干燥时间的预估试验

先通过1.4节给出的干燥工艺参数来计算积温，计算公式引用自吴玉祝的利用积温来控制干燥过程的文献[24]，此观点也被Jin等[25]证实过。再通过积温等于干燥温度与干燥时间的乘积这一定义来预估干燥时间。