基于清洁能源的玉米微波干燥特性研究

窦雪峰

摘  要：清洁能源是解决能源危机的主要途径之一，笔者对清洁能源背景下玉米微波干燥特性进行了相关的试验，最终得出了相应的结果。

关键词：燃料乙醇;玉米;微波干燥

环保和能源问题是当前国际社会的重要议题，伴随着化石能源的逐渐萎缩和所带来的环境污染，越来越多的人将视线投入到了清洁能源的议题上。当前清洁能源的种类愈发多样，从传统的电能到如今的生物能源，清洁能源的议题也在随着人类社会的不断发展而不断更迭。本次主要针对玉米的微博干燥特性进行研究，在当前清洁能源不断发展的大背景下为玉米的深加工提供新的出路。

一、相关概念阐述

1.清洁能源需求

玉米是人类的主要作物之一，我国引进玉米已有几百年的时间，伴随着国际上新能源需求的增加，有不少研究人员对于玉米的特性也展开了研究，并给予玉米的特性开发了玉米提炼燃料乙醇的用途。燃料乙醇既可以作为汽油的添加剂来提高汽油的燃烧效能，进而达到环保节能的目标，也可以燃料使用，不仅能够减少对石油的依赖，保障能源安全，也能够减少污染物的排放，因为燃料乙醇的碳排放与原料在生长过程中吸收的相等，所以不会造成过度的污染。脱水技术是燃料乙醇制备的关键技术，本文主要针对微波干燥这一特殊的脱水技术进行研究。

2.微波干燥

传统的热风干燥干燥效果和干燥质量相对一般，尤其是对于玉米这类特殊结构的作物来说，热风干燥并不能起到很好的效果。微波干燥是利用高频电磁波对作物内部进行加热，具备速度快、质量高、生产清洁和自动化控制等优势，被广泛应用于食品加工业、医药工业、材料化工和陶瓷工业等领域。我国关于微波干燥粮食作物的应用已有十几年的历史，对玉米的微波干燥特性也有相关的研究，但多是粮食存贮，对于燃料乙醇制备用途的玉米微波干燥研究仍比较少。

二、试验准备

1.材料和設备

本次眼就选择的材料为本地种植苏玉31，所选玉米籽均颗粒饱满，没有病虫害特征，将玉米籽每25g分为一组，共准备5组。

所采用的设备有某公司的微波干燥装置、YZ508电子天平、FTi32红外热成像仪，LDS-1G电容式谷水份测量仪、若干专用玻璃加热培养器皿。

2.试验方法

将5组实验组分别以1～5组进行标注，5组的水分含量相同，均为26%，误差为0.1%，其中1～4组为实验组，5组为对照组。每组均单层平铺在专用玻璃加热培养器皿中，其中1组以119W的微波功率进行干燥，2组以231W的微波功率进行干燥，3组以385W的微波功率进行干燥，4组以539W的微波功率进行干燥。1～4组玉米籽均微波加热5次，每次干燥时间比上次多一分钟，每次干燥完成后将其取出擦净表面进行称重，同时利用红外热成像仪拍照。在采集到所有的实现数据之后需要计算相应的含水率，进而得出不同微波功率的干燥效果。

三、试验结果

（1）干燥效果

根据实验结果来看，几组玉米籽在实验中均得到了一定程度的干燥，其中4组539W的微波功率的试验组含水率在第3分钟的时候降到了12%以下，3组385W的微波功率的试验组含水率在第5分钟的时候降到了12%以下，2组231W的微波功率的试验组含水率在第7分钟的时候降到了12%以下，1组119W的微波功率的试验组含水率在第7分钟的时候降到了12%以下。

所以对于干燥效果来说，微波干燥的功率越大，其对于玉米的干燥效果也越快显现。另外第1组玉米籽在前5分钟是含水率下降缓慢，变化不大;第2组玉米籽在前3分钟是含水率下降缓慢，变化不大;第3组玉米籽在前2分钟是含水率下降缓慢，变化不大;第4组玉米籽在前2分钟是含水率下降缓慢，变化不大。所以可以推测，含水率也是决定了微波干燥效果的重要参数。

（2）淀粉品质

玉米淀粉是玉米籽转化为燃料乙醇的重要过程，在此过程中需要将玉米淀粉和处理过的玉米芯或秸秆进行原料混合发酵，所以玉米淀粉的品质决定了整体原料的发酵效果，进而影响燃料乙醇的质量。

从总体上来看，随着干燥功率、温度和风速的提高，淀粉得率在下降，而且干燥功率、温度和风速越高，淀粉得率下降得越快。其中第1组实验干燥玉米籽的玉米淀粉得率为78.4%;第2组实验干燥玉米籽的玉米淀粉得率为80.5%;第3组实验干燥玉米籽的玉米淀粉得率为72.1%;第4组实验干燥玉米籽的玉米淀粉得率为65.8%;通过实验结果分析，得出影响玉米籽粒淀粉得率的因素主次顺序为2>1>3>4，经进一步分析，干燥功率和温度对玉米籽粒淀粉得率的影响都呈极显著性，而含水率以及三因素间的交互作用对玉米籽粒淀粉得率的影响不显著。因此，从得到最高玉米籽粒淀粉得率来考虑，基于新能源需求的燃料乙醇制备原料玉米籽粒微波干燥的最佳工艺组合是2组。

首先使用制备好的四组玉米淀粉糖浆原料进行发酵。我们根据淀粉原料的粘稠度对其进行稀释，并寻找合适的比例，经过优化实验最后选择1：5（w/v）的比例进行稀释，此时四组结果原料中的的葡萄糖浓度为58g/L，总还原糖浓度为189.62g/L。对其进行摇瓶发酵，并检测不同间组别发酵产物里的乙醇浓度，当发酵时间达到32h后，四组结果乙醇浓度均达到了48.3g/L，生产强度为1.51g/（L·h）。四组玉米淀粉的发酵结果完全相同，可以说制备所得的玉米淀粉品质完全相同。

四、总结

基于实验结果分析，第4组实验组的玉米籽干燥速率变化最快，第1组实验组的玉米籽干燥速率变化最慢，中间两组数据呈现明显的递减关系，所以可以看出微波干燥的功率越大，其对于玉米的干燥效果也越快显现。同时所制备而出的玉米的淀粉率，第1组实为78.4%;第2组为80.5%;第3组为72.1%;第4组为65.8%，玉米淀粉发酵的燃料乙醇结果完全相同。综上所述，第2组231W的微波功率从节能和的淀粉率角度来说，是制备燃料乙醇的最佳微波频率参数。同时，本次试验虽然具备一定的参考性，但不同环境下玉米籽的干燥机理也有所不同，所以需要相关研究人员进行进一步的研究认证。

参考文献

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[2]  于秀荣，赵思孟，李秀英，田元方，刘素琴.微波干燥玉米的研究[J].郑州粮食学院学报，1998（02）：57-60.