收藏本站
《东北农业大学》 2016年
加入收藏

活性稻米微波干燥机理分析及设备设计

孙井坤  
【摘要】:针对活性稻米干燥品质不稳定和合适干燥设备缺少等问题,本研究采用理论分析、计算机仿真和台架实验相结合的研究方法,系统、深入地研究活性稻米微波干燥特性与工艺,揭示微波干燥过程对活性稻米品质作用机理,设计适合活性稻米干燥的连续式多层微波干燥系统。研究结论如下:1、分析微波干燥工艺参数对活性稻米干燥特性指标的影响规律,提出合理干燥工艺流程。微波强度和表观风速对活性稻米的干燥速度和谷温有最显著正相关影响。采用微波加热→保温缓苏→再微波加热的干燥模式,微波强度范围2.5-4W/g和4-5W/g,每段干燥时间为9-12min,缓苏时间是干燥时间的3倍,表观风速为3.5-4.5m/s。2、揭示微波干燥条件对活性稻米品质的影响机理。糙米在加湿发芽过程中,糙米中含有的淀粉和膳食纤维的糊粉层充分润湿和流动,使其各向同性,粘弹性增强,有内部应力作用时受力均匀,减少因局部应力差异超过极限值造成裂纹;微波体加热方式使活性稻米颗粒内部水分均匀地向颗粒表层扩散,各向几率相同,在微波干燥活性稻米时物料内部不会因拉压应力存在导致爆腰产生;微波干燥时活性稻米颗粒内压力升高使其体积有增大趋势,而颗粒失水使其体积有收缩作用,二者产生的应力相互抵消,降低干燥爆腰现象。因此,微波干燥活性稻米爆腰率较低。微波干燥时,在谷氨酸脱羧酶GAD促进合成与丙酮酸转氨酶催化降解共同作用下,活性稻米中的γ-氨基丁酸(GABA)含量无显著变化;微波干燥时活性稻米的谷温适宜(33.93-69.71℃)激发GAD活性和较高含水率水平(27.95%→24.00%)有利于活性分子运动,促进GABA合成;在干燥阶段(温度从41.98升至81.36℃、含水率在17.89%降至14.92%)GAD高温失活且低水分不利于GABA合成。微波干燥时随着微波强度、表观风速的增加,活性稻米温度升高产生褐变现象使活性稻米金黄色色度增加。但干燥速度过快引起严重褐变,导致活性稻米金黄色色度下降。当微波强度为2.75W/g,表观风速为2.50m/s时,活性稻米米体出现最高黄金色度。应用近红外光谱无损检测技术,优化回归模型,预测微波干燥活性稻米主要成分含量(GABA、蛋白质、水分),为快速、准确和无损检测与评价活性稻米品质提供重要数学模型。3、研究微波干燥过程中活性稻米的微波能吸收和传热传质过程。本研究提出微波干燥过程中活性稻米介电特性指标随着温度和水分变化的模型,活性稻米的介电常数为4-15和介电损耗因子为0.8-4.0;分析微波干燥机内电场强度分布规律,磁控管波导纵向排横列和直棱角微波干燥机干燥室形式,有较高微波能利用率和微波场分布均匀度;微波干燥时活性稻米料层内传热传质有内热源(微波体积热)的非等温的流体传热、表层水分蒸发和对流传质扩散过程。4、设计适于活性稻米干燥的连续式微波干燥系统。设计出三重带式连续微波干燥机的干燥室体内设置三层输送带,迂回式运动;干燥室顶部采用纵横式磁控管安装方式;设计了缓苏仓、进料装置等设备;研制出活性稻米微波干燥过程控制系统,可以获得和显示不同干燥位置的物料表层温度,实现多种微波输入功率组合的微波加热+缓苏+再微波加热的两段式干燥工艺。研究结果有助于解决活性稻米干燥品质不稳定的问题,提供适合于活性稻米干燥的微波设备,以期具有干燥速度快,活性稻米品质好等优势,有望平衡活性稻米干燥的品质与效率间问题。
【关键词】:活性稻米 微波干燥 γ-氨基丁酸 传热传质 品质
【学位授予单位】:东北农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TS210.4
【目录】:
  • 摘要10-12
  • 英文摘要12-14
  • 1 前言14-26
  • 1.1 课题研究背景与意义14-19
  • 1.1.1 活性稻米生产及营养功效介绍14-15
  • 1.1.2 干燥是活性稻米生产需要15-16
  • 1.1.3 活性稻米微波干燥理论研究需要16-18
  • 1.1.4 农产品加工产业发展的需要18-19
  • 1.2 国内外研究现状和发展趋势19-24
  • 1.3 课题研究内容24-25
  • 1.4 技术路线25
  • 1.5 研究特色25-26
  • 2 活性稻米连续式微波干燥过程分析与工艺研究26-55
  • 2.1 材料与方法27-28
  • 2.1.1 活性稻米准备27
  • 2.1.2 实验方案27-28
  • 2.2 结果与讨论28-53
  • 2.2.1 微波干燥参数对活性稻米干燥特性的影响32-38
  • 2.2.2 微波干燥活性稻米工艺参数优化38-40
  • 2.2.3 微波干燥活性稻米干燥动力分析40-46
  • 2.2.4 微波干燥条件下活性稻米爆腰产生动力学研究46-53
  • 2.3 本章小结53-55
  • 3 活性稻米的成分预测模型建立和干燥品质变化研究55-89
  • 3.1 近红外光谱分析活性稻米品质的工作原理与数据处理56-63
  • 3.1.1 近红外光谱仪的基本工作原理56-57
  • 3.1.2 光谱数据处理方法57-59
  • 3.1.3 剔除异常样品的算法程序59-60
  • 3.1.4 校正集异常样品判别和剔除60-62
  • 3.1.5 多元线性回归算法62-63
  • 3.1.6 逐步回归法原理63
  • 3.2 材料与方法63-68
  • 3.2.1 实验材料63
  • 3.2.2 实验方法63
  • 3.2.3 实验设计63-64
  • 3.2.4 样品扫描步骤64-65
  • 3.2.5 测定方法65-68
  • 3.3 结果与讨论68-87
  • 3.3.1 活性稻米主要成分近红外透射光谱检测的数学模型68-69
  • 3.3.2 近红外光谱数据处理及模型建立69-74
  • 3.3.3 GABA含量数学模型建立与优化74-76
  • 3.3.4 蛋白质含量数学模型建立与优化76-77
  • 3.3.5 水分含量数学模型建立与优化77-78
  • 3.3.6 微波干燥条件对活性稻米中γ-氨基丁酸(GABA)影响78-81
  • 3.3.7 微波干燥温度对活性稻米中γ-氨基丁酸含量影响81-84
  • 3.3.8 微波干燥过程中活性稻米颜色变化控制84-87
  • 3.4 本章小结87-89
  • 4 微波干燥过程中活性稻米的传热传质过程模拟89-127
  • 4.1 材料与方法89-91
  • 4.1.1 活性稻米准备89-90
  • 4.1.2 仪器设备90
  • 4.1.3 实验方案90-91
  • 4.2 微波干燥过程模型建立91-98
  • 4.2.1 微波干燥机干燥室内传热传质过程模型91-94
  • 4.2.2 微波干燥室内电场强度分布94-95
  • 4.2.3 微波干燥活性稻米过程中温度和水分的分布95-98
  • 4.2.4 微波干燥机内电场强度分布计算程序98
  • 4.3 结果与讨论98-126
  • 4.3.1 微波干燥过程中活性稻米动态的介电特性指标模型确定98-101
  • 4.3.2 活性稻米微波干燥过程中介电特性变化规律101-102
  • 4.3.3 微波干燥腔内电场强度分布分析102-113
  • 4.3.4 微波干燥过程中活性稻米的微波能吸收113-114
  • 4.3.5 微波干燥时活性稻米料层内的传热传质过程分析114-115
  • 4.3.6 活性稻米微波干燥过程多物理场耦合模拟115-126
  • 4.4 本章小结126-127
  • 5 适于活性稻米干燥的连续式微波干燥系统研制127-152
  • 5.1 微波干燥活性稻米的工艺流程实现128-131
  • 5.1.1 整体结构设计129-130
  • 5.1.2 干燥机参数计算130-131
  • 5.2 连续式干燥机微波单元设计131-137
  • 5.2.1 微波单元构成132-134
  • 5.2.2 谐振腔工作特性134-135
  • 5.2.3 磁控管位置135-136
  • 5.2.4 微波干燥机设计的关键问题解决方案136-137
  • 5.3 微波干燥机机械单元设计137-146
  • 5.3.1 箱体设计137-138
  • 5.3.2 输送带设计138
  • 5.3.3 底架设计138-142
  • 5.3.4 多层带式微波干燥机的相关参数计算和辅助设备设计142-146
  • 5.4 微波干燥机控制单元设计146-151
  • 5.4.1 微波干燥过程控制的微分方程147-150
  • 5.4.2 微波干燥机控制系统设计150-151
  • 5.5 本章小结151-152
  • 6 结论152-156
  • 6.1 主要结论152-154
  • 6.2 研究特色与创新154
  • 6.3 不足与完善154-156
  • 致谢156-157
  • 参考文献157-164
  • 攻读博士学位期间学术成果164

中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026