稻谷干燥影响因素分析

稻谷干燥是一项比较微妙而又复杂的技术操作，处理方法、操作技术和工艺过程显著影响其品质、干燥能量消耗和设备的工作效率。本文着重分析稻谷在干燥过程产生爆腰的原因及其干燥影响因素，分析干燥过程的影响因素，概括地说明我国目前稻谷干燥操作的难点和控制手段上的问题，提出发展干燥技术的建议。
1稻谷爆腰的机理1.1稻谷籽粒的物理结构与爆腰稻谷籽粒由颖和颖果两部分组成，颖和颖果俗称稻壳和糙米。一般，颖壳与糙米之间的结合很松，尤其是当稻谷的水分较低时，几乎没有结合力。颖果由果皮、种皮、珠心层、糊粉层、胚乳和胚等几部分组成。果皮、种皮、过程控制珠心层和糊粉层合称糠层或皮层。颖果去除糠层和胚芽便是精米或称白米。在研究稻谷的水分运动机理时，通常认为稻粒是由稻壳、糠层和胚乳三部分组成的非均质复合体。它的化学成分主要有碳水化合物（包括淀粉、纤维素和半纤维素等）、蛋白质、水分、脂类、矿物质及维生素等，这些物质在干燥过程中，会因干燥能量供给方式、温度、湿度、去水速率的不同，在比例、品位、形态以及物性上发生变化。由于果皮组织容易吸水；种皮因含有脂肪而不易透水；糊粉层含有大量的蛋白质使其在结构上较胚乳部分坚韧；胚乳的淀粉层缺乏弹性，不耐拉力。稻米这种变化的非均质特性以及指出的在一定条件下存在因水分和温度变化引起的玻璃化转变是稻谷产生爆腰的内在原因。
试验研究现代农业装备1.2产生内应力的外部因素干燥使稻谷内部出现温度梯度和水分梯度是产生内应力的主要原因；水分和温度变化是引起玻璃化转变的关键因素。干燥后，稻粒各方向上的收缩量并不一样，干燥参数及处理方式选择不当、能量提供不均、控制手段不到位，都会造成粒体的缩、胀不均而加剧内应力，从而导致爆腰。就干燥过程引起爆腰的外部因素而言，主要有：干燥温度及温度的变化：温度过高，会使糙米表层的某些局部产生阻断水分扩散和蒸发面而产生较大的应力集中现象，使爆腰率显著大；干燥温度的变化，引起稻谷粒急剧受热或冷却时，尤其在干燥结束前采用过低温度的冷风急速冷却，将使粒体的表面与内部形成较大的热应力而产生爆腰。
干燥介质的湿度及湿度变化：湿度梯度是物料干燥的动力之一。对于高湿稻谷，在干燥初期，介质的湿度越低，稻粒表面的蒸发速率越高。粒体内部与表面间的水蒸气分压差随着干燥的进行而加大，在内外形成的湿度梯度的作用下，水分由内部向表面扩散，湿度梯度差愈大，水分内扩散速度也愈快。但在内部扩散小于外部蒸发速率后，由于糙米细胞管壁与蒸发纹孔等均会因受热条件和蒸发速率而其渗透性，使得干燥过程中水分蒸发的纹孔会发生形变、皱缩，严重时会造成糙米表面局部出现干结，从而在粒内形成较大的7水分偏差。
流动速度：对于初始含水率较高的稻谷，大干燥介质流速，在干燥时稻谷的爆腰率呈加的趋势。大流速可以强化干燥过程，但并非成正比的强化，在流速大到一定值之后，其影响相对减小，尤其在降速干燥过程中，内部扩散起着控制作用，流速大对干燥速率影响并不显著。
干燥时间：稻谷一次连续干燥的时间越长，一次降水的幅度越大，在稻谷内部造成的水分梯度就越大，引起的湿应力必然越大，也就越容易产生爆腰。
稻谷的初始含水率及其含水率变化：在干燥时初始含水率越高，在同一干燥条件下的降水幅度大，形成的粒体内外的水分梯度大，操作不当，也容易产生裂纹。
缓苏时间过长或延迟加工：干燥后，粒体内部存在一定的水分梯度，表层水分较低，内部水分将继续向表层转移，使其体积膨胀。表层从受拉状态逐步转变为受压状态，而中心部分从受压状态逐步转变成受拉状态。
由于糙米糠层的非均质结构特性，使粒内出现较大剪切应力，加上颗粒的心腹部粉质胚乳较多，抗拉强度较低，在温度降低时还可能出现玻璃态转变，这样使得在内外水分趋向一致的过程中产生爆腰。
过干燥：低水分谷粒的吸湿现象，是产生裂纹的主要原因之一，它不仅使爆腰率明显加，而且造成的干燥能量和产品数量上的巨大损失。
爆腰产生的原因很多，迄今己有很多在特定条件下报道，如有研究认为稻谷成熟后，含水率在次20以前的吸湿和解吸过程不会产生爆腰，裂纹主要出现于低含水量段；稻谷产生裂纹的主要原因是低水分谷粒的吸湿作用，吸湿效应的强弱取决于谷粒的含水率，水分分布及周围空气状态。一些研究表明，当谷粒水分含量超过1416时，在自试验研究现代农业装备然条件下谷粒表层的吸湿作用很弱，一般不会出现裂纹。而干燥后的谷粒由于其内部水分梯度较大，所以，出现裂纹的可能性也较大；谷粒温度和含水率变化对谷粒体积胀缩影响谷粒化学成分与物理性质之间的关系，引起玻璃态转变等等。
就抑制干燥爆腰而言，在一些特定的方面有多种定性或者定量的说法，如在选择干燥条件上提出加热介质温度不宜太高（一般在5060*C之间，粮温应控制在45*C以下）；降水幅度不宜太快，把降水速率控制在的范围内；选择合适的干燥方式和处理工艺以及烘干与缓苏时间（干燥缓苏比根据一次降水幅度可选为1：38倍）；在稻谷初始含水率较高时宜采用低温大风量处理方式；热缓苏对稻谷裂纹形成的抑制作用要好于冷缓苏；干燥对稻谷裂纹的影响主要表现在干燥结束后的48小时内，特别是前24小时等等。
稻谷爆腰产生的影响因素很多，与每一个因素相对应，可列出多个影响参数，每一个参数也都能够从一个特定的角度描述爆腰产生的原因，但是这些参数并不全都是独立的，而是相互影响的。考察的结果可以肯定，稻谷成熟脱水，含水率在降至一定值后，低水分域的吸湿、解吸，粒体内部出现应力偏差是导致爆腰的主要原因；粒体的温度（温度值及其分布）、含水率（水分值及其分布）可以作为评定内应力的两个独立参数，即°=f（Tg，M），水率。
在粒体可以简化为球体时，T和M可以按照的方法来解析；给出了粒体在干燥层内的水分分布解析式；内应力可参照的方法进行计算。
2干燥的影响因素稻谷是一种活的生物体材料，它的干燥不仅仅是热质交换的过程，过程进行的重要任务是要调整干燥产品的品质或者说是质量保护，而产品内部质量指标的变化不仅与物料的物性、水分结构等因素有关，同时，与干燥能量供给的方式、介质的温度和湿度、干燥方法、处理工艺、介质的状态等外部条件有关，操作的条件也影响干燥进行的过程及终产品的质量和品位，其去水过程具有多因素、多层次、变结构、时变性、非线性以及地域性等特点。从实现干燥设备优质、高效、低耗、安全、低环境污染的目标综合考虑，影响干燥的因素主要有：稻谷的品种、形状、大小及干燥层厚度。不同品种的稻谷干燥特性不同，干燥参数和控制模型也有不完全一样。
干燥前后的稻谷含水率。稻谷含水率是确定一次降水幅度和干燥时间的关键参数，是对干燥过程实时控制的主要依据。
干燥介质的状况（温度、湿度，流动状态）。介质的温度、湿度、流量显著影响干燥效率及其品质，在干燥过程中必须实时检测这些参数。干燥温度的选择与干燥的方式有关，例如在相同的热风温度下，顺流干燥粮温低，逆流干燥粮温高，而在相同的设备外形尺寸下，以混流干燥的生产率高，且通用性较好。顺流干燥比较适合干燥高湿谷物，且粮食干燥后的品质较好。
试验研究现代农业装备干燥介质与稻谷的接触状况。接触状况主要影响稻谷与介质间的热交换和干燥的均匀性。
干燥处理工艺。制定合理的干燥工艺，是烘干机节能降耗、提高热效率及保证谷物良好烘后品质的有效措施，处理工艺效果主要体现在干燥机结构形式，谷物在干燥机内的流动状态和在不同干燥段采取的顺流、逆流、横流、混流等干燥方法上。
环境的温度和湿度。环境的温度和湿度对干燥过程及能量消耗有较大影响，尤其在干燥初期，若环境温度过低或稻谷初期含水率过高时，理想的干燥方法应是在初的干燥段采用顺流干燥。
稻谷合理干燥操作，应按其品种的物性和当时当地的气候条件、干燥目的，应采取不同的干燥调控方法。迄今，关于稻谷干燥特性、干燥工艺技术、干燥设备开发有大量的研究报道，但按现有，还给不出一个系统地，能使机器能够自动跟踪物料水分、外部条件、干燥历程，沿着有利于干燥产品的质量保护、提高干燥效率和节约能量消耗的过程实时变更工作制度，定量控制方案。就我国目前的稻谷干燥设备的干燥操作而言，基本上都是凭借现场的经验操作。引进国外自动化程度较高的设备，存在干燥效率低、能耗高、批次处理周期长、干燥机工作制度与我国的稻谷实际情况不匹配，在干燥过程中不能因地制宜地变更工作制度等缺点。为从根本上解决我国稻谷干燥问题，建议重点扶持稻谷粒内应力解析，干燥过程解析法等应用技术基础理论研究，加紧干燥专家系统的开发与应用，大力推广应用与现代信息技术发展相配套的干燥控制技术，开发适合我国南方高温高湿地域特色和北方低温、低湿环境下的粮食干燥中心，使干燥设施稳步地沿着自动化、智能化和网络化的方向发展。H