玉米籽粒變溫變濕干燥后不飽和脂肪酸與干燥系統(tǒng)的耦合關系

吳文福，陳俊軼，成榮敏，金 毅，魏雪松，效碧亮，徐 巖

玉米籽粒變溫變濕干燥后不飽和脂肪酸與干燥系統(tǒng)的耦合關系

吳文福1，陳俊軼1，成榮敏2，金 毅1，魏雪松1，效碧亮3，徐 巖1※

（1. 吉林大學生物與農(nóng)業(yè)工程學院，長春 130022；2. 吉林大學化學學院，長春 130021；3. 蘭州理工大學技術工程學院，蘭州 730050）

為了研究變溫變濕干燥工藝中玉米籽粒的不飽和脂肪酸含量與干燥系統(tǒng)的耦合關系，根據(jù)實際烘干塔的干燥參數(shù)將整個干燥過程分成3個等時的干燥段，將每個干燥段的熱風溫度和相對濕度設為因素，每個因素設置3個水平，即為6因素3水平的正交試驗進行探究。結(jié)果表明不飽和脂肪酸含量在3段熱風溫度為35 ℃-50 ℃-50 ℃，相對濕度為30%-45%-30%時含量最高，為6.553%。不飽和脂肪酸含量在干燥系統(tǒng)的所有耦合因子中與糧食絕對水勢和的耦合關系最大，其次是絕對水勢和差，該結(jié)論對分析和預測干燥工藝對玉米籽粒中不飽和脂肪酸含量提供了新思路，為深入研究水勢理論與谷物干燥品質(zhì)的關系打下基礎。

干燥；溫度；濕度；玉米；不飽和脂肪酸；耦合；絕對水勢

0 引 言

玉米深加工產(chǎn)業(yè)被世界譽為“黃金”產(chǎn)業(yè)。玉米收獲時含水率一般會達到30%及以上，只有降至13%～14%以下，才能保證貯藏安全穩(wěn)定，干燥處理是玉米安全貯藏的重要環(huán)節(jié)[1-4]。但是不當?shù)母稍锓椒〞τ衩椎钠焚|(zhì)造成不良影響，降低其食用價值和經(jīng)濟效益[5-7]。由于谷物與含水率的結(jié)合能在不同的干燥階段存在很大差異[8]，根據(jù)物料自身干燥特性來設計變溫變濕干燥方法，分段控制干燥溫度和空氣相對濕度，可以達到加快干燥速度，提高物料品質(zhì)，降低能耗的目的[9-11]。

谷物的變溫變濕干燥過程比較復雜，如果能摸索出干燥后谷物品質(zhì)與整個干燥系統(tǒng)的耦合因子之間的關系，更有利于深入理論研究。從數(shù)學的角度上說，耦合就是兩個因素之間存在的相關性。本文中耦合因子是指由溫度、相對濕度（以下簡稱為濕度）、時間等獨立簡單因子相互結(jié)合變成的復雜耦合因子，例如積溫（干燥時間與干燥溫度的乘積）。

吳子丹[12]等利用仿真技術，深入研究單場對糧食儲藏生態(tài)系統(tǒng)作用特性，基于多場耦合理論研究形成多參數(shù)優(yōu)化控制的糧食儲藏生態(tài)調(diào)控系統(tǒng)，將多場耦合理論應用到糧食儲藏中。此后，尹君等[13-14]采用多場耦合理論研究儲糧生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)的變化，并基于溫度濕度場耦合原理分析不同季節(jié)、不同方位的淺圓倉小麥糧堆溫度場變化規(guī)律；王小萌等[15]研究了糧堆霉變和溫度場、濕度場的時空耦合關系，以及其他學者關于耦合理論的相關研究[16-22]，這些研究均是利用耦合原理來分析儲糧生態(tài)系統(tǒng)特性。本文將耦合理論引入到干燥過程與糧食品質(zhì)特性的規(guī)律性研究。

不飽和脂肪酸（unsaturated fatty acid，UFA）含量是評價玉米品質(zhì)的一個重要指標，其中亞油酸、油酸、亞麻酸是玉米中的主要不飽和脂肪酸，占總不飽和脂肪酸含量的95%以上[23]，是非常重要的膳食脂肪酸和人體必需的營養(yǎng)物質(zhì)。其具有重要的生理功能，不僅能夠促進身體發(fā)育和智力增長，而且還具有降低血液中膽固醇和甘油三酯的含量，改善血液微循環(huán)，提高免疫力，預防心血管等疾病的作用。

本文設計分段式變溫變濕干燥的正交試驗，利用微波輔助萃取以及氣相色譜法檢測干燥后玉米籽粒（以下簡稱玉米）中的不飽和脂肪酸含量，研究干燥系統(tǒng)中耦合因子與玉米不飽和脂肪酸含量之間的耦合關系并分析原因。為今后進一步分析和預測干燥過程與品質(zhì)特性的耦合關系提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

鮮玉米（美單609），籽粒大小基本一致，初始含水率28%，初始不飽和脂肪酸質(zhì)量分數(shù)為5.725 9%。

1.2 試驗試劑與儀器

亞油酸，-亞麻酸，油酸（純度均為97%），正己烷，丙酮，濃硫酸，甲醇，磷酸二氫鉀和磷酸氫二鈉均為分析純（國藥集團化學試劑有限公司），氮氣（純度99.99%）（長春新光氣體有限公司）。

TANK微波消解儀（濟南海能儀器股份有限公司），6890N氣相色譜儀（安捷倫科技有限公司），OS-200軌道式振蕩器、MD200氮氣吹掃儀（杭州奧盛儀器有限公司），TG16K離心機（長沙東旺試驗儀器有限公司），SC-15數(shù)控超級恒溫槽（寧波新芝生物科技股份有限公司），控制型試管研磨機（IKA艾卡儀器設備有限公司），JDKY-I型薄層干燥試驗臺（長春吉大科學儀器設備有限公司）。

1.3 試驗方案設計

試驗根據(jù)哈爾濱糧庫的烘干塔采集到的實際干燥過程參數(shù)以及能耗方面的考慮，利用多元線性回歸正交設計方案來進行分段式變溫變濕干燥，將干燥過程等分為3段（干燥時間預估見1.5節(jié)），將每段的熱風溫度和相對濕度作為試驗因素，即6因素3水平多元線性回歸正交方案，一共30組試驗，具體因素水平編碼表如表1所示。

表1 正交試驗的因素水平編碼表

1.4 玉米分段變溫變濕熱風干燥步驟

將初始含水率為28%（濕基含水率，下同）的鮮玉米干燥至安全含水率（14%）即為干燥終點，其中緩蘇比為1:2，熱風風速為0.7 m/s。具體操作步驟如下：1）依據(jù)GB5009.3-2016，105 ℃烘箱法測量鮮玉米的初始含水率；2）選取1 000 g鮮玉米，根據(jù)表1中、的參數(shù)進行第一段干燥，、進行第二段干燥，、進行第三段干燥，三段干燥時間相同；3）每隔15 min取出稱量一次，取出時間不計；4）將玉米烘至安全含水率結(jié)束干燥，再常溫冷卻1 h；5）利用105 ℃烘箱法測鮮玉米的終止含水率。

1.5 總干燥時間的預估試驗

先通過1.4節(jié)給出的干燥工藝參數(shù)來計算積溫，計算公式引用自吳玉祝的利用積溫來控制干燥過程的文獻[24]，此觀點也被Jin等[25]證實過。再通過積溫等于干燥溫度與干燥時間的乘積這一定義來預估干燥時間。