6 谷物平衡水分研究概况.doc

2009年11月第24卷第11期中国粮油学报JournaloftheChineseCerealsandOilsAssociationVo.l24No.11Nov.2009谷物平衡水分研究概况李兴军1王双林2王金水3国家粮食局科学研究院1北京100037国家粮食局成都粮食储藏研究所2成都610000河南工业大学粮油食品学院3郑州450052摘要控制吸湿是谷物安全贮藏的基本原则之一平衡水分测定可用来判断谷物水分变化的趋向。概述了谷物平衡水分测定的原理及数学模型分析并归纳发生纳滞后效应的可能理论、影响谷物吸着包括吸附与解吸等温线测定的因子还重点介绍了近年发展起来的、利用平衡水分吸附/解吸数据分析谷物及食品的热动力学函数水分吸着等热。这些研究进展对完善我国储粮生态区域划分、谷物主产区低温干燥、设计干燥程序和设备、谷物及加工产品的包装及货架期皆有意义。关键词平衡水分谷物等温线滞后效应干燥通风吸着等热中图分类号:S114文献标识码:A文章编号:1003-0174200911-0137-09基金项目:国家粮食局科学研究院科研业务费专项ZX0708-1收稿日期:2008-11-26作者简介:李兴军男1971年出生博士副研究员粮食生理生化谷物的平衡水分EquilibriummoisturecontentEMC是指谷物经过一定的时间暴露于特定环境中的最终含水量。平衡水分与谷物所处环境的相对湿度、温度及本身的品种类型与成熟度等因素有关它是一个热动力学要素Thermodynamicentity。在研究谷物干燥特征和设计干燥设备时谷物的平衡水分决定了在一定的干燥条件下谷物所能达到的最终水分还直接影响谷物的干燥速度。干燥的谷物在环境条件发生变化时便会吸湿造成变质、发热生霉。近年来有研究学者利用谷物及食品平衡水分吸附/解吸菁扑闳榷ρР问olaba等1利用以平衡水分为自变量、含有3个参数的吸着等热方程式预测了稻谷、玉米及高粱籽粒的吸着等热Isostericheatofsorption。Viollaz等2测定了淀粉和面筋的平衡水分吸附曲线提出一个新方法计算不同温度的等热或微分吸着热Differentialheatofsorption。ztekin等3比较了小麦、玉米、稻谷及油菜籽的吸附和解吸等热。这些热动力学函数能够阐明水分的状态估算生物系统中热质传递Heatandmasstransfer有关的能量需求。因此谷物的平衡水分是谷物特性的一个重要参数对于分析谷物干燥特性、设计干燥程序和设备及达到安全储藏皆有重要意义。由于国外对谷物平衡水分数据已经作了大量测定和分析近年主要针对一些重要农产品利用平衡水分吸附/解吸数据分析其热动力学特性。国内关于大宗谷物平衡水分数据研究报道有限所以本文在试验分析基础上对文献作一概述旨在推动我国谷物基础理论研究确保国家粮食安全。1平衡水分测定的原理与数学模型分析1.1平衡水分测定的原理确定谷物及食品水分吸附与解吸等温线的方法包括称重法Gravimetric、测蒸汽压法Manometric及测相对湿度法Hygrometric等4-5。Coleman5发现在恒定温度下谷物平衡水分含量EMC与水分活度WateractivityAw之间存在一一对应的关系将这种关系作图就是所谓的等温线Isotherm。水分活度Aw的定义是指在同一温度下谷物或食品的平衡水分蒸汽压对饱和蒸汽压的比率。水分活度是无量纲的Dimensionless。Awf/f0或者AwPP0TERH100f是在一定温度T绝对温度下溶液或含水物料的水逸度fo是该温度下纯水的逸度。在低温下f/f0和P/P0之间的差别小于1。P是一定温度下物料中水的与环境空气中的水达到平衡时空气的水蒸汽压Po是该温度下纯水的饱和蒸汽压。在一定环境中物料的液中国粮油学报2009年第11期态水与气态水达到平衡时空气的相对湿RHP/P0100度。因此可以通过测定谷物在固定体系中达到平衡时的含水量间接法或测定空气的相对湿度直接法表示水分活度绘制等温线。传统测定谷物平衡水分的方法以间接法为主被美国农业工程学会推荐为标准方法6。称重法是最常用的试验方法利用密闭容器系统内的饱和盐溶液或者不同浓度的酸溶液产生一定的平衡相对湿度或水分活度或者辅助一定流速循环系统内的空气然后连续地或者周期性地测定样品的水分含量变化。连续记录质量变化的动态系统比静态系统在技术上更复杂而且样品周围的空气流动使吸湿和干燥过程更加迅速。我们测定谷物平衡水分采用静态法即利用饱和盐溶液如表1在恒定密闭系统空间内产生标准的相对湿度环境。具体的方法是在盛有饱和盐溶液、具有橡胶塞的250mL玻璃瓶内悬挂装有谷物的铜网制成的小桶置于1035的人工气候箱内温度精度为??0.9保持1196的相对湿度。经过一定时间后根据称重法判断是否达到平衡水分平衡前后的两次