基于清潔能源的玉米微波干燥特性研究

竇雪峰

摘 ?要：清潔能源是解決能源危機的主要途徑之一，筆者對清潔能源背景下玉米微波干燥特性進行了相關的試驗，最終得出了相應的結果。

關鍵詞：燃料乙醇;玉米;微波干燥

環保和能源問題是當前國際社會的重要議題，伴隨著化石能源的逐漸萎縮和所帶來的環境污染，越來越多的人將視線投入到了清潔能源的議題上。當前清潔能源的種類愈發多樣，從傳統的電能到如今的生物能源，清潔能源的議題也在隨著人類社會的不斷發展而不斷更迭。本次主要針對玉米的微博干燥特性進行研究，在當前清潔能源不斷發展的大背景下為玉米的深加工提供新的出路。

一、相關概念闡述

1.清潔能源需求

玉米是人類的主要作物之一，我國引進玉米已有幾百年的時間，伴隨著國際上新能源需求的增加，有不少研究人員對于玉米的特性也展開了研究，并給予玉米的特性開發了玉米提煉燃料乙醇的用途。燃料乙醇既可以作為汽油的添加劑來提高汽油的燃燒效能，進而達到環保節能的目標，也可以燃料使用，不僅能夠減少對石油的依賴，保障能源安全，也能夠減少污染物的排放，因為燃料乙醇的碳排放與原料在生長過程中吸收的相等，所以不會造成過度的污染。脫水技術是燃料乙醇制備的關鍵技術，本文主要針對微波干燥這一特殊的脫水技術進行研究。

2.微波干燥

傳統的熱風干燥干燥效果和干燥質量相對一般，尤其是對于玉米這類特殊結構的作物來說，熱風干燥并不能起到很好的效果。微波干燥是利用高頻電磁波對作物內部進行加熱，具備速度快、質量高、生產清潔和自動化控制等優勢，被廣泛應用于食品加工業、醫藥工業、材料化工和陶瓷工業等領域。我國關于微波干燥糧食作物的應用已有十幾年的歷史，對玉米的微波干燥特性也有相關的研究，但多是糧食存貯，對于燃料乙醇制備用途的玉米微波干燥研究仍比較少。

二、試驗準備

1.材料和設備

本次眼就選擇的材料為本地種植蘇玉31，所選玉米籽均顆粒飽滿，沒有病蟲害特征，將玉米籽每25g分為一組，共準備5組。

所采用的設備有某公司的微波干燥裝置、YZ508電子天平、FTi32紅外熱成像儀，LDS-1G電容式谷水份測量儀、若干專用玻璃加熱培養器皿。

2.試驗方法

將5組實驗組分別以1～5組進行標注，5組的水分含量相同，均為26%，誤差為0.1%，其中1～4組為實驗組，5組為對照組。每組均單層平鋪在專用玻璃加熱培養器皿中，其中1組以119W的微波功率進行干燥，2組以231W的微波功率進行干燥，3組以385W的微波功率進行干燥，4組以539W的微波功率進行干燥。1～4組玉米籽均微波加熱5次，每次干燥時間比上次多一分鐘，每次干燥完成后將其取出擦凈表面進行稱重，同時利用紅外熱成像儀拍照。在采集到所有的實現數據之后需要計算相應的含水率，進而得出不同微波功率的干燥效果。

三、試驗結果

（1）干燥效果

根據實驗結果來看，幾組玉米籽在實驗中均得到了一定程度的干燥，其中4組539W的微波功率的試驗組含水率在第3分鐘的時候降到了12%以下，3組385W的微波功率的試驗組含水率在第5分鐘的時候降到了12%以下，2組231W的微波功率的試驗組含水率在第7分鐘的時候降到了12%以下，1組119W的微波功率的試驗組含水率在第7分鐘的時候降到了12%以下。

所以對于干燥效果來說，微波干燥的功率越大，其對于玉米的干燥效果也越快顯現。另外第1組玉米籽在前5分鐘是含水率下降緩慢，變化不大;第2組玉米籽在前3分鐘是含水率下降緩慢，變化不大;第3組玉米籽在前2分鐘是含水率下降緩慢，變化不大;第4組玉米籽在前2分鐘是含水率下降緩慢，變化不大。所以可以推測，含水率也是決定了微波干燥效果的重要參數。

（2）淀粉品質

玉米淀粉是玉米籽轉化為燃料乙醇的重要過程，在此過程中需要將玉米淀粉和處理過的玉米芯或秸稈進行原料混合發酵，所以玉米淀粉的品質決定了整體原料的發酵效果，進而影響燃料乙醇的質量。

從總體上來看，隨著干燥功率、溫度和風速的提高，淀粉得率在下降，而且干燥功率、溫度和風速越高，淀粉得率下降得越快。其中第1組實驗干燥玉米籽的玉米淀粉得率為78.4%;第2組實驗干燥玉米籽的玉米淀粉得率為80.5%;第3組實驗干燥玉米籽的玉米淀粉得率為72.1%;第4組實驗干燥玉米籽的玉米淀粉得率為65.8%;通過實驗結果分析，得出影響玉米籽粒淀粉得率的因素主次順序為2>1>3>4，經進一步分析，干燥功率和溫度對玉米籽粒淀粉得率的影響都呈極顯著性，而含水率以及三因素間的交互作用對玉米籽粒淀粉得率的影響不顯著。因此，從得到最高玉米籽粒淀粉得率來考慮，基于新能源需求的燃料乙醇制備原料玉米籽粒微波干燥的最佳工藝組合是2組。

首先使用制備好的四組玉米淀粉糖漿原料進行發酵。我們根據淀粉原料的粘稠度對其進行稀釋，并尋找合適的比例，經過優化實驗最后選擇1：5（w/v）的比例進行稀釋，此時四組結果原料中的的葡萄糖濃度為58g/L，總還原糖濃度為189.62g/L。對其進行搖瓶發酵，并檢測不同間組別發酵產物里的乙醇濃度，當發酵時間達到32h后，四組結果乙醇濃度均達到了48.3g/L，生產強度為1.51g/（L·h）。四組玉米淀粉的發酵結果完全相同，可以說制備所得的玉米淀粉品質完全相同。

四、總結

基于實驗結果分析，第4組實驗組的玉米籽干燥速率變化最快，第1組實驗組的玉米籽干燥速率變化最慢，中間兩組數據呈現明顯的遞減關系，所以可以看出微波干燥的功率越大，其對于玉米的干燥效果也越快顯現。同時所制備而出的玉米的淀粉率，第1組實為78.4%;第2組為80.5%;第3組為72.1%;第4組為65.8%，玉米淀粉發酵的燃料乙醇結果完全相同。綜上所述，第2組231W的微波功率從節能和的淀粉率角度來說，是制備燃料乙醇的最佳微波頻率參數。同時，本次試驗雖然具備一定的參考性，但不同環境下玉米籽的干燥機理也有所不同，所以需要相關研究人員進行進一步的研究認證。

參考文獻

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