我國糧食等稻谷干燥機設備的應用技術
我國糧食干燥機械化水平低，既有經濟、技術方面的原因，更大的是認識上存在較大誤區(qū)：
認為自然干燥優(yōu)于機械干燥。收獲后的稻谷在1h之內立即干燥與放置5h、10h、20h甚至數(shù)日再進行干燥，其米質大不一樣。在日本，含水率24%的稻谷放置10h以后再進行干燥，就只能作飼料糧。優(yōu)質才有優(yōu)價，日本“不落地大米”的價格高出于我們的米價10倍、100多倍，臺灣的米價高出我們5、6倍。我們現(xiàn)在的稻谷收購標準，含水率每超過0.5%,扣糧0.75%，并減價0.75%，即水分每超0.5%，實際減價1.5%，農民交糧因水分超標而減級減價的十分普遍。機械化干燥通過清選、裝料、干燥、緩蘇、冷卻、裝袋等工序，可以克服自然干燥的諸多弊端，自然晾曬時間長,干燥不均勻，不能保證安全水分率，破碎率高于3%，機械干燥確保糧食及時達到國庫收購標準，提高收購等級，做到谷物不落地，減少土石混入，提高品質，價格可提高5%-20%，優(yōu)質品牌價格更高，有效增加農民收入，具有顯著的經濟效益；機械干燥占用場地少，無需投資修建永久性硬化曬場，節(jié)省大量寶貴的土地資源；可減輕勞動強度，節(jié)省勞動力；可根治較普遍的公路曬糧陋習，減少交通安全隱患，減少糧食污染。不改變落后的生產方式只能在貧窮落后中惡性循環(huán)，既不利于國民的身心健康也不能提高農業(yè)的 競爭力，必須將沿用幾千年自然干燥法改為機械化干燥。
目前用于干燥稻谷的干燥機機型,根據(jù)谷物和氣流的流動方向分主要有混流式、橫流式、順流式、順混流式、逆流式干燥機等;根據(jù)循環(huán)類型可分循環(huán)干燥和不循環(huán)干燥兩種;根據(jù)熱源類型可分燃煤或燃油干燥機等。
一、混流式干燥機
干燥工藝為干燥- 緩蘇- 干燥- 緩蘇,典型的機型是美國路易斯安納州立大學研制成功的LSU稻谷干燥機。該機由若干標準段組成,每段有15 個全角狀盒, 6 個半角狀盒。角狀盒為三角形,頂角90°,橫向間距為400毫米,縱向間距200毫米。每段的尺寸為1. 2 ×1. 2 ×1. 2 米, 體積為1.728m3。常用的熱風溫度為50℃ ～ 60℃, 風量為44m3 ～97m3 / ( t·min) 。每標段可容納稻谷0. 85噸,每段所需風量10000m3 /h。烘干稻谷時,每個標段的生產力為1. 5 t/h (降水3%～5% ) 。每次通過干燥機的時間15分鐘,整個干燥過程需要使稻谷通過干燥機5次～6次,較高糧溫50℃,較低糧溫38. 3℃。
二、橫流式干燥機
橫流干燥機可分橫流循環(huán)干燥機和橫流- 緩蘇干燥機兩種。橫流循環(huán)干燥機為中小型干燥機。日本SDA型橫流循環(huán)式稻谷干燥機采用較低的熱風溫度(50℃～60℃) ,干燥和緩蘇在同一機體內進行。干燥加熱時間6分鐘～11分鐘,緩蘇時間60分鐘,風量為每100公斤稻谷0. 5m3 / s～0. 7m3 / s,降水量0. 6% /h,生產率為160kg/h～1000kg/h。其干燥原理為低溫大風量,薄層多風道,干燥加緩蘇的干燥工藝。廣東南海和中國農業(yè)大學生產的小型橫流循環(huán)稻谷干燥機,裝機量為0. 75噸～3噸,工藝流程為干燥- 緩蘇- 干燥- 緩蘇。
美國的移動式循環(huán)稻谷干燥機屬于圓筒形內循環(huán)橫流干燥機,此外還有英國、意大利等國也生產類似干燥機。臺灣三久和日本金子干燥機公司生產低溫稻谷干燥機,屬橫流循環(huán)式干燥機。上部為緩蘇段,下部為橫流干燥段,干燥過程中多次循環(huán)。有多種型號,裝機量1噸～30噸,降水率0. 4% /h～1% /h。干燥時自動檢測稻谷水分,達到安全水分即自動停機卸糧。橫流- 緩蘇型干燥機一般為大型干燥機,以美國BER2IC干燥機和黑龍江省紅興隆機械廠生產的5HL - 15為代表,生產率10 t/h以上。糧柱厚度0. 15米～0. 23米,風溫控制在43℃～49℃范圍,風量112m3 ～262m3 / ( t·min) ,稻谷流動速度是玉米的兩倍以上。
三、流化斜槽式干燥機
該機是一種典型的高溫快速干燥機,由廣東省農機所開發(fā)。當選用的風量超過或達到谷物臨界懸浮速度時,谷物在谷床中流動,具有液體特征。風溫達120℃,生產率2. 2 t/h,通過一次平均降水幅度2. 9% ,爆腰率增值4. 4% ,谷物一次通過時間1分鐘。一次通過干燥機的降水幅度小,干燥高水分稻谷時需要反復循環(huán)幾次,才能將稻谷降到安全水分。爆腰率增值超過國家標準,但低于流化床干燥機標準。該機體積小,成本低,降水快,干燥時間短,可用于收獲季節(jié)遇雨天的搶救性干燥作業(yè)。
四、逆流低溫干燥機
逆流低溫稻谷干燥機以美國希弗爾斯公司生產的DR I -FLOⅡ型干燥機為代表,中國農業(yè)大學1998年也開發(fā)成功了該類型的干燥機。該類型干燥機普遍采用低溫大風量干燥方式,以批式或連續(xù)方式干燥谷物,入倉稻谷達到要求厚度后,開始干燥,一般裝倉厚度0. 6米。干燥過程中,底部已干稻谷由卸糧裝置卸出, 糧層緩慢向下流動。熱風溫度30℃ ～50℃,風量18m3 ～54m3 / ( t·min) ,降水幅度可達10%。
五、順混流干燥機
黑龍江農墾科學院研究開發(fā)出了順混流稻谷干燥機。該機綜合利用了順流干燥適合濕谷物的特點和混流干燥均勻及干后谷物水分較低的特點。順流段風溫100℃左右,混流段風溫45℃左右。順流和混流段之間加上緩蘇段,實現(xiàn)了連續(xù)操作,一次干燥流程即達到安全水分,生產率可達10 t/h。
六、稻谷的干燥工藝
稻谷籽粒由堅硬的外殼和米粒組成,外殼對稻米起著保護作用,但在干燥時其外殼就起著阻礙籽粒內部水分向外面轉移的作用。所以,稻谷就成了一種較難干燥的谷物。試驗表明,稻殼、稻米和稻糠的干燥特性不同,其平衡含水率也各異。
2.2.3 升華干燥結束判斷方法�、偈褂脺囟葌鞲衅鞅O(jiān)測物料溫度以判斷物料中的冰是否全部升華;②壓力升判定法; ③目測法即視窗觀察升華交界面;④冷凝器溫度下降至升華前的狀態(tài); ⑤凍干箱的壓力下降至接近冷凝器的壓力[28 ] 。
2.3 解析干燥的干燥特性及干后處理
2.3.1 解析干燥的干燥特性 升華干燥結束后,物料中還存有約10 %的結合水。要除去結合水,必須增大溫度梯度,克服水的結合力。同時嚴格控制熱量輸入,防止產品過干。
2.3.2 判斷凍干物料干燥程度的經驗 關閉凍干箱與冷凝器之間的真空閥,觀察在1 min 內,凍干箱內壓力的回升情況(箱體沒有泄漏) ,如果壓力沒有明顯的升高,則可以結束凍干。一般關閉1 min 壓力上升< 1 Pa ,殘余水分約在1～2 %之間[29 ] 。
2.3.3 干后處理 因干燥產品表面積大,極易吸潮,所以解析干燥結束后的干后處理非常重要。干燥產品在出箱前必須迅速封口或加塞,這一過程需在真空或特定氣體的環(huán)境下進行,具體的應用方法根據(jù)產品種類的不同而異。特別在放空干燥箱時較好先將干燥的氮氣或惰性氣體充入箱內,而不能將高濕度的空氣直接放入。
2.4 凍干曲線[30 ,31 ] 凍干曲線是凍干箱板溫與時間之間的關系曲線。一般以溫度為縱坐標,時間為橫坐標,還可以有產品溫度、冷凝器溫度、真空度曲線。根據(jù)凍干產品的不同性質、凍干機的不同性能,制訂出適宜的凍干曲線,既是手工操作凍干機的依據(jù),也是全自動控制凍干機操作的依據(jù)。凍干曲線的制定應主要確定以下參數(shù):預凍速率、預凍溫度、預凍時間、水汽凝結器的降溫時間與溫度、升華速率和干燥時間、共熔點的測試等。其中預凍速率的快慢,對產品凍結中晶粒大小、活菌的存活率和升華速度均有直接影響。慢凍冰晶粒大,產品外觀粗糙,不易損傷活菌,速凍則相反[32 ] 。共熔點測定方法主要有:電阻檢測法、差熱分析掃描法、低溫顯微鏡直接觀察法、數(shù)學公式理論推算法等。其中電阻檢測法方便易行,是目前應用較多的一種[33 ] 。
3 凍干的質量評價
不同制品有不同的質量要求,例如外觀、復水性、含水率、pH 值、有效成分含量、穩(wěn)定性等。若是將藥品制成毫微粒凍干粉還需要考察其再分散性、形態(tài)、粒徑、包封率、載藥量、體外釋藥特性等。
3.1 外觀 理想的凍干產品外形應不塌陷,不皺縮、表面光潔,保持凍干體積不變,形成海綿狀團塊結構�？烧麎K脫落但不散碎為佳,色澤應均勻,無花斑,質地細膩。
3.2 含水率 含水量視產品種類的要求而定,一般控制在1～5 %之間。殘留水分過多,則為細菌提供了生長繁殖的條件而發(fā)生腐敗,生化活性物質易失活,降低穩(wěn)定性。含水率太低,對于生物制品來說會因細胞中結合水被抽出,使細胞破裂,細胞質濃縮而干萎死亡。
3.3 穩(wěn)定性 凍干制品的穩(wěn)定性可采用差示熱分析、差示熱掃描、熱重法等方法。如翁幼武等[34 ] 采用差示熱分析法對去氫駱駝蓬堿明膠微球的熱解穩(wěn)定性進行了探討。
3.4 熱原檢查 藥典規(guī)定中藥注射劑的熱原檢查應采用家兔實驗法,馮文軍等[35 ] 通過與家兔實驗法對比,證實了鱟試驗法在丹參粉針劑細菌內毒素檢查中的可行性。茍虹等[36 ] 對參麥凍干粉針劑中細菌內毒素檢查干擾試驗進行了研究,也說明了細菌內毒素檢查法(BET) 的可行性。
4 凍干技術在中藥領域中的應用
4.1 在中藥材中的應用 中藥在炮制加工過程中,植物蛋白、揮發(fā)油等有效成分會受到破壞。中藥飲片易受運輸、倉儲、保存等因素的影響而降低臨床療效,進而使以飲片為原材料的中成藥的質量受到制約。由于真空冷凍干燥制品能良好地保存加工原料的營養(yǎng)保健成份以及色、香、味、形,故其在人參、西洋參、冬蟲夏草、山藥、枸杞、鹿茸等中藥材中得到了廣泛應用。
4.2 在中藥半成品中的應用 中藥提取液的濃縮方法目前多采用真空低溫濃縮技術及薄膜蒸發(fā)濃縮技術,以減少有效成分的損失。而濃縮液的干燥也多有選擇冷凍干燥方法,尤其在對照品的干燥上應用較廣。
4.3 在中成藥中的應用 隨著中藥現(xiàn)代化的發(fā)展,凍干技術已被廣泛應用于植物藥現(xiàn)代化劑型的研究和開發(fā)。很多臨床治療效果良好的中藥注射劑因其不穩(wěn)定性,臨床應用受到局限并且儲藏和運輸不便。而將其制成凍干粉針后,穩(wěn)定性大大增強,所得產品
具備凍干制品的各種優(yōu)點。 對參附青注射液進行了凍干研究,結果參附青凍干粉針成型性、水溶性好,較注射液穩(wěn)定。因此中藥水針改粉針已成為近年來劑型改制的熱點,特別對于需靜脈注射但在水中不穩(wěn)定的復方或單體中藥來說,凍干粉針的研制和應用使很多問題迎刃而解。同時,凍干技術也是制備各種脂質體、毫微粒、納米乳的常用方法。
4.4 發(fā)展前景 中藥是中華民族的寶貴遺產,已經和正在為維護我們民族的健康昌盛發(fā)揮重要作用。中藥的炮制有其獨特的工藝,凍干工藝的出現(xiàn)又為傳統(tǒng)中藥的炮制提供了一種新的現(xiàn)代化的技術手段。中藥注射用粉針劑在臨床上也日益發(fā)揮出優(yōu)勢
作用,它也是中藥產業(yè)發(fā)展和中藥現(xiàn)代化的方向之一。凍干脂質體既可單獨制備、儲存,又可有效地延長藥品在體內的作用時間,降低藥品的毒副作用,提高藥品在體內的有效生物利用度。因此,凍干技術又使脂質體原有作為藥物載體的優(yōu)點進一步擴大,也為藥物研發(fā)開辟了一個嶄新的空間[38 ] �？傊�,真空冷凍干燥機作為一種新興的技術手段,在中藥的研究和開發(fā)上必然有著廣闊而美好的前景。
當前，我國糧食干燥機械化正面臨著難得的發(fā)展機遇：各級政府高度重視糧食生產，特別是2004年中央出臺多種措施提高農民的種糧積極性,頒布實施《農業(yè)機械化促進法》，形成了經濟支持、價格補貼、稅收優(yōu)惠等良好的政策環(huán)境；發(fā)展農業(yè)產業(yè)化和農機服務產業(yè)化離不開機械干燥這一重要環(huán)節(jié)，種糧大戶、農機專業(yè)大戶、農村專業(yè)合作經濟組織、龍頭企業(yè)等，對機械干燥具有較強的愿望和要求；目前市場上烘干機械種類多，有可供選擇推廣的實用新型機械和技術服務支撐。同時也存在一些不利的制約因素：農民收入水平低，購買力弱，投資回收期較長；農民產業(yè)化經營水平低，社會化大生產組織服務體系和機制遠未形成，對新技術的接納和應用惰性大；原糧的含雜率高，水分不均勻，對干燥機械性能質量要求較高，而市場上干燥機品種雜，良莠不齊，有些產品未經檢測鑒定就進入市場，一些國產干燥設備制造工藝水平低，材質差，干燥質量不穩(wěn)定，給用戶造成損失。沸騰干燥機使用加熱氣體，以提升和保持在流化狀態(tài)的原料�？諝獗灰虢浻伤惋L機的風箱或氣室，并經由多孔板，噴嘴，陶瓷網格或其它分布介質通過固體材料的分配板被分發(fā)。床達到流動和混合流體狀性質。流化提供了每個物質粒子和氣體流產生一種極其有效的傳送裝置之間的緊密接觸。具有較大粒度變化的產品，或高堆積密度可以受沸騰干燥機是較為常用的干燥設備的一種，也稱為流化床，分為立式和臥式兩大類，一般由加熱器、沸騰床主機、旋風分離器、布袋除塵器、引風機、操作臺等六大部分組成。其工作的主要原理是，利用空氣經熱交換器加熱后，形成熱風經閥板分配進入主機，濕物料從加料器進入干燥機，由于風壓的作用，物料在干燥機內形成沸騰狀態(tài)，并 混合機的主要作用是，將兩種或兩種以上的物質相互的均勻混合，并且在混合過程中不產生物料的熔解、揮發(fā)或變質�，F(xiàn)在社會發(fā)展，形成干性或濕性粉狀物，特別在化工、食品、等工業(yè)部門小批量混合不同的主輔材料，它不適用于混合半固體、液體或粘度過大的物料。振動 砂可以單獨用空氣流化-不需要振動。然而，添加少量振動改善了過程控制并降低了能量消耗。載體流化床干燥器的設計考慮了工藝靈活性。振動幅度和頻率可以很容易地調整，以優(yōu)化干燥過程。通過廣泛的測試，開發(fā)了專為加工砂和骨料設計的振動振幅/頻率組合�！ ∵@種組合提供了足夠的振動以有效地處理濕砂，巖 與普通空氣流化床相比，振動的影響可以降低流體床的壓降。振動流化床的流化曲線與普通空氣流化床不同，有兩個恒定的階段。在各種振動條件下，這種曲線的形式有一些差異。與普通空氣流化床相比，床層均勻流化可以在較小的風速下達到，而第一次流化時的壓降值階段明顯低于空氣流化床中^小流化壓降。
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