干燥物料水分状态研究

干燥物料水分状态研究陈茂鑫*（广西大学物理科学与工程技术学院南宁市物料在太阳能干燥房中干燥以后，用水分测定仪测定其含水量进行再干燥。测定再干燥前后物料的红外光谱，研宄其水分状态表明，在干燥过程后期，将干燥温度控制在结合水开始逸出的温度，可得到好的干燥效果1刖言动、植物或食物（一般是经过初加工的动、植物）的水分约占总质量的50一步干燥，企图继续降低物料的含水量时，就有可能使物料焦化，失去物料的特丨性因此为掌握好干燥工艺、控制干燥过程，必须搞清楚干燥物料内部水分状态以及在干燥过程中水分状态的变化情况2干燥物料所含水分的状态干燥物料的稳定性不只与其干燥后的含水量有关，而更重要的是其所含水分的活度（即水分的活动性），用水分活度Aw（activityofwater）作为干燥物料含游离状态水程度的指标之一，Aw可近似表示为：，ERH水分活度低，则稳定性高，不易被微生物侵袭而变质。含水量超过干物重的物料，水分活度Aw接近于1.0，含水量低于干物重时，Aw小于1-0，含水量低于干物质的50时，水分含量的轻微变动即可引起Aw的极大变动。干燥的目的一般是要使物料的含水量达到低于干物质的20甚至10以下，因此以下主要讨论低水分状态的情况。
是一般物料典型的低水分状态部分的等温吸附曲线，呈现干燥物料回吸水分的过程由于物料被干燥后，内部结构己发生了某些变化，回吸水分的过程不能完全重复解吸过程，因此吸附3232666（办）；；E-mailmxdiengxu.edLLc：陈茂鑫（1946-），男，广东省汕头市人，广西大学副教授，主要从事光学信息处理与应用的研宄物料低水分状态含水量与水分活度关系过程相对解吸过程有一些滞后，但两过程还是基本一致的，可以从回吸过程推演解吸过程0-0.25之间的区域，B卩I到I、边界的区域，干物料含水量约0*0-0.07g/g干物质（即含水量在0*7之间）这部分水是以氢键（HO蛋白质或HO碳水化合物等）结合的水，在-40*C以上不结冰，不能溶解溶质。在生物活材料中，大部分的结合水是和蛋白质、碳水化合物等相结合的，每100g蛋白|质可结合水分平均达50g，每10Cg淀粉结合水分在30-间。
25-0*85之间的区域，即从I、边界到、111边界的区域，干物料含水量在0* /g干物质（即含水量7 *3之间）这部分水的存在状态有多种形式，主要是通过氢键与相邻的水分子结合，还有些仍以HO蛋白质或tfcO碳水化合物的氢键形式结合，有些存在于直径<1mm的毛细管中。这部分水对溶质有溶解作用，可使固体的体积肿胀增大Aw大于0*85的区域，即区域I，干物料含水量超过0. 38g/g干物质（即含水量超过38），有的含水量高的可超过20g/g干物质（即含水量超过2000）这部分水被截留聚集在物料的多孔结构中，如存在于直径大于1mm的大毛细管中和纤维丝中的水分。
区域、111间的水分，一般也称为游离水，它包含了被组织中的显微结构、亚显微结构、膜所阻留的不移动水或滞化水，生物细胞间隙、组织中毛细管中的毛细管水，以及游离流动水这些水分容易结冰，能溶解溶质，能使物料的体积增大总的来说，结合水只占动植物物料总含水量的很小一部分。如100g肉，总含水量为70-若含蛋白质20g，则含结合水约10g，含游离水约60-65g因此要去掉物料中的水分，主要是去除存留在生物组织结构生物细胞间隙中的游离水必须提供能量给物料中的水分，即采用一定干燥方法，才能使水分从物料中逸出。而结合水结合能约12- 25kJ/mol，利用一般的干燥方法难以去掉物料内部的结合水3干燥后物料样品含水量的测定2选取40多种中草药植物样品，放入太阳能干燥房中干g==燥，直到一般情况下的干燥完成状态（减速状态）为止|2将每|种样品磨成较小的小块以后，取适量（约几克即可）分成两份，<一份不再进行任何处理，保持干燥后状态备用；一份用SC69- 02型水分快速测定仪测定干燥样品的含水量测量时室温为码十操35c，测定仪腔内温度保持在85C.为钻地风、车前草绞股兰等3种干燥样品在再干燥过程中水分测定仪读数的变化情况水分测定仪读数与再干燥时间的关系1一一钻地风；2-?车前草；3一一绞股兰在一般的太阳能干燥房内干燥温度约65C，在太阳光下曝晒自然干燥的温度一般为40-45C用水分快速测定仪测定干燥样品的水分含量，实际上就是在更高的干燥温度（经多次试验选定在85C）条件下，对常规温度下已干燥过的样品再进行高温干燥，使其残余水分从样品中逸出。选取85C作为再干燥温度是基于如下的原因：温室型太阳能干燥房一般高干燥温度不超过65C，加装远红外加热装置后高温度也不超过85C.温度太高有时反而有害，如有的含水量较大的干燥样品会被晒“熟”
在再干燥实验中，对不同中草药植物样品选取了多个不同的温度进行试验，如用75C、85C、9C、100C110C、120C等等（可通过调节水分快速测定仪的干燥灯泡的电源电压得到不同的温度）发现温度太高（如超过85C），有些样品容易被烧焦，而且再干燥过程所用的时间很短，不易测量水分变化由可见，常规干燥后的样品（每种样品各取1g）放入测定仪在85C的条件下再干燥，钻地风约经过16min，车前草约经过32min，绞股兰约经过34min，水分测定仪的读数不再变化，即样品的质量不再变化，说明其所含的水分就己基本逸出由此测定钻地风车前草、绞股兰等的含水量分别是9.5、6.76.5由可知，在测定含水量的过程中，从物料中逸出的主要是干燥后残余的游离水但也有极少量的结合水。
4干燥后样品与干燥后再干燥样品的红外吸收光谱比较将每种样品按上述办法分成两份（干燥后不用水分测定仪测定水分的一份，干燥后再用水分测定仪测定水分即再干燥后的一份），用红外光谱仪分别测定样品的红外吸收光谱，并将两谱线画在同一光谱图中。样品测定的制备过程为：将适量待测样品研磨成粉末，然后再加入适量的干燥溴化钾粉末继续研磨混合，压制成片时并抽真空为车前草的红外光谱中谱线i（实线）为不再干燥的样品的谱线，谱线2（虚线）为再干燥样品的谱线，从中可看出：（谱线2的比谱线1的略小），是典型的结合水（H2蛋白质或HzO碳水化合物等）产生的谱线2的比谱线1的吸收峰略小，说明再干燥只能极少量地减少结合水量，但不能去除结合水。
1之间有几个很小的尖锐吸收峰，是游离-O-H基团伸缩振动产生的，而谱线2没有，说明再干燥样品中的游离水己基本逸出车前草的红外光谱1一一干燥样品；2-一再干燥样品两谱线的基本形状相同，说明干燥后的样品，在85C的条件下再干燥，其基本成分不变但谱线2在1650cmI 1处主吸收峰值比谱线1的小，在1070-1650cm-指纹峰值也比谱线1的小，说明经过在85C条件下的再干燥|后，相应的有效成分含量有变化为绞股兰的红外光谱，谱线1（实线）为不再干燥的样品的谱线，谱线2（虚线）为再干燥样品的谱线，从中可看波数出其也具有如类似的规律绞股兰的红外光谱5结论1一一干燥样品；2?一再干燥样品本实验所用样品（中草药植物）晴天在太阳能干燥房中干燥了3昼夜（高温度65C）显然，物料在太阳能干燥房中干燥足够长的时间，可使其所含的绝大部分游离水逸出，而不能去掉结合水。在更高的温度（如85C）下再干燥，会使残余的游离水逸出与少量的结合水逸出，物料的外观与特性基本不变。干燥温度超过85C，其结合水就会逸出更多，物料就有可能焦化而失去原来的物性而变质。
不同种类的物料其结合水开始逸出的温度是不同的。显然要得到好的干燥效果，除了要有好的干燥工艺路线，还应该知道物料在什么温度时结合水开始逸出，在干燥过程的后期将高温度控制在结合水开始逸出的温度处，可得到好的干燥效果