新能源馕坑的工作原理及最佳工作狀態(tài)的試驗(yàn)研究

阿布都艾則孜?阿布來提等

摘要

馕是新疆各族人們在日常生活中接觸最多的食品之一。首先比較2種不同溫度測量儀，并通過誤差分析來選擇合適的測量儀，然后再利用紅外測溫儀測量新能源馕坑的工作溫度，并把這些結(jié)果與傳統(tǒng)馕坑上所得到的數(shù)據(jù)比較，得出新能源馕坑工作所需要的最佳溫度。

關(guān)鍵詞馕；新能源馕坑；紅外測溫儀；工作溫度

中圖分類號S509.9文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2015）21-289-03

馕是新疆和中亞地區(qū)各兄弟民族喜歡吃的的主要面食之一，已有3 000多年的歷史。在新疆生活的維吾爾族人民日常生活中，馕是不可缺少的一種食物。馕是在面粉（或精粉）中加少許鹽水和酵面，和勻，揉透，稍發(fā)，然后在特制的馕坑里烤制。根據(jù)馕中所添加的原料不同馕分為幾種類型，比如，添加羊油的即為油馕；用羊肉丁、孜然粉、胡椒粉和洋蔥未等佐料拌餡烤制的稱為肉馕；將芝麻與葡萄汁拌和烤制的叫芝麻馕等[1]。

烤馕設(shè)備叫馕坑。從古到今，馕坑的建造方法基本上沒有發(fā)生變化，主要用在水里泡的鹽石和瓷磚來制造。其中瓷磚在烤馕過程中起到保溫作用，鹽石使瓷磚變得更堅固，也助于它牢牢抓住馕。除了這種最古老的黏土馕坑以外，現(xiàn)在大城市里出現(xiàn)了陶瓷馕坑和鋼板馕坑。無論是那種類型的馕坑，內(nèi)部結(jié)構(gòu)形狀大致相同，都是外面看其肚大口小，形狀類似于倒口的寬肚大水缸[2]。無論是那種材料建造的馕坑，都是用木柴和煤炭等不可再生的燃料作為能源來烤馕，雖然烤馕這種傳統(tǒng)文化工藝用不了多少能源，但長期使用這些能源對馕類產(chǎn)品的衛(wèi)生、環(huán)境以及馕類產(chǎn)品的銷售帶來一定的影響。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，最近在這種最古老的馕坑基礎(chǔ)上，市場上出現(xiàn)了一些新能源馕坑，即只在家里通過最古老的方法來制作的地方工藝發(fā)展成各種技術(shù)凝聚在一體的電或燃?xì)鉃槟茉吹默F(xiàn)代化無煙馕坑。這對馕這種地方特色食品向全國甚至中亞地區(qū)銷售起到了關(guān)鍵作用。在文獻(xiàn)[3]中筆者已對以煤炭為能源的傳統(tǒng)馕坑工作狀態(tài)進(jìn)行了研究，并從黑體輻射理論出發(fā)，利用熱電偶溫度計測量出馕坑的溫度，詳細(xì)計算了在給定的工作溫度下馕坑的譜輻射能流密度、總輻射能流密度和腔內(nèi)譜輻射能量密度。這項(xiàng)研究對馕坑的發(fā)展，特別是以電、燃?xì)鉃槟茉吹臒o煙馕坑的發(fā)展帶來了一定理論基礎(chǔ)，目前市場上也有一些馕坑店使用以電或燃?xì)鉃槟茉吹男履茉粹慰覽4]。雖然這些新能源馕坑相對于傳統(tǒng)馕坑具有環(huán)保、健康、節(jié)能、低碳、無煙等特點(diǎn)，但市場上傳統(tǒng)的以煤炭為能源的馕坑占的比例高，很少人關(guān)注新能源馕坑的發(fā)展。為此，筆者利用熱電偶溫度計和紅外測溫儀測量新能源馕坑的工作溫度，并把這些結(jié)果與傳統(tǒng)馕坑上所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以便為新能源馕坑的發(fā)展提供參考。

1 電熱馕坑結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 電熱馕坑結(jié)構(gòu)

目前市場上的電熱馕坑主要由以下4個部分組成的：一是鋼制外殼。馕坑的外殼由鋼板和鐵板制造的，這類似于由土磚做出來的傳統(tǒng)馕坑。馕坑外殼大部分是四邊形的，也有多面形和圓形的。外殼的主要作用是保護(hù)馕坑內(nèi)壁，還對貼馕和拔馕操作提供一定的活動空間，因此有結(jié)實(shí)、外觀精美、做工精密等要求。二是保溫材料。因馕坑工作時馕坑內(nèi)壁的溫度很高，如果馕坑內(nèi)壁與外殼之間沒有有效的防熱措施，對外面操作帶來一定的不便以及沒法保證馕坑內(nèi)部達(dá)到熱平衡狀態(tài)。傳統(tǒng)馕坑平時用土磚做出四邊形外殼后，馕坑內(nèi)壁與外殼之間填土來達(dá)到防熱和保溫目的。在電熱馕坑中石棉當(dāng)作保溫材料。三是馕坑內(nèi)壁。馕坑內(nèi)壁是馕坑的貼馕部分，該部分是在馕坑整個結(jié)構(gòu)中溫度最高以及消耗最多的部分，所以馕坑內(nèi)壁材料必須具有一定的耐熱性。電熱馕坑的內(nèi)壁是10 cm寬的鋼板互相焊接制作的[2]，具有內(nèi)表面平整、耐高溫以及高溫下不變形等特點(diǎn)。四是加熱元件。除了以上3個部分以外還有一個最重要的部分是馕坑正中間的加熱元件。在市場上很多材料可以當(dāng)作電熱馕坑的加熱元件，比如電阻絲、石英燈和陶瓷等。其中陶瓷加熱元件是一種高效、熱分布均勻的加熱材料，它能夠確保溫度均勻分布，能容易消除設(shè)備的熱點(diǎn)及冷點(diǎn)。因?yàn)樗哂虚L壽命、保溫性能好、機(jī)械性能強(qiáng)、耐腐蝕、抗磁場等優(yōu)點(diǎn)，所以新能源馕坑中主要是陶瓷作為加熱元件的馕坑最多。

1.2 電熱馕坑工作原理及過程

電流通過導(dǎo)體時，導(dǎo)體會發(fā)熱，通過導(dǎo)體的電流為I，導(dǎo)體兩端的電壓國U時，導(dǎo)體中產(chǎn)生的熱量為：

Q=W=UIt

（1）

電熱馕坑就按公式（1）所表示的能量來加熱馕坑。電熱馕坑中陶瓷加熱元件繞成一定形狀的圈并安裝在馕坑正中間。陶瓷加熱元件具有效率高、節(jié)約能量、加熱快等特點(diǎn)。這對控制馕坑溫度及使馕坑達(dá)到熱平衡帶來了很多方便，并節(jié)約一定的加熱時間。

馕坑通電后陶瓷加熱圈開始升溫并往馕坑內(nèi)壁輻射熱量，使用電熱馕坑的時候可以按需要隨時調(diào)溫，達(dá)到烤馕所需的溫度。電熱馕坑和與傳統(tǒng)馕坑的能源不一樣，所以加熱的時間也不一樣。電熱馕坑加熱30～40 min后馕坑內(nèi)壁的溫度到360～400 ℃。這時為了控制溫度，陶瓷加熱圈上蓋上專門制作的蓋子。如果溫度再不斷上升，可以用旁邊的微調(diào)開關(guān)來調(diào)節(jié)馕坑內(nèi)壁溫度。蓋上蓋子以后等2～3 min，然后灑鹽水，灑鹽使馕坑溫度降到250～290 ℃。在這個過程做好面團(tuán)并開始壓成一定形狀。每個馕店起碼烤3～4種馕，家里烤的話也至少烤2種。灑30～60 s鹽水后可以貼和面團(tuán)，剛開始貼的時候馕坑內(nèi)壁左側(cè)和右側(cè)的溫度不一樣。一般從溫度最低的地方開始貼，當(dāng)火面團(tuán)貼完一邊的時候，馕坑內(nèi)壁另一邊的溫度也降溫到烤馕所需要的溫度。貼完后蓋上馕坑的蓋子，10～20 min可以扒馕，用鉤子扒出馕然后擦上專門做的油，再烤一會。剛出坑的馕放1～2 min鐘就可以吃。

2材料與方法

2.1 測量儀器

為了得到可靠的數(shù)據(jù)，對工作中的馕坑進(jìn)行溫度測量之前，試驗(yàn)分別用熱電偶和紅外溫度測量儀對實(shí)驗(yàn)室的小馕坑進(jìn)行了全面溫度測量。因?yàn)殁慰拥墓ぷ鳒囟缺容^高，所以測量工作中使用紅外測溫儀比較方便。然而紅外測溫儀在不同的溫度測量范圍內(nèi)的準(zhǔn)確度也不一樣，因此相同條件下對紅外測溫儀和熱電偶所測到數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。該比較工作中所使用的熱電偶是一種無固定冷端的WNR型熱電偶，它需要與TDW2001型溫度控制儀配套使用。

2.2 儀器表征

此次測量對象是非工作狀態(tài)電熱馕坑（沒烤馕的馕坑），首先把馕坑內(nèi)表面從下到上分成幾個相隔5 cm的區(qū)域，然后加熱30 min后對每一個區(qū)域的同一個位置用紅外測溫儀和熱電偶進(jìn)行了溫度測量。第2天同樣的試驗(yàn)條件下再進(jìn)行測量，這樣用2種測溫儀對每一個區(qū)域進(jìn)行了5次測量。表1是熱電偶（R）和紅外測溫儀（H）測量的馕坑不同區(qū)域的溫度。

從表1中可以看出，馕坑底部到上部的溫度變化不大，說明馕坑加熱30 min后坑內(nèi)部近似達(dá)到了熱平衡狀態(tài)。這個結(jié)論證明筆者在文獻(xiàn)[3]中所采用的模型，即把馕坑近似地看作黑體是正確的。根據(jù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差公式[5]：

S（x）=∑ni=1（xi-x）2n（n-1）

（2）

使用表1所顯示的5次測量數(shù)據(jù)代入公式（2）計算了2種不同測溫儀偏差，結(jié)果顯示，熱電偶的精確度為±15 ℃，分辨率為20 ℃；紅外測溫儀的精確度為±2 ℃，分辨率為0.1 ℃。從以上所得的誤差分析數(shù)據(jù)可以看出，2種測溫儀中熱電偶對同一個區(qū)域的測量誤差比紅外測溫儀大。除此之外，紅外測溫儀測量溫度所需要的時間比熱電偶測溫所需要的時間短，所以后面試驗(yàn)和測量過程選擇了紅外測溫儀，因此下一步工作中使用紅外測溫儀對電熱馕坑進(jìn)行了工作狀態(tài)的研究。

3結(jié)果與分析

使用紅外測溫儀對新疆著名的阿布拉的馕坑店[4]的3個電熱馕坑進(jìn)行了馕坑工作的不同階段和不同部分的溫度測量。表2顯示試驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)以及所烤的馕的種類。

從表2 中可以看出，烤不同馕（奶馕、核桃馕、油馕）的電熱馕坑工作溫度都在260 ℃左右，這跟文獻(xiàn)[3]中報道的傳統(tǒng)馕坑工作溫度相同，這說明雖然傳統(tǒng)的煤熱馕坑和電熱馕坑能源不同，但同樣達(dá)到相同的工作溫度。

這2種馕坑中煤熱馕坑容易達(dá)到馕坑最高溫度，但所需要的時間比較長，燃燒后出來的有害氣體會污染空氣，還每次烤馕都需要馕坑溫度上升到很高才能工作。對于烤馕一般需要170～300 ℃的工作溫度，然而煤炭加熱的傳統(tǒng)馕坑溫度上升到接近800 ℃后再降溫進(jìn)入所需要的工作溫度[3]。這過程引起燃料的浪費(fèi)、環(huán)境的污染、馕坑工作效率的下降等一些不利因素。在這種傳統(tǒng)馕坑中因燃料沒有完全燃燒而影響馕的質(zhì)量和食品價值，長時間飲食這種用煤烤的傳統(tǒng)馕坑甚至?xí)绊懭说慕】怠?/p>

根據(jù)文獻(xiàn)[3]的數(shù)據(jù)，在表3中比較了電熱新馕坑和傳統(tǒng)馕坑工作時的溫度。從表3中可以看出，雖然傳統(tǒng)煤熱馕坑和新能源電熱馕坑最高溫度較高，然而2種馕坑烤馕前后的工作溫度都在200～350 ℃，說明無論使用那種能源同樣可以達(dá)到馕坑工作所需要的溫度。雖然新能源電熱馕坑所需的最高溫度比傳統(tǒng)煤熱馕坑低，但同樣滿足烤馕的需求，而且能節(jié)約能量。

4 結(jié)論

從以上試驗(yàn)可以看出，使用新能源電熱馕坑時容易實(shí)現(xiàn)烤不同種類的馕所需要的工作溫度，而且溫度也很好控制。電熱馕坑因以電作為能源，因此沒放出污染環(huán)境的氣體或物質(zhì)，也沒有影響馕類食品的品質(zhì)。然而從以上分析可以看出，雖然電熱馕坑的工作溫度更適合烤馕，但是電熱馕坑的功率高，消耗的電多，烤馕成本高，所以市場上除了一些品牌馕店以外，很多普通烤馕店沒有使用電熱馕坑，這對新能源電熱馕坑的發(fā)展帶來一定的不利因素。在下一步研究工作中，將嘗試從馕坑的結(jié)構(gòu)出發(fā)，找出減小功率而提高效率的方法。除了電以外，煤氣和天然氣也可以當(dāng)作馕坑的能源，然而對燃?xì)鉃槟茉吹拟慰拥墓ぷ鳒囟群凸β蔬€需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

參考文獻(xiàn)

[1]

伊斯拉斐爾·玉蘇甫，安尼瓦爾·哈斯木.西域飲食文化歷史[M].烏魯木齊：新疆人民出版社， 2006：298.

[2] 阿布都艾則孜·阿布來提，艾力·如蘇力，博爾汗·沙來，等.維吾爾族馕坑幾何結(jié)構(gòu)及新能源馕坑的設(shè)計[J].食品科技，2012，37（11）：79-82.

[3] 阿布都艾則孜·阿布來提，博爾汗·沙來，阿拜，等. 黑體輻射應(yīng)用——馕坑工作原理及最佳工作狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)和理論研究[J].食品科技，2012， 37（1）：140-143.

[4] 王雪麗， 馮蘭剛.打破市場的堅冰——由阿布拉的馕排隊購買現(xiàn)象談起[J].商場現(xiàn)代化， 2007（19）：223.

[5] 艾爾肯·阿不列木，阿合買提江，張翼生，等.新編大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013.