嘔吐毒素污染小麥氣流分級(jí)分離技術(shù)研究

吳建章，鄭學(xué)玲，李 力，劉樹(shù)春

(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001)

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嘔吐毒素污染小麥氣流分級(jí)分離技術(shù)研究

吳建章，鄭學(xué)玲，李 力，劉樹(shù)春

(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001)

研究了水平氣流速度、分級(jí)隔板高度和供料時(shí)間等因素對(duì)嘔吐毒素污染小麥水平氣流分級(jí)裝置性能的影響。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了正交試驗(yàn)，得出影響嘔吐毒素含量高的小麥(即輕質(zhì)小麥)分級(jí)性能主次因素為：分級(jí)隔板高度、供料時(shí)間、水平氣流速度；小麥嘔吐毒素含量最高時(shí)的最佳分級(jí)條件為：水平氣流速u(mài)a=11.65 m/s，分級(jí)隔板高h(yuǎn)=100 mm，供料時(shí)間t=12 s。影響嘔吐毒素含量高的小麥分級(jí)質(zhì)量百分比的主次因素為：供料時(shí)間、分級(jí)隔板高度、水平氣流速度；嘔吐毒素含量高的小麥質(zhì)量百分比最高的最佳分級(jí)條件為水平氣流速度ua=11.65 m/s，分級(jí)隔板高度h=70 mm，供料時(shí)間t=15 s。

氣流分級(jí)；嘔吐毒素；小麥

在小麥的收獲季節(jié)，我國(guó)的江淮流域、南方等小麥產(chǎn)區(qū)正是高溫高濕季節(jié)，小麥極容易感染上嘔吐毒素。對(duì)我國(guó)某地區(qū)收獲的糧食進(jìn)行嘔吐毒素(DON)和玉米赤霉烯酮(ZEN)等真菌毒素的檢測(cè)表明，檢出率分別達(dá)69%和84%。DON等真菌毒素的污染不僅使小麥大面積減產(chǎn)，也為人們的飲食健康帶來(lái)安全隱患[1-2]。

DON污染小麥的脫毒方法主要有物理方法(如吸附、漂洗、剝皮、研磨等)、化學(xué)方法(如加氨、次氯酸、臭氧氧化等)和生物方法(如微生物吸附、酶降解等)等，但這些方法都不太適合小麥粉加工廠。因?yàn)樾←湻奂庸儆诟煞庸?，任何處理方法?yīng)對(duì)小麥粉無(wú)新的污染，只有這樣才能生產(chǎn)出符合食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的小麥粉。

DON污染小麥的氣流分級(jí)分離技術(shù)研究正是基于此目的開(kāi)展的，屬于干法分離，對(duì)小麥加工無(wú)任何新的污染。本研究根據(jù)DON污染小麥的相關(guān)物理參數(shù)與正常小麥顯著的空氣動(dòng)力學(xué)特性差異，利用不同顆粒小麥在水平氣流及重力作用下運(yùn)動(dòng)距離的不同來(lái)實(shí)現(xiàn)分級(jí)分離DON污染小麥[3]，從而降低小麥中的DON含量。

1 材料和方法

1.1 主要材料

DON污染小麥，體積質(zhì)量681.0 g/L，千粒重24.63 g，懸浮速度4.70～8.40 m/s。

1.2 試驗(yàn)裝置和儀器

DON污染小麥氣流分級(jí)分離的試驗(yàn)裝置原理見(jiàn)圖1。如圖1所示，本研究試驗(yàn)裝置由離心通風(fēng)機(jī)(4-72-№4A，5.5 kW，含變頻調(diào)節(jié)器)、風(fēng)速調(diào)節(jié)閥門(mén)、連接風(fēng)管、供料器和水平氣流分級(jí)裝置等組合而成。

主要試驗(yàn)儀器有ACS型電子計(jì)數(shù)秤(感量0.00 1 kg)、風(fēng)速儀、畢托管、U型管、秒表、高速萬(wàn)能粉碎機(jī)(FW177型)、國(guó)華恒溫振蕩器(SHA-B)、MultiSkan FC 酶標(biāo)儀、HC分析天平、嘔吐毒素酶免檢測(cè)試劑盒(無(wú)錫百奧森科技)等。

圖1 DON污染小麥氣流分級(jí)分離試驗(yàn)裝置原理圖

1.3 試驗(yàn)方法和內(nèi)容

1.3.1 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)裝置中，通過(guò)在風(fēng)機(jī)排氣段的連接風(fēng)管上安裝畢托管、傾斜式微壓計(jì)等來(lái)測(cè)試由變頻器、調(diào)節(jié)閥門(mén)等調(diào)試的水平氣流速度大小。在水平氣流分級(jí)裝置的底部均布分級(jí)隔板，將水平氣流分級(jí)裝置的底部分為多個(gè)分級(jí)區(qū)間，每個(gè)分級(jí)區(qū)間上安裝接料斗。

試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，小麥由裝置上部的供料器均勻供料。在來(lái)自風(fēng)機(jī)的水平氣流空氣動(dòng)力以及小麥自身重力的雙重作用下，小麥沿氣流運(yùn)動(dòng)方向被加速和輸送，同時(shí)發(fā)生自然沉降。輕質(zhì)顆粒小麥加速快、跑得遠(yuǎn)；重質(zhì)顆粒小麥加速慢、輸送距離短；最終小麥分別沉降落入不同的分級(jí)區(qū)間，即重質(zhì)小麥沉降在落料口附近，輕質(zhì)、細(xì)碎顆粒的小麥則在距進(jìn)料口較遠(yuǎn)處沉降。

試樣經(jīng)水平氣流分級(jí)后，稱(chēng)量每一分級(jí)區(qū)間內(nèi)的物料質(zhì)量，并測(cè)定千粒重、DON含量和計(jì)算每一分級(jí)區(qū)間的物料質(zhì)量百分比。供料開(kāi)始時(shí)，同時(shí)用秒表計(jì)時(shí)記錄供料時(shí)間，并通過(guò)稱(chēng)量供料量，計(jì)算出分級(jí)裝置產(chǎn)量。

DON污染的小麥籽粒較為干癟、皺縮，不如正常小麥飽滿(mǎn)，且各籽粒之間外形一致性較差。因此本研究中，采用指標(biāo)千粒重(Msk)為小麥的分級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)。而且定義：Msk≥ 40 g為重質(zhì)小麥；30 g

小麥千粒重測(cè)定參見(jiàn)GB/T 5519—2008。小麥體積質(zhì)量測(cè)定參見(jiàn)GB/T 5498—1985。

懸浮速度測(cè)定方法：把待測(cè)小麥放在底部為多孔板的料盒中，將料盒放置在懸浮速度測(cè)定裝置懸浮管的進(jìn)氣管口。調(diào)節(jié)風(fēng)速，待測(cè)小麥處于穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)時(shí)，懸浮管內(nèi)氣流的速度就是小麥的懸浮速度。

DON 的檢測(cè)參照GB/T 23503—2009。

1.3.2 試驗(yàn)內(nèi)容

在圖1所示的試驗(yàn)裝置上，首先分別測(cè)試改變水平氣流速度、供料時(shí)間和分級(jí)隔板高度等的單因素試驗(yàn)，繼而在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行3因素3水平的正交試驗(yàn)，得到影響DON污染小麥氣流分級(jí)分離的主次因素和最佳工藝條件。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 DON污染小麥的物理特性

DON污染小麥與正常小麥的物理參數(shù)見(jiàn)表1。

由表1可知，DON污染小麥與正常小麥相比，千粒重、體積質(zhì)量、懸浮速度都比正常小麥低，DON污染小麥中的DON毒素含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常小麥。從外觀上看，DON污染小麥籽粒干癟，不飽滿(mǎn)，外形一致性較差；而正常小麥則籽粒飽滿(mǎn)，顏色鮮亮，籽粒外形一致性較好。這些因素正是氣流分級(jí)分離的理論基礎(chǔ)。

表1 DON污染小麥與正常小麥物理參數(shù)

2.2 水平氣流速度對(duì)分級(jí)性能的影響

選取分級(jí)隔板高度h=120 mm，供料時(shí)間t=12 s，研究水平氣流速度對(duì)DON污染小麥分級(jí)的性能影響，見(jiàn)圖2、圖3。

由圖2可知，隨著水平氣流速度的增大，重質(zhì)小麥DON含量、中等小麥DON含量和輕質(zhì)小麥DON含量顯著不同，且含量差距有增大趨勢(shì)。這是因?yàn)樾←滎w粒的懸浮速度是一定的，水平氣流速度增大，小麥?zhǔn)艿降乃娇諝鈩?dòng)力增大，輕質(zhì)小麥顆粒加速快、跑的更遠(yuǎn)。

由圖3可知，隨著氣流速度的增大，氣流分級(jí)裝置分出的輕質(zhì)小麥呈增加的趨勢(shì)。

圖2 氣流速度對(duì)DON污染小麥DON含量的影響

圖3 氣流速度對(duì)DON污染小麥質(zhì)量百分比的影響

2.3 分級(jí)隔板高度對(duì)分級(jí)性能的影響

選取氣流速度ua=10.36 m/s，供料時(shí)間t=12 s，研究分級(jí)隔板高度對(duì)DON污染小麥分級(jí)的性能影響，見(jiàn)圖4、圖5。

圖4 分級(jí)隔板高度對(duì)DON污染小麥DON含量的影響

圖5 分級(jí)隔板高度對(duì)DON污染小麥質(zhì)量百分比的影響

由圖4、圖5可知，在一定的氣流速度下，隨著分級(jí)隔板高度的增加，重質(zhì)小麥DON含量、輕質(zhì)小麥DON含量均呈先增大后減少的趨勢(shì)；在分級(jí)隔板高度為130 mm時(shí)，重質(zhì)小麥的質(zhì)量百分比最高，輕質(zhì)小麥質(zhì)量百分比最低。因?yàn)殡S著分級(jí)隔板高度增加，擋住了更多的小麥，懸浮速度不一的小麥還沒(méi)有充分分級(jí)就被阻擋而落入前一分級(jí)區(qū)間內(nèi)，導(dǎo)致重質(zhì)小麥、中等小麥質(zhì)量百分比增多。

2.4 供料時(shí)間對(duì)分級(jí)性能的影響

選取氣流速度ua=10.36 m/s，分級(jí)隔板高度h=130 mm，研究供料時(shí)間對(duì)DON污染小麥分級(jí)的性能影響，見(jiàn)圖6、圖7。

由圖6、圖7可知，在氣流速度、分級(jí)隔板高度不變的情況下，隨著供料時(shí)間的縮短即供料量的增大，重質(zhì)小麥DON含量、輕質(zhì)小麥DON含量均呈降低的趨勢(shì)，而重質(zhì)小麥質(zhì)量百分比、輕質(zhì)小麥質(zhì)量百分比則變化不明顯。因?yàn)楫a(chǎn)量增大，意味著單位體積空間中小麥顆粒的數(shù)量在增加，小麥顆粒之間的相互影響、干擾增強(qiáng)，也即在同樣的水平氣流空氣動(dòng)力作用下，不同特性的小麥獲得的加速度、運(yùn)動(dòng)距離等均會(huì)減弱，分級(jí)效果下降，而重質(zhì)小麥質(zhì)量百分比則較高。

圖6 供料時(shí)間對(duì)DON污染小麥DON含量的影響

圖7 供料時(shí)間對(duì)DON污染小麥質(zhì)量百分比的影響

2.5 DON污染小麥氣流分級(jí)分離的最佳工藝參數(shù)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)水平氣流對(duì)DON污染小麥分級(jí)的正交試驗(yàn)，試驗(yàn)因素及水平的設(shè)計(jì)方案見(jiàn)表2，小麥DON含量正交試驗(yàn)結(jié)果的極差分析見(jiàn)表3，小麥分級(jí)后質(zhì)量百分比正交試驗(yàn)結(jié)果的極差分析見(jiàn)表4。

由表3試驗(yàn)結(jié)果分析可知，3因素對(duì)重質(zhì)小麥DON含量分級(jí)效果影響的主次順序?yàn)椋篈>C>B；重質(zhì)小麥DON含量最低的最佳分級(jí)條件為：A1B2C3，即水平氣流速度ua=9.00 m/s，分級(jí)隔板高度h=100 mm，供料時(shí)間t=15 s，在此工藝條件下，重質(zhì)小麥DON含量最低，重質(zhì)小麥DON含量為1 051.2 μg/kg。

3因素對(duì)輕質(zhì)小麥DON含量最高分級(jí)效果影響的主次順序?yàn)椋築>C>A；輕質(zhì)小麥DON含量最高的最佳分級(jí)條件為：A3B2C2，即水平氣流速度ua=11.65 m/s，分級(jí)隔板高度h=100 mm，供料時(shí)間t=12 s，在此工藝條件下，小麥分級(jí)的輕質(zhì)小麥DON含量最高。

表2 正交試驗(yàn)因素水平表

表3 小麥DON含量正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

表4 小麥分級(jí)后質(zhì)量百分比正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

由表4試驗(yàn)結(jié)果分析可知，3因素對(duì)重質(zhì)小麥即低DON含量小麥分級(jí)效果影響的主次順序?yàn)椋篈>C>B；重質(zhì)小麥質(zhì)量百分比最高的最佳分級(jí)條件為：A3B1C2，即水平氣流速度ua=11.65 m/s，分級(jí)隔板高度h=70 mm，供料時(shí)間t=12 s，在此工藝條件下，小麥分級(jí)的重質(zhì)小麥質(zhì)量百分比最高。

3因素對(duì)輕質(zhì)小麥即高DON含量小麥分級(jí)效果影響的主次順序?yàn)椋篊>B>A；輕質(zhì)小麥質(zhì)量百分比最高的最佳分級(jí)條件為：A3B1C3，即水平氣流速度ua=11.65 m/s，分級(jí)隔板高度h=70 mm，供料時(shí)間t=15 s，在此工藝條件下，小麥分級(jí)的輕質(zhì)小麥質(zhì)量百分比最高。

3 結(jié)論

單因素試驗(yàn)表明，水平氣流速度由小增大，重質(zhì)小麥DON含量、中等小麥DON含量和輕質(zhì)小麥DON含量顯著不同，且含量差距有增大趨勢(shì)；而氣流分級(jí)裝置分出的輕質(zhì)小麥質(zhì)量百分比呈增加的趨勢(shì)，重質(zhì)小麥質(zhì)量百分比在減少。隨著分級(jí)隔板高度的增加，重質(zhì)小麥DON含量、輕質(zhì)小麥DON含量均有先增大后減小的趨勢(shì)；重質(zhì)小麥分出的百分比在分級(jí)隔板高度130 mm時(shí)最高，輕質(zhì)小麥分出百分比呈減小的趨勢(shì)。隨著供料時(shí)間的縮短，即供料產(chǎn)量的增大，重質(zhì)小麥DON含量、輕質(zhì)小麥DON含量均有減小的趨勢(shì)，而重質(zhì)小麥百分比、輕質(zhì)小麥百分比則變化不明顯。

正交試驗(yàn)結(jié)果表明，3因素對(duì)重質(zhì)小麥DON含量分級(jí)效果影響的主次順序?yàn)锳>C>B，重質(zhì)小麥DON含量最低的最佳分級(jí)條件為A1B2C3。3因素對(duì)輕質(zhì)小麥DON含量最高分級(jí)效果影響的主次順序?yàn)锽>C>A；輕質(zhì)小麥DON含量最高時(shí)水平氣流分級(jí)的最佳條件為A3B2C2。

3因素對(duì)重質(zhì)小麥分級(jí)質(zhì)量百分比效果影響的主次順序?yàn)锳>C>B，重質(zhì)小麥百分比最高時(shí)水平氣流分級(jí)的最佳條件為A3B1C2；3因素對(duì)輕質(zhì)小麥分級(jí)效果影響的主次順序?yàn)镃>B>A，輕質(zhì)小麥百分比最高時(shí)水平氣流分級(jí)的最佳條件為A3B1C3。

[1] 樊平聲.小麥赤霉病和DON毒素研究進(jìn)展[ J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2010(5)：182-184.

[2] 殷 平，包志軍，卜 鋒，等.談?wù)勑←湷嗝共〉陌l(fā)生及防治[J].上海農(nóng)業(yè)科科技2011(4)：115.

[3] 李詩(shī)久，周曉君.氣力輸送理論與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992：111-112.

(責(zé)任編輯：俞蘭苓)

Air classification technology of wheat polluted by deoxynivalenol

WU Jian-zhang，ZHENG Xue-ling，LI Li，LIU Shu-chun

(College of Food Science and Technology，Henan University of Technology，Zhengzhou 450001，China)

The performance of horizontal air-flow classifier used in polluted wheat by DON affected by horizontal airflow velocity，baffle height and feeding time were studied.The orthogonal experiment was designed on the basis of single factor experiment，and the influencing factors of classification of DON contamination of wheat from high to low were as：baffle height，feeding time，horizontal airflow velocity.The optimal classification parameters of the highest content of DON in wheat were:ua=11.65 m/s，h=100 mm，t=12 s.The influencing factors of the classification mass percentage of polluted wheat of high DON content from high to low were as：feeding time，baffle height，horizontal airflow velocity. The optimal classification parameters of the mass percentage of polluted wheat of DON were:ua=11.65 m/s，h=70 mm，t=15 s.

air classification；deoxynivalenol (DON)；wheat

2017-02-25；

2017-05-25

糧食公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(201313005)。

吳建章(1966-)，男，副教授，研究方向?yàn)榧Z食工程、通風(fēng)除塵與氣力輸送。

10.7633/j.issn.1003-6202.2017.07.003

S512.1；TS210.4

A

1003-6202(2017)07-0007-04