【摘 要】
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我国是世界最大的精米生产和消费国,然而精米在贮藏过程中易受到害虫侵染,进而造成巨大的经济损失甚至引发食品安全问题。现广泛应用的化学熏蒸法存在环境污染与害虫抗药性增强问题,并且农产品上的化学残留会影响人类身体健康,因此对农产品非化学杀虫的需求日益增加。近年来,射频(Radio frequency,RF)加热技术由于具有整体快速加热、选择性加热、无化学残留、含水率自平衡等优点被广泛应用于农产品采后杀虫
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目(编号:31772031); 陕西省重点研发计划项目(2021NY-135); 榆林市科技计划项目(CXY-2020-076);
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我国是世界最大的精米生产和消费国,然而精米在贮藏过程中易受到害虫侵染,进而造成巨大的经济损失甚至引发食品安全问题。现广泛应用的化学熏蒸法存在环境污染与害虫抗药性增强问题,并且农产品上的化学残留会影响人类身体健康,因此对农产品非化学杀虫的需求日益增加。近年来,射频(Radio frequency,RF)加热技术由于具有整体快速加热、选择性加热、无化学残留、含水率自平衡等优点被广泛应用于农产品采后杀虫过程中。然而,加热不均匀是阻碍射频加热技术工业化应用的主要技术难题。因此,本研究使用6 k W,27.12 MHz平行极板式射频加热系统,以精米为研究对象,明确其在加热过程中进行不同方向移动对射频加热均匀性的影响;使用同样的射频加热参数阐明精米样品在加热过程中进行不同方向换位/换层以及搅拌对射频加热均匀性的影响;最后基于精米中最耐热害虫谷蠹的热致死参数,选择前述研究中改善较大且应用较多的三种运动方式,探究射频杀灭精米中谷蠹的效果。主要研究内容和结果如下:(1)三向移动对精米射频加热均匀性的影响。选择精米样品尺寸为270×185×42mm~3,总质量为1.5 kg,目标温度根据谷蠹热致死动力学参数确定为54℃。通过试验确定最佳极板间距为95 mm,此时加热速率为4.5℃/min,因此加热时间确定为6.5 min。试验时使精米在极板之间水平面面内两个方向移动以及垂直方向移动,其中水平移动包括从极板内部开始移动和从极板外部开始移动。试验结果表明,射频加热系统上下极板之间的电场相对均匀,在极板内部开始移动对加热均匀性改善不显著,而增加样品在极板外部开始移动可有效地改善射频加热均匀性;垂直方向移动提高了射频加热均匀性,同时减小了三层之间的温度差异。(2)三向换位及搅拌对精米射频加热均匀性的影响。选择前述研究确定的射频加热参数,首先明确三种同尺寸聚丙烯(Polypropylene,PP)容器对射频加热均匀性无显著影响;然后将加热时间均分为三段,在每两段时长之间进行水平面内两个方向换位或垂直方向换层操作;最后使用同样方法进行不同搅拌次数的试验。试验结果表明,将样品进行水平面方向换位,可减少样品的边、角过热,提高射频加热均匀性;垂直方向换层也提高了射频加热均匀性,同时减小了三层之间的温度和均匀性差异;搅拌处理最大程度地提高了射频加热均匀性,综合考虑射频处理工艺的效果和简便性,对于本试验样品,两次搅拌处理最佳。(3)移动、换层和搅拌对精米射频杀虫效果的影响。首先验证射频加热时增加表面热风加热对精米样品的加热速率的影响,重新确定加热时间,然后分别在静止、移动、换层以及两次搅拌条件下进行射频杀虫处理。试验结果表明,在射频加热精米样品时增加热风,会使其升温速率略微上升,为5.1℃/min,由此确定射频联合热风加热时间为6 min。辅助热风提高了精米射频加热均匀性,对样品上表面改善最多。静止条件下射频加热至54℃后,谷蠹成虫达到100%致死所需保温时间为13 min。样品均匀性随保温时间的延长而变好。在射频杀灭谷蠹成虫过程中辅以传送带移动、换层、搅拌可使谷蠹成虫致死率达到100%所需的保温时间分别为9、11、7 min。综上,本研究可为射频加热均匀性的改善、射频杀虫参数的优化以及射频加热技术的工业化推广应用奠定理论基础。
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