《雜交水稻貯藏加工》課件-第二節(jié) 種子干燥原理和方法

第二節(jié)種子干燥原理和方法種子干燥（seeddrying）是指利用一定的自然條件或機(jī)械設(shè)備，使種子內(nèi)部水分持續(xù)地向外汽化，降低種子含水量的過程。種子干燥的目的是降低種子含水量。一般新收獲的種子水分高達(dá)25%～45%，如玉米剛收獲時(shí)籽粒的含水量為25%～35%，小麥為18%～20%，水稻為20%～25%。通過干燥后，種子的含水量可以降到比較低，如水稻種子的含水量可以降到13%以下。一、種子干燥目的和必要性種子干燥的必要性是為種子安全包裝和種子安全貯藏奠定基礎(chǔ)。依據(jù)：高水分的種子遇到零下低溫易受凍害而失去活力；高水分的種子在貯藏期間，由于代謝旺盛，呼吸強(qiáng)度大，大量消耗種子的貯藏物質(zhì)，縮短種子壽命；高水分的種子在密閉的容器內(nèi)能大量消耗種子堆中的氧氣，使種子從有氧呼吸迅速轉(zhuǎn)換為無氧呼吸，從而產(chǎn)生酒精、乳酸等毒素，降低種子生活力和活力；高水分的種子，會(huì)促進(jìn)微生物和倉蟲大量滋生和活動(dòng)，危害種子。二、種子干燥特性及原理（一）種子干燥特性1.種子的膠體特性什么是膠體特性？溶膠或溶液中的膠體粒子或高分子在一定條件下互相連接，形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)空隙中充滿了作為分散介質(zhì)的液體，這樣一種特殊的分散體系稱作凝膠，它沒有流動(dòng)性，內(nèi)部的分散介質(zhì)可以失去也可以重新吸收。種子是一種吸濕和解濕的生物膠體。依據(jù)：種子是多細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物體，能形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在這空間結(jié)構(gòu)內(nèi)填充水分，這些水分可以汽化進(jìn)入空氣中；反過來，種子內(nèi)部的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（膠體）也吸收空氣中水汽分子，使它們從氣態(tài)的水汽分子變成液態(tài)的水分子。種子傳濕力：種子在低溫潮濕的環(huán)境中能吸收水汽，在高溫干燥的環(huán)境中能散出（解吸）水汽。種子傳濕力主要與種子的化學(xué)組成、細(xì)胞結(jié)構(gòu)和外界溫度濕度有關(guān)。如果種子含淀粉多，內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，毛細(xì)管較粗，細(xì)胞間隙較大，外界溫度高和濕度低時(shí)，傳濕力就強(qiáng)，反之則弱。據(jù)此，認(rèn)為禾谷類種子的傳濕力比含脂肪多的豆類種子要強(qiáng)，軟粒小麥種子傳濕力比硬粒小麥強(qiáng)。

種子傳濕力與種子干燥的關(guān)系：傳濕力強(qiáng)的種子，干燥起來就比較容易，相反，傳濕力弱的種子，干燥起來就比較慢；傳濕力強(qiáng)的種子可選擇較高的溫度干燥，干燥介質(zhì)的相對濕度要低些，并可進(jìn)行較大風(fēng)量鼓風(fēng)，傳濕力弱的種子則與此相反。2.干燥種子介質(zhì)的特性

2.1干燥種子介質(zhì)常用干燥種子的介質(zhì)主要是空氣，其次是加熱空氣、煤氣(煙道氣和空氣的混合體)

。以下以空氣為例介紹其特性。空氣的載熱體特性：當(dāng)溫度升高時(shí)，空氣獲得熱能。獲得熱能的空氣與種子接觸的時(shí)候，將熱量傳給種子，使種子升溫，此時(shí)空氣起到載熱體的作用。反之，當(dāng)溫度降低時(shí)，作為載熱體的空氣又能把種子釋放的能量帶走，使種子降溫?？諝獾妮d熱體特性可用空氣容積熱容量來表示。容積熱容量被定義為單位體積的物質(zhì)，溫度升向或降低1℃，所需吸收或放出的熱量?？諝獾娜莘e熱容量0.0013J／(cm3℃)?？諝獾妮d濕體特性：汽化后的水分子進(jìn)入空氣后，隨空氣的流動(dòng)而移動(dòng)，這時(shí)空氣起到載濕體的作用。空氣的最大載濕能力可以用單位空氣體積飽和水汽量來表示。在一定的氣壓下，1m3空氣內(nèi)，飽和水汽含量隨溫度升高而增加，原因是溫度提高，水分子運(yùn)動(dòng)速度加快，不易聚合凝結(jié)成水滴，單位體積的空氣能承載更多水汽。因?yàn)榭諝獾膶?shí)際載濕量直接測量比較困難，而相對濕度簡單易測，所以常用相對濕度表示空氣的實(shí)際載濕量。在一定溫度和壓力下，相對濕度越大，說明空氣的水汽越多，空氣的實(shí)際載濕量就越大。（二）種子干燥原理種子干燥是通過種子內(nèi)部水分不斷向表面擴(kuò)散和表面水分不斷蒸發(fā)汽化來實(shí)現(xiàn)的。在干燥過程中，由于空氣高溫和低濕度，種子表面水分蒸發(fā)汽化。種子表面水分蒸發(fā)汽化后，種子表面含水率小于內(nèi)部含水率，引起水分由含水率高的部位（種子內(nèi)部）向含水率低的部位（種子表面）移動(dòng)（濕擴(kuò)散）。影響種子干燥的因素（１）相對濕度：在一定溫度條件下，相對濕度越小，空氣中水汽分壓越小，空氣的水汽量離飽和越遠(yuǎn)，能容納的水汽越多，越有利于種子表面水分的蒸發(fā)和種子干燥。（２）干燥溫度：干燥的溫度適高，可以降低空氣相對濕度，也可以使種子溫度升高，水分子獲得足夠能量汽化，因此有利于種子干燥。但是，如果溫度過高，種子內(nèi)的毛細(xì)管受到破壞和種子表面形成裂紋。（３）氣流速度：種子表面的空氣流通速度快，可將種子表面的水汽帶走，降低種子表面的水汽分壓，有利于種子的干燥。（4）種子的生理狀態(tài)：如果水分含量很高，一下子就采用高溫快速干燥，會(huì)發(fā)生水分脫節(jié)的外干內(nèi)濕表面硬化現(xiàn)象，使內(nèi)部水分不能向外蒸發(fā)，悶在種子里面，時(shí)間長了，會(huì)使種子體積膨脹或胚乳松軟，喪失生活力。（5）種子的化學(xué)成分：種子的化學(xué)成分不同，干燥時(shí)也應(yīng)區(qū)別對待。A.粉質(zhì)種子：（如水稻）毛細(xì)管結(jié)構(gòu)較粗，組織疏松，傳濕力較強(qiáng)，可采用較為嚴(yán)格的干燥條件，如稍為加高溫，不容易發(fā)生毛細(xì)管堵塞現(xiàn)象，干燥效果明顯。B．蛋白質(zhì)種子（以大豆為例）：子葉肥厚，毛細(xì)管細(xì)小，組織結(jié)構(gòu)致密，持水力強(qiáng)，傳濕力較弱；且種皮疏松易失水，必須采用低溫慢速的干燥條件，使種子水分逐漸下降，內(nèi)外協(xié)調(diào)，才能保證種子的生活力。C．油質(zhì)種子：屬于疏水膠體、易失水，持水力不強(qiáng)（據(jù)有人試驗(yàn)，油菜種子太陽光下曬一天，可達(dá)安全水分），且有很好的生理耐熱性，可用高溫快速干燥條件，但也要防止種子會(huì)被燙傷，“走油”，影響品質(zhì)。（6）種子大小和種層厚?。悍N子籽粒大小不同，吸熱量也不一致，大粒種子需熱量多，小粒則少。種子顆粒越小，種層越薄，干燥越容易。三、種子干燥方法種子干燥的方法非常多，主要有自然干燥、通風(fēng)干燥、熱風(fēng)干燥、除濕干燥、輻射式干燥等多種方法。3.1自然干燥自然干燥就是利用日光、風(fēng)等自然條件，使種子的含水量降低，達(dá)到種子安全貯藏的水分標(biāo)準(zhǔn)。一般情況下，水稻、小麥、高粱、大豆等作物種子采取自然干燥即可達(dá)到安全水分。玉米種子完全依靠自然干燥往往達(dá)不到安全水分，自然干燥可以作為機(jī)械烘干的補(bǔ)充措施。自然干燥應(yīng)注意：A.厚薄合適：在晾曬種子時(shí)，一般可攤成５～２０ｃｍ厚。大粒種子可攤鋪１５～２０ｃｍ厚；中粒種子可攤鋪１０～１５ｃｍ厚；小粒種子可攤鋪５～１０ｃｍ厚。B.曬種子攤成波浪形：這樣曬種子比平攤效果好，在曬種時(shí)應(yīng)經(jīng)常翻動(dòng)，使上下層干燥均勻。C.應(yīng)注意高溫傷種：在南方炎夏高溫天氣，應(yīng)避免在中午或下午時(shí)水泥曬場或柏油場地曬種時(shí)，因表面溫度太高，容易傷害種子。自然干燥的缺點(diǎn)：要求有大面積的曬場、干燥周期長、勞動(dòng)強(qiáng)度大、干燥速率較難控制、易受蟲蠅鳥的危害、易受雨水的襲擊而造成霉?fàn)€變質(zhì)。3.2通風(fēng)干燥對新收獲的含較高水分的種子，因遇到天氣陰雨或沒有熱風(fēng)干燥設(shè)備時(shí)，可利用通風(fēng)設(shè)備將外界涼冷干燥空氣吹入種子堆中，以達(dá)到不斷吹走種子堆間隙的水汽和熱量，避免熱量積聚導(dǎo)致種子發(fā)熱變質(zhì)，達(dá)到種子干燥和降溫的目的。一般只有當(dāng)外界相對濕度低于７０％時(shí)，采用通風(fēng)干燥才是最為經(jīng)濟(jì)和有效的方法。3.3熱風(fēng)干燥熱風(fēng)干燥是利用熱空氣直接流過種子層表面，將種子水分汽化帶走，從而干燥種子的方法。熱風(fēng)干燥種子應(yīng)注意：A.切忌種子與加熱器直接接觸種子如與加熱器直接接觸，種子易被烤焦、灼傷而喪失生活力。B.嚴(yán)格控制種溫水稻種子水分在１７％以上時(shí)，種溫掌握在４３～４４℃。小麥種子溫度一般不宜超過４６℃。大多數(shù)作物種子烘干溫度掌握在４３℃，并隨種子水分的下降可適當(dāng)提高烘干溫度。C.熱空氣干燥后的種子需要緩蘇后才能進(jìn)一步干燥種子經(jīng)熱風(fēng)干燥后，種子溫度和水分是不均勻的：種子外層的溫度往往比較高，種子內(nèi)層的溫度往往比較低；種子外層的水分往往比較少，種子內(nèi)層的水分往往比較多。如果這時(shí)繼續(xù)高溫?zé)犸L(fēng)干燥這些種子，它們的表皮會(huì)出現(xiàn)爆裂或內(nèi)部出現(xiàn)“爆腰”。因此，這些熱風(fēng)干燥后，種子必須在緩蘇層進(jìn)行“緩蘇”（種子溫度和水分的均勻化）。3.4除濕干燥除濕干燥是利用常溫或高于常溫３～５℃，相對濕度很低（通常到１５％）的空氣作為干燥介質(zhì)進(jìn)行干燥的方法。根據(jù)除濕方式的不同，可分為吸附除濕干燥（干燥劑干燥）和熱泵干燥（機(jī)械除濕干燥）兩種方式。3.4.1吸附除濕干燥吸附除濕干燥是一種利用干燥劑的吸濕能力，先將空氣通過干燥劑將空氣中的水分吸附出來，然后將干燥的空氣通入種子層進(jìn)行干燥，直至種子達(dá)到平衡水分為止的干燥方法。用干燥劑干燥種子，可使種子水分降到相當(dāng)于相對濕度30％以下的平衡含水量，該平衡含水分對很多農(nóng)作物種子都低于安全貯藏水分。常用干燥劑的介紹：硅膠：成分主要是SiO2，玻璃狀半透明，無味，無臭、無害，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不溶于水，直接接觸水后便成碎粒不再吸濕。每公斤硅膠吸水0.4～0.5kg，吸濕后硅膠在150～200℃以下加熱脫水后干燥性能不變，仍可重復(fù)使用。但烘干溫度超過250℃時(shí)則開裂粉碎喪失吸濕能力。一般硅膠不能辨別其是否還有吸濕能力，使用不便。在普通硅膠中加入氯化鋰或氯化鈷成為變色硅膠，干燥的變色硅膠呈深藍(lán)色，隨著逐漸吸濕而呈粉紅色。氯化鈣：一種白色固體，吸潮后變?yōu)橐后w，加熱后水分蒸發(fā)，冷卻后可繼續(xù)使用。一般每kg氯化鈣吸水0.7～0.8kg。生石灰：通常是固體，吸濕后分解成粉末狀的氫氧化鈣，失去吸濕作用，不能重復(fù)使用，一般生石灰吸水0.25kg/kg。3.4.2熱泵種子干燥3.５輻射式干燥利用可見光和不可見光的光波傳遞能量使種子升溫干燥的技術(shù)稱為輻射式谷物干燥。這種干燥技術(shù)目前主要有太陽能干燥技術(shù)、遠(yuǎn)紅外干燥技術(shù)和高頻與微波干燥技術(shù)。四、種子干燥機(jī)械按作業(yè)方式，常用農(nóng)業(yè)種子加熱干燥機(jī)械主要分為堆放式分批干燥機(jī)械和連續(xù)流動(dòng)式干燥機(jī)械兩大類。（一）堆放式分批干燥機(jī)械種子堆放式分批干燥是使種子處于靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行干燥。堆放式分批干燥機(jī)械的特點(diǎn)：A.設(shè)備結(jié)構(gòu)比較簡單、建造容易、熱效率高、干燥成本低、清掃容易和操作簡單；B.通用性強(qiáng)，玉米穗和粒狀種子(如小麥、水稻和其它作物種子等)都能用同一設(shè)備進(jìn)行干燥。堆放式分批干燥機(jī)械的缺點(diǎn)：生產(chǎn)率較低，勞動(dòng)強(qiáng)度比較大，進(jìn)出物料需要間隔一定時(shí)間。常用的堆放式分批干燥機(jī)械有簡易堆放式干燥機(jī)械、斜床堆放式干燥機(jī)械、多用途堆放式干燥機(jī)械等種類。這里以斜床堆放式干燥機(jī)械進(jìn)行介紹。斜床堆放式干燥機(jī)械是目前國內(nèi)普遍采用的一種，包括出料口、進(jìn)料口、種床、間接加熱煤爐、連接風(fēng)道系統(tǒng)、通風(fēng)機(jī)和排潮風(fēng)道等主要結(jié)構(gòu)。斜床堆放式種子干燥機(jī)械的干燥工藝流程比較簡單，即由通風(fēng)機(jī)將由燃煤爐加熱的熱空氣和大量冷空氣抽進(jìn)連接風(fēng)道，混合后吹入擴(kuò)散風(fēng)道，并均勻地通過整個(gè)種層，對種子進(jìn)行干燥。斜床堆放式種子干燥機(jī)械的干燥工藝流程由通風(fēng)機(jī)將由燃煤爐加熱的熱空氣和大量冷空氣抽進(jìn)連接風(fēng)道，混合后吹入擴(kuò)散風(fēng)道，并均勻地通過整個(gè)種層，對種子進(jìn)行干燥。二、連續(xù)流動(dòng)式干燥機(jī)械

種子連續(xù)流動(dòng)式干燥是使種子處于流動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行干燥。連續(xù)流動(dòng)式干燥機(jī)械的特點(diǎn)：A.高水分的種子不斷加入干燥機(jī)，經(jīng)干燥后又連續(xù)排出；B.種子能夠均勻受熱，干燥質(zhì)量好，干燥效率高。在連續(xù)流動(dòng)式干燥機(jī)中，加熱氣體的流動(dòng)方向與種子移動(dòng)方向以同方向運(yùn)動(dòng)的干燥機(jī)稱之為順流式干燥機(jī)；彼此以相反方向運(yùn)動(dòng)的稱之為對流式干燥機(jī)；二者以互相垂直方向運(yùn)動(dòng)的稱錯(cuò)流式干燥機(jī)。連續(xù)流動(dòng)式干燥機(jī)械的種類很多，但其原理基本上一致，這里選兩種典型的機(jī)械來說明其工作原理。A.順流式種子干燥機(jī)在順流式種子干燥機(jī)械中，熱風(fēng)和種子的流向相同，高溫?zé)犸L(fēng)首先與最濕、冷的種子相遇。順流干燥時(shí)，用150℃的熱風(fēng)，通入含水率為25%的玉米中，經(jīng)過7.5cm以后，風(fēng)溫就降到81℃。商業(yè)化順流式干燥機(jī)往往設(shè)有二級或三級順流干燥段和一個(gè)逆流冷卻段，在兩個(gè)干燥段之間設(shè)有緩蘇段。種子在這種干燥機(jī)械內(nèi)的滯留時(shí)間為0.75～1.5h。二級順流式干燥機(jī)在一級干燥段，由于熱空氣的溫度通常較高（90℃以上），種溫迅速上升，而空氣溫度隨著種溫的升高而迅速下降。經(jīng)一級干燥后的種子進(jìn)入緩蘇層，其溫度和水分均勻化，然后進(jìn)入二級干燥段。在二級干燥段，種子和同方向的熱空氣接觸，進(jìn)一步干燥，然后進(jìn)入冷卻段。進(jìn)入冷卻段的種子經(jīng)自動(dòng)檢測水分。如果種子水分達(dá)到預(yù)設(shè)值，種子干燥停止，流出干燥機(jī)外；如果種子