一、花粉的幹燥、去雜及殺菌技術
蜜蜂剛采集的新鮮花粉團含水量為15%~20%,有的甚至高達30%~40%。含水量高的花粉極易發黴變質,必須及時通過幹燥處理,使其含水量降到8%以下才可貯存。
花粉中常混有蜜蜂及其他昆蟲的屍體、蠟屑、草梗等雜質,會影響花粉的品質和後續加工,必須經過去雜處理。
(一)花粉的幹燥處理
花粉的幹燥處理在工業上通常采用氣流幹燥、輻射幹燥和介電幹燥等。
1.氣流幹燥及其設備
氣流幹燥就是利用熱氣流對固體物料進行幹燥的一種幹燥方法。從影響幹燥的因素來看,其效率決定於氣流的溫度、濕度和流速;溫度越高,相對濕度越低,流速越快,越有利於幹燥。常用於花粉氣流幹燥的設備有烘箱、隧道式幹燥器和沸騰氣流幹燥器。
(1)烘箱與隧道式幹燥器幹燥:
① 烘箱是一種常用的幹燥設備,多采用強製氣流的方法。一個具有鼓風裝置的大型烘箱:將待幹燥的花粉放在帶隔板的架上,開啟加熱器和鼓風機,由上至烘箱下通過各層而帶走水分,最後熱濕空氣自出口處排出箱外。排出的熱濕空氣如未飽和,仍有部分利用價值,可利用氣流調節器使其部分加入進氣道,與新鮮空氣混合後重新利用。
為了防止熱量的損失,烘箱的外殼用石棉或類似物包裹。② 隧道式幹燥器就是把待幹燥的花粉由傳送帶輸入,通過一段較長距離的對流傳熱空間而完成幹燥過程的設備。在生產中,常采用強製氣流、控製氣流速度以及分段預熱、提高熱空氣溫度、相應地降低熱空氣的相對濕度等技術措施來提高幹燥速度,因此它具有幹燥速度快、物料受熱時間短、可以連續生產的特點。
(2)沸騰氣流幹燥器幹燥(流化床幹燥):
沸騰幹燥就是將濕物料置於高溫高壓的縱向氣流中,使之不停地上下運動,於動態下進行熱交換,將水蒸氣帶走,從而達到幹燥的目的。沸騰幹燥的設備為沸騰幹燥器。濕物料在幹燥器中狀如沸騰,大大增加了蒸發麵,該設備體積傳熱係數大,器內各處溫度均勻,但由於散熱麵大,熱量損失亦較多。
沸騰幹燥器是流化技術在幹燥上的應用,主要用於粒狀濕性物料的幹燥。由於花粉是粒狀濕性物料,因此沸騰幹燥器也被用於花粉的幹燥。
沸騰幹燥器又稱為流化床幹燥設備,其主要結構與功能如下。
① 熱源:即熱效率較高的散熱排管,吸入的空氣經過排管交換後成為熱氣流,溫度一般調節在80℃以上,有時可達100℃。
② 沸騰室:一般長約200cm、寬25cm、高50cm,兩邊各開觀察窗和清洗門,底部由2塊多孔板組成,上鋪一層絹篩網,孔板下麵有幾個進風閥門。使用時將清洗門、觀察窗關閉,由於排風機的抽空,熱氣流經多孔板的小孔以高速的氣流進入,濕顆粒一進入沸騰室內就立即翻騰,向出口方向移動,成為連續操作。濕粒在沸騰室內的多孔板上方翻騰,流動性很強,使整個室內的顆粒保持一定水平,隻要推開出料閘門,顆粒就能順利地由出口放出。沸騰層在沸騰室的下部,是整個沸騰幹燥室的關鍵部分。濕顆粒在沸騰層經過的時間大約為20min,當層內溫度持續保持在40℃左右時,表示顆粒已幹燥,但也可根據顆粒的幹燥程度出料或間隙出料。有的在出料口處裝有電磁振動篩,幹粒經過篩後收集於適宜的容器中。
③ 擴大層:就是沸騰層上方的長方形室,比下麵寬一倍、高一倍。濕顆粒有粗有細,還含有一定量的細粉。由於它們的質量不同,在沸騰層底部的多數是粗顆粒,中部多數是半粗顆粒,上層為細顆粒,細粉則隨著氣流上升。因此,利用擴大層降低壓力來減少細粉上升的速度,並且使之在擴大層中繼續幹燥,然後進入細粉捕集室。
④ 細粉捕集室:其室內上層有連續擴大層的風道,風道上有幾個圓筒,紮上幾隻大布袋,袋的下端紮緊。細粉捕集室似一個壁櫥,一麵接排風機,沸騰床中的濕熱空氣進入細粉捕集室中,經布袋過濾抽去,細粉則留在袋內,待操作結束後由布袋底部放出。
⑤ 鼓風機:可用功率為7kW、風量為2250m3/h、風壓為0.08MPa的鼓風機。操作時先開啟蒸汽加熱器,扣好粉塵收集布袋,再開動排風機使沸騰床內部幹燥,然後通入濕顆粒,調節好風量,保持一定的濕度。
(3)輻射幹燥器與紅外幹燥器幹燥:
輻射幹燥就是熱能以電磁波的形式由輻射器發射,入射至濕物料表麵,被其吸收並轉變為熱能,使水分加熱汽化而達到幹燥的方法。
紅外線是一種肉眼看不見的電磁波,其波長範圍為0.75~100μm,頻率為4×1014~3×1011Hz。通常將波長在5.6μm以下的稱為近紅外,5.6~100μm區域稱為遠紅處。
物質分子吸收紅外線的輻射量後會發生共振,運動加劇,彼此碰撞和摩擦,產生熱量,從而使物料受熱幹燥。
振動式遠紅外幹燥機示意圖,機組由加料係統、加熱幹燥係統、排氣係統及電器控製係統組成,濕顆料由加料鬥經振動加料器輸入第一層振槽,在箱頂預熱;在偏心振動裝置和鏈輪傳動機構以及電動機的驅動下,物料被輸入第二層振槽,經輻射裝置受遠紅外輻射加熱,水蒸氣由風機經排風管及蝶閥排出;物料在振動下被送到第三層振槽繼續加熱達到幹燥的目的;物料至第四層後,經冷風逐漸冷卻,通過振槽頂端的篩網,經出口送至貯桶貯存。此機還附有控溫儀、電熱阻絲斷路指示燈等控製裝置,它結合振動翻轉輸送物料,顯著地提高了傳熱及傳質過程,因此幹燥速度快,受熱時間短,熱能利用率高。對於含水率在7%~8%的濕顆粒進行幹燥,幹燥溫度最高為90℃,濕顆粒通過遠紅外輻射時間為1.7~2.2min,成品含水率可降至0.5%~1.9%,它是花粉幹燥的理想設備,而其主要缺點是振動噪音較大。
(4)介電加熱幹燥器與微波幹燥器幹燥:
介電加熱幹燥是將物料置於高頻電場內,由於高頻電場的交變作用,物料受熱而達到幹燥的目的,電場的頻率不到300MHz的加熱稱為高頻加熱,300MHz到300kHz的超高頻加熱稱為微波加熱。目前微波加熱所用的頻率為915MHz和2450MHz兩種,後者在一定條件下兼有滅菌作用。濕物料中的水分子在微波電場的作用下,被極化並沿著微波電場方向整齊排列。由於微波是一種高頻交變電場,水分子隨著電場方向的交互變化而不斷迅速轉動,並產生劇烈的碰撞和摩擦,部分微波能轉化為熱能,從而達到幹燥的效果。
微波幹燥的特點是加熱迅速、物料受熱均勻、熱效率高,故其幹燥速度快,幹燥的產品也較均勻潔淨。微波一作用於濕物料,其中的水分立即被均勻加熱,這不同於傳導、對流和輻射的傳熱,無需經過傳熱途徑和傳熱時間,熱損失少。在幹燥過程中,濕物料內部水分往往比表麵多,因而物料內部吸收的微波能量多,溫度比表麵高,這樣濕物料的溫度梯度與水分擴散方向一致,從而提高了水分的擴散速率,加快了幹燥速度。微波還有選擇性加熱的特點,由於水的介電常數比固體物料大得多,故濕物料中水分獲得較多的能量而迅速汽化,而固體物料因吸收微波能力小,溫度不會升得過高,有利於保持產品質量。
微波幹燥是一種新型高效的幹燥方法,但其缺點是設備及維修費用較高,同時存在漏波的危險,因此對設備的屏蔽要求極嚴,以保證操作者的身體免遭傷害。微波幹燥器及其示意圖。
(二)花粉的去雜處理
蜂場采收的花粉中,多數都有蜂屍、蜂頭、蜂足、草梗、蠟屑、塵土、蟲卵等雜質,應通過風力揚除和過篩分離以去雜。風力揚除主要是分離除去質輕的蜂翅、蜂足、草梗、蠟屑和粉塵等雜質,過篩主要是分離除去比花粉團粒(2.5~3.5mm)大的蜂屍、蜂頭、草梗等以及體積比花粉團粒小的塵土、蟲卵和碎花粉團粒等。
氣流篩配合式清選機示意圖:料鬥出口處有調節板和喂料輥,分別用以控製氣流下的花粉量和保證花粉均勻連續喂入。花粉由喂料輥落下,經第一吸風道,其中質輕的蜂翅、蜂足、草梗、蠟屑和粉塵等雜質被吸走;篩箱內有三層篩,上篩采用孔徑為4.70mm的4目篩,中篩采用孔徑為3.36mm的6目篩,下篩采用孔徑為1.98mm的9目篩。上篩和中篩的作用相同,用以分離出蜂屍、蜂頭、草梗等比花粉團粒直徑大的雜質,下篩清除塵土、蟲卵和碎花粉團粒等比花粉團粒直徑小的雜物,使花粉停在篩上,由篩尾流到卸料口,經第二吸風道時其中剩餘的輕質雜物被吸走。由第一吸風道和第二吸風道吸走的輕雜物進入沉降室,其中較重的雜物沉降至室底,由螺旋推送器送出,較輕的則隨氣流排出機外。
(三)花粉的消毒滅菌
蜜蜂采集的花粉中,不可避免地存在著許許多多的微生物,其中還可能有某些病原微生物,因此對花粉進行消毒或滅菌十分必要。消毒就是用物理或化學方法,殺滅物體上或介質中的病原微生物。滅菌就是應用物理或化學方法,把物體上或介質中的微生物及其芽孢(包括致病的和非致病的微生物)全部殺死,獲得無菌狀態的總過程。
根據加工目的不同,對花粉的消毒或滅菌通常可采用化學方法中的噴乙醇滅菌法或物理方法中的遠紅外加熱滅菌法、微波加熱滅菌法和60Co γ射線輻照滅菌法等。
1.噴乙醇滅菌法
濃度70%~75%乙醇對微生物具有最強的穿透力,滅菌效果最好,對花粉采用噴乙醇滅菌法時,應先測定花粉的含水量,然後根據花粉含水量確定將使用的乙醇濃度,使其最終濃度控製在70%~75%。如果花粉的含水量是5%,則采用75%~80%乙醇;如果花粉的含水量是12%,則采用80%~85%乙醇。花粉的含水量越高,所噴用的乙醇濃度要越高。
噴乙醇時,先將花粉平攤在台板上,然後將配好的乙醇溶液裝入噴霧器中,邊噴邊翻動花粉,應力求噴灑均勻、徹底,噴過之後應盡快將花粉裝入塑料袋內密封保存,以免乙醇揮發後再次染菌。
2.遠紅外加熱滅菌法
遠紅外滅菌屬於熱力滅菌,由於加熱可破壞蛋白質和核酸中的氫鍵,導致核酸破壞,蛋白質變性,酶失去活性,因而致使微生物死亡。
微生物的耐熱性是其特性之一,通常采用致死時間和致死溫度為指標來描述。致死時間又稱熱死時間,是指在某一溫度下,殺死微生物所需要的最短時間。致死溫度是指在一定的時間內,殺死某種微生物所需要的最低溫度。微生物的種類不同,各自的耐熱性也不同,其間存在相當大的差異,一般細菌在56~60℃的液體中經30~60min即可被殺死,而細菌的芽孢對高溫具有強大的耐受力,這是因為:芽孢壁厚而致密,熱力不易透入胞內;芽孢內水分含量少,加熱時蛋白質不易凝固,酶不易失去活性;芽孢內含有吡啶2,5-二羧酸鈣,能與蛋白質結合成耐熱的複合體。
花粉采用熱力滅菌要掌握好致死溫度與致死時間的關係,通常采用的滅菌溫度越高需滅菌時間越短,采用的滅菌溫度越低,時間越長。
對花粉采用遠紅外線照射,可起到滅菌和幹燥的雙重作用,其操作過程的關鍵是選擇最適宜的溫度和時間,避免高溫處理,盡可能減少對花粉營養成分的破壞。實踐證明:將花粉放在遠紅外滅菌箱內,溫度恒定在40~45℃,處理7h,即能達到消毒滅菌和幹燥的雙重目的。如果將溫度提高到45~50℃,既能達到消毒滅菌的目的,又能縮短處理時間,對花粉的營養成分也沒有破壞。對於汙染嚴重的花粉采用70℃以下的溫度處理3h,可徹底滅菌。
3.微波加熱滅菌法
微波通常是指頻率大於300MHz或波長短於1m的高頻率交流電波。微波加熱是物質在外加電場作用下,產生分子極化現象,隨著電壓高頻率交替變換方向,正負電場的方向也交替變換,極化分子隨之不停地轉動。結果有一部分能量轉化為分子雜亂熱運動的能量,分子運動加劇,摩擦發熱,物質的溫度升高。由於熱是在被加熱的物質中產生的,所以加熱得很均勻,並且升溫迅速。由於微波可穿透物質的較深部位,而水可強烈地吸收微波,所以微波可以用於花粉的滅菌。
用微波爐處理花粉時,由於其中的水分子不停地轉動而發熱,從而對微生物的殺傷力很大。例如在75℃時照射5s,對大腸杆菌的滅菌率可達99.99%。其滅菌原理除熱效應作用外,光化學效應、磁力共振效應等對細菌都有殺傷作用。在實際應用中,采用45℃的溫度對花粉營養成分活性破壞較小。試驗證明,利用高擋位(650W、90%功率)對花粉進行滅菌的效果比較理想,操作方法如下。
① 將牛皮紙鋪在微波爐托盤上,然後將花粉平攤在紙上,由中心向外麵逐漸增厚,最外層的厚度是中心的3倍。
② 攤好花粉後將爐門關閉,把定時器調到30s,功率選擇旋鈕調至低擋處,然後打開開關。
③ 30s後停機、開門,用玻璃棒翻攪花粉讓其散熱,2min後再將花粉攤好送入爐堂,關閉爐門,處理30s,然後開門,攪動花粉4min,攤好後關門再處理一次,取出,使其很快散熱,至室溫後裝袋密封保存。