全 文 ： 2009, Vol. 30, No. 05 食品科学 ※基础研究24
米粉、绿豆粉及黄豆粉的导热系数的实验研究
刘 斌，陈艳婕
(天津市制冷技术重点实验室，天津商业大学，天津 300134)
摘 要：农产品热物性是影响其深加工工艺的关键因素，其中导热系数最为重要。通过对现有导热系数测量方法
的分析，采用球法测量法测量大米粉、绿豆粉、黄豆粉的导热系数。通过对实验数据的分析，回归了导热系数
与温度、含水率、总糖和蛋白质之间的关系。实验结果表明，大米及绿豆的导热系数随着温度升高而降低，黄
豆导热系数随温升高而增大，并都随各种营养成分的增加而增大。
关键词：大米；绿豆；黄豆；球法测量技术；导热系数
Study on Thermal Conductivities of Rice, Mung Bean and Soybean Powders
LIU Bin，CHEN Yan-jie
(Tianjin Key Laboratory of Refrigeration Technology, Tianjin University of Commerce, Tianjian 300134, China)
Abstract ：Thermal properties of agricultural products are key factors affecting their deep processing technology, especially
the thermal conductivity is most important. Based on comparison of present measurements, the spherical measurement was
adopted in this study to determine the thermal conductivities of rice, mung bean and soybean powders. Finally the equations
between thermal conductivity and temperature and between thermal conductivity and nutrition content were obtained by
regression analysis. The results showed that the thermal conductivities of rice and mung bean powders decrease with the increase
of temperature, while that of soybean increases with the increase of temperature, furthermore all of them increase with the
increase of nutrients except water.
Key words： ice powder；mung bean powder；soybean powder；spherical measurement；thermal conductivity
中图分类号：TS201.1 文献标识码：A 文章编号：1002-6630(2009)05-0024-03
收稿日期：2008-03-14
基金项目：天津市教委高等学校发展计划项目(2006ZY08)；天津市科技攻关计划项目(06YFGZNC01900)
作者简介：刘斌(1975-)，男，副教授，博士，主要从事低温物流及相关的能源研究。E-mail：lbtjcu@tjcu.edu.cn
农产品深加工涉及到多种热处理过程，如干燥、
冷却等，在这些过程中，导热系数决定着整个工艺过
程时间，因此对农产品导热系数的研究一直是学科的研
究热点，国内外的学者为此开展了一系列的研究。这
些内容包括成分对导热系数的影响[1-3]、处理工艺对导热
系数的影响[4-6]、测量导热系数的方法[7-9]等。这些研究
为进一步探讨导热系数奠定了很好的基础。但是随着加
工技术的发展，现有研究数据并不能提供足够的数据支
持，例如米粉加工、绿豆糕的加工。在本实验中，通
过球形法对大米、绿豆和黄豆子的当量导热系数进行测
量，并在考虑其物料组分的因素基础上，拟合导热系
数与温度、水分、总糖含量和蛋白质的实验关联式，
以期扩展导热系数的研究。
1 材料与方法
圆球法测材料导热系数是基于等厚度球状壁的一维
稳态导热过程，它特别适用于粒状松散材料，对本研
究中所涉及到的各种物料适用。当内环的加热量一定
时，随着测量时间的延长，热量通过被测材料的导热，
将热量传递给外环。当内环传递的热量和通过外环表面
传递给周围空气的热量相等时，这时外环表面温度将保
持不变，整个传热过程被认为是稳态传热，由此可以
计算物料的导热系数。整个结构原理如图1所示。
a. YQF-1型圆球导热系数测定仪
25※基础研究 食品科学 2009, Vol. 30, No. 05
根据球面导热定律，当达到热稳定时，传热量可
以用式(1)表示：
2πλ(Tin－Tout)
Q = ———————— (1)
式中：Q为加热量(W)；λ物料的导热系数(W/m·
℃)；Tin为球内壁温度(℃)，是T4、T5和T6的平均值；
Tout为球外壁温度(℃)，是T1、T2和T3的平均值；din
为球内径(m)；dout为球外径(m)。
通过对式(1)改写，可以得到式(2)：
λ = —————— (2)
2π(Tin－Tout)
在测量过程中可以改变测量电流和电压，由式(3)
可以得到加热量Q：
Q = U ×I (3)
式中：U为电压(V)；I为电流(A)。
2 结果与分析
2.1实验材料理化特性
图2 大米粉含水率测定曲线
Fig.2 Change curve of water content of rice powder
14
12
10
8
6
4
2
0
15 9131721152933374145
含
水
量
(
%
)
时间(min)
图3 绿豆粉直径分布图
Fig.3 Diameter distribution of mung bean powder
30
27
24
21
18
15
12
9
6
3
0
0 1 10 100 1000
不
同
直
径
比
例
(
%
)
直径(μm)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
累
积
比
例
(
%
)
图5 绿豆粉导热系数随温度变化曲线
Fig.5 Curve of conductivity of mung bean powder versus temperature
0.166
0.164
0.162
0.160
0.158
0.156
0.154
0.152
18 23 28 33 35 43 48
λ
(
W
/
m·
℃
)
温度(℃)
图4 大米粉导热系数随温度变化曲线
Fig.4 Curve of conductivity of rice powder verus temperature
0.167
0.166
0.165
0.164
0.163
0.162
0.161
0.160
0.159
20 25 30 35 40 45 50 50
λ
(
W
/
m·
℃
)
温度(℃)
1 1—－—din dout
1 1Q(—－—) din dout
图2、3分别显示了大米粉水分测定时水分变化过程
和绿豆粉粒径分布情况。
2.2导热系数与温度的关系
b. 球形法测量示意图
外环
内环
物料
加热丝
电热偶
温度巡检仪 控压器
图1 球法测量法原理图
Fig.1 Principle diagram of spherical measurement technology
材料 含水率(%)蛋白质比例 (%)碳水化合物比例 (%)粒径 (μm)密度(kg/m3)
大米 13.1 10.08 72 140 667
绿豆 9.78 22 62 114 615
黄豆 8.48 34 34 15 657
表 1 实验材料物性表
Table 1 Physical and chemical properties of rice, mung bean and
soybean powders
注：营养成分按照国家有关标准用滴定法进行测量；水含量用红外水分
测定仪 (MA-50C)测量；粒径用激光粒度测定仪测量。
图6 黄豆粉导热系数随温度变化曲线
Fig.6 Curve of conductivity of soybean powder versus
temperature
0.159
0.158
0.157
0.156
0.155
0.154
0.153
0.152
0.15118 23 28 33 35 43 48
λ
(
W
/
m·
℃
)
温度(℃)
从图4～6可以看出，大米粉和绿豆粉的导热系数
随着温度的增加而降低，而黄豆粉的导热系数随着温度
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的增加而上升，并且变化率随着温度的升高而减少。温
度为22、25、33℃时，大米粉导热系数分别为0.166、
0.164、0.162W/m·℃，导热系数变化率分别为0.000555
及0.000241；温度为30、35、43℃时，黄豆粉导热系
数分别为0.154、0.157、0.158W/m·℃，导热系数变化
率分别为0.000668及0.000131。
按照Sweat的观点[10]，在决定食品导热系数的因素
中，水分为最重要的因素。一般而言，导热系数随着
含水率的增加而增大，同时导热系数也随着其他成分的
增加而增大，如脂肪、蛋白质及碳水化合物，它们之
间的影响关系如式(4)[10]：
λ = 0.58xw+0.155xp+0.25xc+0.16xf+0.135xa (4)
式中：xw为水分比例；xp为蛋白质比例；xc为碳
水化合物比例；xf为脂肪比例；xa为灰分比例。
从式(4)中可以看出，导热系数会随着所有的成分
增加而增加，本实验结果与此是相近的，式(5)表达了
本研究中平均导热系数与成分的关联性。
λ= 0.83xw+0.21xp+0.045xc (5)
通过比较式(4)和式(5)，可以发现主要区别是在于
碳水化合物的系数不同，这与所选择的实验材料有关，
在本实验中材料主要成分为碳水化合物，其它成分相对
较少。
对于这3种实验材料而言，它们的导热系数与温
度之间的关系是不一样的。在实验中为保证成分不随
温度变化而变性，所有的实验温度都控制在50℃以
内。式(6)～(8)分别表示3种材料导热系数与温度之间
的关系。
大米粉：λ= －0.0002t+0.1702， R2 = 0.9558 (6)
绿豆粉：λ=－0.0004t+0.1687， R2 = 0. 276 (7)
黄豆粉：λ= 0.0004t+0.1426， R2 = 0.9233 (8)
式中：t为实验测量时温度(℃)，温度范围为20～
50℃。
通过分析式(6)～(8)可知，当食品的碳水化合物超过
一定比例时，导热系数会随着温度的升高而增加。根据
Tavman研究结果，导热系数随着蛋白质的比例增加而减
少，随水分的降低而减少[11]。本实验中，实验材料的
水分和蛋白质的比例都体现了这种变化，但导热系数体
现了一种相反的变化，因此可认为碳水化合物的含量是
决定性导热系数是否随温度升高而增加的重要因素。
3 结 论
食品的导热系数随着成分比例的增加呈增加趋势，
但是随温度的变化则与内部碳水化合物的比例有关。对
于碳水化合物比例较高的食品而言，导热系数随温度增
加而降低，如大米粉和绿豆粉，当碳水化合物低于一
定比例时，导热系数随温度的升高而增加。
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