运输中DDGS结块的挑战

玉米乙醇生产的主要副产品——含溶解物的蒸馏干谷物(DDGS)，在其目的地从料斗车或船舶货舱中卸货的挑战一直是DDGS营销面临的主要后勤问题。

当料斗车与不流动的产品出现“硬”时，料斗车的产品结块是主要问题(图1)。这个问题导致两家I级铁路运输公司宣布，他们将不允许铁路自备料斗车用于运输DDGS。此外，第三类I承运人不允许他们的汽车用于运输DDGS，即使承运人没有在其关税中明确声明这一点。

当产品在料斗车中结块时，它需要时间和金钱来移走，增加了运输成本。此外，不鼓励客户或供应商将产品运往这些市场，限制了潜在买家。DDGS一开始通常是一种流动的干散货，但在储存或运输过程中最终可能成为结块(图2)。结块的原因和结块发生的条件是本文的主要目标。

为什么DDGS蛋糕

一般来说，散装固体被干燥到非常低的湿度，以安全储存和处理。但是，环境湿度和温度的波动导致颗粒表面吸附水分或吸收水分到本体。在运输和储存过程中，DDGS会暴露在各种温湿度环境中。暴露在不利条件下的DDGS促进化学和物理不稳定性，导致结块和质量损失。特别是，水分与自由流动的DDGS相互作用，使其变成结块。在一定环境相对湿度下，DDGS的平衡含水率(EMC)越高，结块的倾向就越高。水分吸附等温线的知识对于长距离运输和储存过程中的水分变化很重要，可以用来了解粉状食品和饲料成分的储存稳定性。根据当时的天气条件，吸附等温线可用于确定在储存和运输过程中可能遇到的临界湿度水平。

温度因素

2008年Ganesan等人的一项研究表明，较高的环境温度增加了DDGS的吸附能力，这表明在储存过程中发生霉菌生长的可能性。Kingsly和Ileleji注意到DDGS含水率在RH为60%后显著增加，在RH超过70%后急剧上升。对于DDGS的储存稳定性，在20 ~ 30℃的温度范围内，平衡水分含量15%对应低于50 ~ 60% RH的最佳条件可以被认为是安全的。然而，在温暖和高RH的环境中，干燥到约10%水分是减少结块倾向的谨慎方法。

化学成分

DDGS化学成分的高变异性可以改变其储存时的安全湿度水平。Kingsly等人最近的一项研究表明，DDGS的化学成分与干燥过程中湿蒸馏糟(WDG，也称为湿饼)和浓缩蒸馏可溶物(CDS，也称为糖浆)的混合比例高度相关。

植物与植物之间、甚至批次与批次之间的物理和化学成分的变化，使得很难确定DDGS储存和运输的标准水分含量，因为固体-水分相互作用取决于固有的化学成分。

在DDGS中，生产过程中添加的CDS量会影响其吸湿行为，降低CDS量会降低其对水的亲和力。虽然DDGS中的一些化学成分，如蛋白质、糖、油和甘油是营养和能量密集的，但它们对水分有很高的吸引力。大多数蛋白质和甘油成分已被证明对DDGS的吸湿作用最大。

为了长期储存或在高RH条件下长距离运输，DDGS可以用较少的CDS制备而不影响营养质量。从CDS(糖浆)中提取油的新发展的干磨工艺肯定会更好地改变DDGS的吸湿行为，从而减少其结块倾向。

我们所开发的基于化学成分的DDGS吸湿率预测模型可以应用到近红外分析仪中，以预测这些新工艺中DDGS的吸湿率，并可为乙醇工厂提供一个有用的决策工具，以确定其产品在运输到不同地点时的结块倾向。

新兴的研究

为了进一步了解水分- ddgs在颗粒水平上的相互作用及其对结块的影响，在普渡大学进行了一项微观研究。该研究进一步揭示了DDGS中颗粒结块的基本机理，揭示了在加湿和除湿环境中颗粒与水分的作用及其相互作用。

如图3所示，由于从大气中吸附蒸汽，DDGS样品在RH高于60%时形成了液体桥。尽管存在温度差异，但在5℃和10℃时液桥开始的湿度范围几乎相似，颗粒间键合受湿度和温度的影响，对粉体的力学性能有非常重要的影响。在加湿(湿化循环)过程中吸收水分形成的液体桥硬化，导致在除湿(干燥循环)过程中颗粒之间形成固体桥。

在储存和运输过程中，如干湿循环，RH和温度的波动同样会导致DDGS颗粒之间不可逆的桥接，导致颗粒团聚，并向非流动的大块发展。由于湿度增加而引起的结块是储存或运输相对湿度在60 - 65%以上的DDGS的结果。

DDGS是一种复杂的多组分块状固体共混物，含有不同化学成分的颗粒，温度的升高将导致更大的粘性和结块。粘性增加的温度称为玻璃化转变温度。任何材料的玻璃化转变行为取决于其化学成分、分子量和增塑化学物质(如水分和甘油)的量。

DDGS对环境温度的敏感性随含水率的增加而增加。CDS中较高水平的甘油和糖成分降低了DDGS的转变温度，因此增加DDGS中的CDS水平降低了开始结块的温度。

研究表明，当环境温度为21℃时，DDGS颗粒的黏性开始形成，其含水量为9%，粗蛋白质、粗脂肪、粗纤维、甘油和总还原糖(%干基)含量分别为29.7、12.0、5.9、8.5和6.0。而不含CDS的DDG，粗蛋白质、粗脂肪、粗纤维、甘油和总还原糖含量(%干基)分别为34.4、8.3、8.5、2.3和3.3的DDG，其转化温度略微升高至23℃，这意味着在升高温度和RH条件下，前者的DDG产品比后者的DDG产品更容易发生饼化。DDGS的玻璃化转变依赖于化学成分，因此可以通过在生产过程中改变其化学成分以适应气候条件来控制，从而防止产品在运输到最终目的地过程中结块。

储运解决方案

基于DDGS目前是如何存储在平面存储和运输在轨道车料斗，这无疑是一个挑战，找到控制这些应用的存储和环境条件的方法。

作为第一步，确保产品在装载到轨道车厢之前，在干燥后尽可能快地冷却到当时的环境温度。不适当的冷却——将温暖的产品装入料斗车或船舶货舱——会增加结块的倾向，而且产品在到达目的地后可能难以移走。

任何可以覆盖产品的方法(防水布)，以限制与环境的水分交换，应减少其结块的倾向。作者还没有对这些解决方案的有效性进行调查，并将在不久的将来与业界进行探讨。因此，我们欢迎感兴趣的合作者提供任何反馈。