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KOBRA - Dokumentenserver der Universität Kassel  → Fachbereiche  → FB 11 / Ökologische Agrarwissenschaften  → Boden- und Pflanzenbauwissenschaften  → Fachgebiet Agrartechnik  → Dissertationen 

Please use this identifier to cite or link to this item: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:34-2017012351944

Title: Sensor psychrometric approaches to mitigating aflatoxins in maize dried on farms in Kenya
Authors: Muchilwa, Isaiah Etemo
???metadata.dc.subject.swd???: KeniaMaisAflatoxinTrocknung
???metadata.dc.subject.ddc???: 630 - Landwirtschaft, Veterinärmedizin (Agriculture)
Issue Date: 23-Jan-2017
Series/Report no.: Forschungsbericht Agrartechnik des Fachausschusses Forschung und Lehre der Max-Eyth-Gesellschaft Agrartechnik im VDI (VDI-MEG)569
Abstract: Kenia liegt in den Äquatorialtropen von Ostafrika und ist als ein weltweiter Hot-Spot für Aflatoxinbelastung insbesondere bei Mais bekannt. Diese toxischen und karzinogenen Verbindungen sind Stoffwechselprodukte von Pilzen und so insbesondere von der Wasseraktivität abhängig. Diese beeinflusst sowohl die Trocknung als auch die Lagerfähigkeit von Nahrungsmitteln und ist somit ein wichtiger Faktor bei der Entwicklung von energieeffizienten und qualitätsorientierten Verarbeitungsprozessen. Die vorliegende Arbeit hat sich zum Ziel gesetzt, die Veränderung der Wasseraktivität während der konvektiven Trocknung von Mais zu untersuchen. Mittels einer Optimierungssoftware (MS Excel Solver) wurde basierend auf sensorerfassten thermo-hygrometrischen Daten der gravimetrische Feuchteverlust von Maiskolben bei 37°C, 43°C und 53°C vorausberechnet. Dieser Bereich stellt den Übergang zwischen Niedrig- und Hochtemperaturtrocknung dar. Die Ergebnisse zeigen deutliche Unterschiede im Verhalten der Körner und der Spindel. Die Trocknung im Bereich von 35°C bis 45°C kombiniert mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten (> 1,5 m / s) begünstigte die Trocknung der Körner gegenüber der Spindel und kann daher für eine energieeffiziente Trocknung von Kolben mit hohem Anfangsfeuchtegehalt empfohlen werden. Weitere Untersuchungen wurden zum Verhalten unterschiedlicher Schüttungen bei der bei Mais üblichen Satztrocknung durchgeführt. Entlieschter und gedroschener Mais führte zu einem vergrößerten Luftwiderstand in der Schüttung und sowohl zu einem höheren Energiebedarf als auch zu ungleichmäßigerer Trocknung, was nur durch einen erhöhten technischen Aufwand etwa durch Mischeinrichtungen oder Luftumkehr behoben werden könnte. Aufgrund des geringeren Aufwandes für die Belüftung und die Kontrolle kann für kleine landwirtschaftliche Praxisbetriebe in Kenia daher insbesondere die Trocknung ganzer Kolben in ungestörten Schüttungen empfohlen werden. Weiterhin wurde in der Arbeit die Entfeuchtung mittels eines Trockenmittels (Silikagel) kombiniert mit einer Heizquelle und abgegrenztem Luftvolumen untersucht und der konventionellen Trocknung gegenüber gestellt. Die Ergebnisse zeigten vergleichbare Entfeuchtungsraten während der ersten 5 Stunden der Trocknung. Der jeweilige Luftzustand bei Verwendung von Silikagel wurde insbesondere durch das eingeschlossene Luftvolumen und die Temperatur beeinflusst. Granulierte Trockenmittel sind bei der Maistrocknung unter hygienischen Gesichtspunkten vorteilhaft und können beispielsweise mit einfachen Öfen regeneriert werden, so dass Qualitätsbeeinträchtigungen wie bei Hochtemperatur- oder auch Freilufttrocknung vermieden werden können. Eine hochwertige Maistrocknungstechnik ist sehr kapitalintensiv. Aus der vorliegenden Arbeit kann aber abgeleitet werden, dass einfache Verbesserungen wie eine sensorgestützte Belüftung von Satztrocknern, der Einsatz von Trockenmitteln und eine angepasste Schüttungshöhe praktikable Lösungen für Kleinbauern in Kenia sein können. Hierzu besteht, ggf. auch zum Aspekt der Verwendung regenerativer Energien, weiterer Forschungsbedarf.Kenya lies within the equatorial tropics of East Africa and is renowned as a world hot-spot for aflatoxins, i.e. toxic and carcinogenic compounds associated with fungal metabolism on foods. Water activity influences both drying and storability and cannot be overlooked in the design of energy efficient and qualitative food processing systems. This study focussed on characterizing water activity during convective drying of maize. Spreadsheet modelling with MS Excel Solver was applied to predict gravimetric dehydration from sensor sampled thermo-hygrometric data at experimental settings of 37°C, 43°C, and 53°C, i.e. the range of transition between low and high temperature drying. The results of the composite analysis showed the maize kernels and cob/spindle to differ in their capacities to take-up convective enthalpy. Process air in the range 35°C to 45°C combined with high airflows (> 1.5 m/s) favoured dehydration of the kernels ahead of the cob, recommendable for energy-efficient drying of maize at high initial moisture contents. Conventional batch drying theory was then applied to assess how bulking and densification affects maize drying in undisturbed (or stationary) batches. Husking and shelling maize congested the beds increasing resistance to airflow. The instantaneous energy demand of the beds also increased with more evaporative cooling observed within the thin-layer, promoting uneven drying and necessitating the introduction of mechanical agitation or airflow reversal. Lower ventilation and supervision requirements were associated with the use of shallow beds of cobed maize, making this practice recommendable for small farms in Kenya. To conclude the study, desiccation potentials of silica gel and hot-bulbs (i.e. simple surface heaters) were compared for convective drying using encased air. The results showed comparable ventilation and dehumidification rates for silica gel and hot-bulbs during the first 5 hours of peak drying. Drier air conditions resulted from the use of silica gel, increasing the volume of encased air (or reducing the drying mass relative to provided headspace), drying-rate-moderation of the husk and increasing process temperature. On the contrary, higher air humidity was associated with exhaustion of desiccant hygroscopicity, smaller headspace or vents, husking of maize and lowering temperature. Granular desiccants could prove useful for hygienic drying of maize. Their hygroscopicity can be restored quickly and efficiently, even in crude ovens, without the spoilage risks associated with high-temperature or open-air food drying. Qualitative maize drying is capital intensive. Psychrometrically controlled ventilation, coupled with space heating and the use of shallow beds, desiccants and renewable energy, could offer practical ways forward to mechanize maize drying affordably on small farms in Kenya. Further research around these themes is highly recommended.
URI: urn:nbn:de:hebis:34-2017012351944
ISSN: 0931-6264
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