Sensor psychrometric approaches to mitigating aflatoxins in maize dried on farms in Kenya

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.

Raman microscopy of formamide-intercalated kaolinites treated by controlled-rate thermal analysis technology

Raman spectroscopy of formamide-intercalated kaolinites treated using controlled-rate thermal analysis technology (CRTA), allowing the separation of adsorbed formamide from intercalated formamide in formamide-intercalated kaolinites, is reported. The Raman spectra of the CRTA-treated formamide-intercalated kaolinites are significantly different from those of the intercalated kaolinites, which display a combination of both intercalated and adsorbed formamide. An intense band is observed at 3629 cm-1, attributed to the inner surface hydroxyls hydrogen bonded to the formamide. Broad bands are observed at 3600 and 3639 cm-1, assigned to the inner surface hydroxyls, which are hydrogen bonded to the adsorbed water molecules. The hydroxyl-stretching band of the inner hydroxyl is observed at 3621 cm-1 in the Raman spectra of the CRTA-treated formamide-intercalated kaolinites. The results of thermal analysis show that the amount of intercalated formamide between the kaolinite layers is independent of the presence of water. Significant differences are observed in the CO stretching region between the adsorbed and intercalated formamide.

Detailed analysis of a conservative difference approximation for the time fractional diffusion equation

Diffusion equations that use time fractional derivatives are attractive because they describe a wealth of problems involving non-Markovian Random walks. The time fractional diffusion equation (TFDE) is obtained from the standard diffusion equation by replacing the first-order time derivative with a fractional derivative of order α ∈ (0, 1). Developing numerical methods for solving fractional partial differential equations is a new research field and the theoretical analysis of the numerical methods associated with them is not fully developed. In this paper an explicit conservative difference approximation (ECDA) for TFDE is proposed. We give a detailed analysis for this ECDA and generate discrete models of random walk suitable for simulating random variables whose spatial probability density evolves in time according to this fractional diffusion equation. The stability and convergence of the ECDA for TFDE in a bounded domain are discussed. Finally, some numerical examples are presented to show the application of the present technique.

Determination of preventive maintenance lead time using hybrid analysis

The time for conducting Preventive Maintenance (PM) on an asset is often determined using a predefined alarm limit based on trends of a hazard function. In this paper, the authors propose using both hazard and reliability functions to improve the accuracy of the prediction particularly when the failure characteristic of the asset whole life is modelled using different failure distributions for the different stages of the life of the asset. The proposed method is validated using simulations and case studies.

Hydrazine-hydrate intercalated halloysite under controlled-rate thermal analysis conditions

The thermal behaviour of halloysite fully expanded with hydrazine-hydrate has been investigated in nitrogen atmosphere under dynamic heating and at a constant, pre-set decomposition rate of 0.15 mg min-1. Under controlled-rate thermal analysis (CRTA) conditions it was possible to resolve the closely overlapping decomposition stages and to distinguish between adsorbed and bonded reagent. Three types of bonded reagent could be identified. The loosely bonded reagent amounting to 0.20 mol hydrazine-hydrate per mol inner surface hydroxyl is connected to the internal and external surfaces of the expanded mineral and is present as a space filler between the sheets of the delaminated mineral. The strongly bonded (intercalated) hydrazine-hydrate is connected to the kaolinite inner surface OH groups by the formation of hydrogen bonds. Based on the thermoanalytical results two different types of bonded reagent could be distinguished in the complex. Type 1 reagent (approx. 0.06 mol hydrazine-hydrate/mol inner surface OH) is liberated between 77 and 103°C. Type 2 reagent is lost between 103 and 227°C, corresponding to a quantity of 0.36 mol hydrazine/mol inner surface OH. When heating the complex to 77°C under CRTA conditions a new reflection appears in the XRD pattern with a d-value of 9.6 Å, in addition to the 10.2 Ĺ reflection. This new reflection disappears in contact with moist air and the complex re-expands to the original d-value of 10.2 Å in a few h. The appearance of the 9.6 Å reflection is interpreted as the expansion of kaolinite with hydrazine alone, while the 10.2 Å one is due to expansion with hydrazine-hydrate. FTIR (DRIFT) spectroscopic results showed that the treated mineral after intercalation/deintercalation and heat treatment to 300°C is slightly more ordered than the original (untreated) clay.