現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)在糧油儲藏管理中的應(yīng)用——以論微波技術(shù)為例

馬志霞，劉松森

天津市大港區(qū)糧食購銷有限公司，天津 300270

微波是指頻率為300MHz～300GHz的電磁波，是無線電波中一個有限頻帶的簡稱，即波長在1m（不含1m）～1mm 之間的電磁波，是分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波的統(tǒng)稱。微波頻率比一般的無線電波頻率高，通常也稱為“超高頻電磁波”。微波作為一種電磁波也具有波粒二象性。微波的基本性質(zhì)通常呈現(xiàn)為穿透、反射、吸收3個特性。對于玻璃、塑料和瓷器，微波幾乎是穿越而不被吸收。對于水和食物等就會吸收微波而使自身發(fā)熱。而對金屬類東西，則會反射微波。其在糧油儲藏管理中，能使倉庫內(nèi)迅速產(chǎn)生大量的熱量，有利于稻米的干燥，不使之發(fā)芽，從而有利于儲存[1-2]。本文為此具體探討了微波技術(shù)在稻米儲存中的應(yīng)用。

1 當(dāng)前稻米儲藏的主要方法

當(dāng)前貯糧過程中主要采用敵敵畏熏蒸，或在糧食中投放殺蟲劑，雖可使糧食免遭蟲害，但對糧食和環(huán)境卻造成不同程度的污染?，F(xiàn)將安全可靠的貯糧方法介紹如下：1）曬糧：新打下的糧食，曬干到水分等于或低于貯糧要求的安全水分標(biāo)準(zhǔn)[3]；2）裝缸：將事先備好的瓦缸清掃干凈，把曬干的糧食裝進缸里，距缸沿5cm時停裝；3）鋪紙：取舊報紙，剪成圓形，其直徑與缸的內(nèi)徑相等，鋪在缸中，以防止糧食被草木灰污染；4）撒灰：用粗籮或細篩把草木灰或作物秸稈灰籮細或篩細，撒到缸中，按實，厚5cm。近年來我國糧食科技自主創(chuàng)新能力顯著增強，取得了一批重要科技成果。糧食儲藏的應(yīng)用技術(shù)已居于國際先進水平，解決了中國糧食儲藏數(shù)量大，周期長，地域遼闊的儲藏需求，生態(tài)儲糧技術(shù)和7個儲糧區(qū)域研究正在深化；深加工和綜合利用技術(shù)為標(biāo)志的糧油食品加工技術(shù)也取得了較快發(fā)展；生物殺蟲劑、氣調(diào)儲糧技術(shù)、利用現(xiàn)代信息技術(shù)解決糧情檢測和調(diào)控技術(shù)研究即將取得突破[4]。比如2010 我國最新研制成功的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“綠色環(huán)保糧食儲藏新技術(shù)”，可解決高水分糧食在倉庫內(nèi)干燥、防霉、防蟲等多年未解難題。糧食儲備權(quán)威專家今天在此間通報這一重大成果時說，該技術(shù)一旦推廣，每年可為國家節(jié)約近40億元倉儲費用[5]。

2 微波的性質(zhì)

微波的基本性質(zhì)通常呈現(xiàn)為穿透、吸收、信息性3個特性。對于玻璃、塑料和瓷器，微波幾乎是穿越而不被吸收。對于水和食物等就會吸收微波而使自身發(fā)熱。而對金屬類東西，則會反射微波。

2.1 穿透性

微波比其它用于輻射加熱的電磁波，如紅外線、遠紅外線等波長更長，因此具有更好的穿透性。微波透入介質(zhì)時，由于介質(zhì)損耗引起的介質(zhì)溫度的升高，使介質(zhì)材料內(nèi)部、外部幾乎同時加熱升溫，形成體熱源狀態(tài)，大大縮短了常規(guī)加熱中的熱傳導(dǎo)時間，且在條件為介質(zhì)損耗因數(shù)與介質(zhì)溫度呈負相關(guān)關(guān)系時，稻米內(nèi)外加熱均勻一致。

2.2 吸收性

物質(zhì)吸收微波的能力，主要由其介質(zhì)損耗因數(shù)來決定。介質(zhì)損耗因數(shù)大的物質(zhì)對微波的吸收能力就強，相反，介質(zhì)損耗因數(shù)小的物質(zhì)吸收微波的能力也弱。由于各物質(zhì)的損耗因數(shù)存在差異，微波加熱就表現(xiàn)出選擇性加熱的特點。物質(zhì)不同，產(chǎn)生的熱效果也不同。水分子屬極性分子，介電常數(shù)較大，其介質(zhì)損耗因數(shù)也很大，對微波具有強吸收能力。而蛋白質(zhì)、碳水化合物等的介電常數(shù)相對較小，其對微波的吸收能力比水小得多。因此，對于食品來說，含水量的多少對微波加熱效果影響很大。

2.3 信息性

由于微波頻率很高，所以在不大的相對帶寬下，其可用的頻帶很寬，可達數(shù)百甚至上千兆赫茲。這是低頻無線電波無法比擬的。這意味著微波的信息容量大，所以現(xiàn)代多路通信系統(tǒng)，包括衛(wèi)星通信系統(tǒng)，幾乎無例外都是工作在微波波段。另外，微波信號還可以提供相位信息，極化信息，多普勒頻率信息。這在目標(biāo)檢測，遙感目標(biāo)特征分析等應(yīng)用中十分重要

3 微波對稻米儲藏主要品質(zhì)的影響

3.1 對淀粉的影響

我們知道，微波是頻率在300 兆赫到300 千兆赫的電波，被加熱介質(zhì)稻米中的水分子是極性分子。它在快速變化的高頻點磁場作用下，其極性取向?qū)㈦S著外電場的變化而變化。造成分子的運動秀相互摩擦效應(yīng)，此時微波場的場能轉(zhuǎn)化為介質(zhì)內(nèi)的熱能，使稻米溫度升高，產(chǎn)生熱化和膨化等一系列物化過程而達到微波加熱干燥的目的。淀粉是谷類食品的主要成分，谷類食品的品質(zhì)與其淀粉含量、種類及存在狀態(tài)密切相關(guān)[2]。有研究研究發(fā)現(xiàn)不同品種大米淀粉的微波效應(yīng)不盡相同，在相同的微波條件下，微波功率對大米的直鏈淀粉含量影響不大，而對余赤米影響顯著。

3.2 對蛋白質(zhì)的影響

微波的量子能量還不夠大，不足與改變物質(zhì)分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或破壞分子之間的鍵。再有物理學(xué)之道，分子原子核原子核在外加電磁場的周期力作用下所呈現(xiàn)的許多共振現(xiàn)象都發(fā)生在微波范圍，因而微波為探索物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本特性提供了有效的研究手段。為此微波對稻米中蛋白質(zhì)的影響與稻米水分含量、微波時間及加熱過程中稻米內(nèi)部溫度有關(guān)。研究表明，大豆水分含量增加，微波加熱時大豆內(nèi)部溫度降低，其磷脂的損耗量也相應(yīng)減少[1]。但長時間的微波加熱會增加磷脂的損耗，其原因可能在于微波加熱導(dǎo)致磷脂分解，并使磷脂與蛋白質(zhì)或碳水化合物作用形成其它絡(luò)合物。酶是一種蛋白質(zhì)分子，受到微波作用能導(dǎo)致其活力的變化。大量的研究表明，在2 450MHz的頻率下，微波對脂肪氧化酶、過氧化物酶、多酚氧化酶、胰蛋白酶、過氧化氫酶等酶具有很好的鈍化效果，且微波能量越大，酶殘余活性低，鈍化效果越好，然而也有研究發(fā)現(xiàn)一定功率的微波能有效地激活白蘭瓜種子萌發(fā)期的淀粉酶活力。

3.3 對脂類的影響

脂類主要包括脂肪、磷脂、糖脂等。脂肪分子是非極性分子，由.OH和脂肪酸的.COOH 相結(jié)合組成，不含有極性基團。因而單純的脂肪分子對微波的吸收很少。磷脂和糖脂都是有極性的分子，對微波具有吸收作用。與低脂肪含量的稻米相比，對大豆、花生、油菜籽、葡萄種子等脂肪含量較高的稻米來說，其中的脂肪特性可能更易受到微波處理的影響。經(jīng)微波處理后，提取的葡萄種子油共軛雙烯值、過氧化值提高，大豆毛油的游離脂肪酸含量低、生育酚含量高且油色較淺，精煉損失少品質(zhì)好。微波預(yù)處理稻米籽粒對稻米中脂肪酸的組成有一定影響，如芥酸和硫甙的含量降低，但影響不十分顯著，棕櫚酸、亞油酸、油酸、花生酸等特征性脂肪酸變化不顯著，經(jīng)紅外光譜分析微波處理也不能改變稻米中脂肪酸的順反式結(jié)構(gòu)。

3.4 對防蟲防霉的影響

微波殺菌是利用了電磁場的熱效應(yīng)和生物效應(yīng)的共同作用的結(jié)果。微波對細菌的熱效應(yīng)是使蛋白質(zhì)變化，使細菌失去營養(yǎng)，繁殖和生存的條件而死亡。微波對細菌的生物效應(yīng)是微波電場改變細胞膜斷面的電位分布，影響細胞膜周圍電子和離子濃度，從而改變細胞膜的通透性能，細菌因此營養(yǎng)不良，不能正常新陳代謝，細胞結(jié)構(gòu)功能紊亂，生長發(fā)育受到抑制而死亡。此外，微波能使細菌正常生長和穩(wěn)定遺傳繁殖的核酸[RNA]和脫氧核糖核酸[DNA]，是由若干氫鍵松弛，斷裂和重組，從而誘發(fā)遺傳基因突變，或染色體畸變甚至斷裂。

3.5 對水分的影響

稻米含水量對稻米耐儲藏時間和品質(zhì)有顯著影響。隨著微波時間的延長，稻米的含水量逐漸下降，且微波劑量越大，水分含量下降速度越快。較低的水分含量有利于提高稻米的儲藏穩(wěn)定性。比如微波所產(chǎn)生的電磁場可加速被萃取組分的分子由固體內(nèi)部向固液界面擴散的速率。例如，以水作溶劑時，在微波場的作用下，水分子由高速轉(zhuǎn)動狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，這是一種高能量的不穩(wěn)定狀態(tài)。此時水分子或者汽化以加強萃取組分的驅(qū)動力，或者釋放出自身多余的能量回到基態(tài)，所釋放出的能量將傳遞給其他物質(zhì)的分子，以加速其熱運動，從而縮短萃取組分的分子由固體內(nèi)部擴散至固液界面的時間，結(jié)果使萃取速率提高數(shù)倍，并能降低萃取溫度，最大限度地保證萃取物的質(zhì)量。

總之，微波與其他學(xué)科互相滲透而形成若干重要的邊緣學(xué)科，其中如微波天文學(xué)、微波氣象學(xué)、微波波譜學(xué)、量子電動力學(xué)、微波半導(dǎo)體電子學(xué)、微波超導(dǎo)電子學(xué)等，已經(jīng)比較成熟。微波聲學(xué)的研究和應(yīng)用已經(jīng)成為一個活躍的領(lǐng)域。在糧食儲藏中，微波技術(shù)提高稻米的加工性能和儲藏性能，改善大米的食用品質(zhì)，值得臨床推廣。

[1]馮有勝，單振秀.微波對菜籽油部份理化衛(wèi)生指標(biāo)影響的研究[J].西南師范大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2003，3(28)：505-507.

[2]胡小泓，梅亞莉，李丹.微波處理油菜籽對油脂品質(zhì)影響的研究[J].食品科學(xué)，2006，27(1)：372-374.

[3]黃煒，陳鳳，陳永軍.高壓靜電場對大米食用品質(zhì)的影響[J].糧食與飼料工業(yè)，2001(9)：7-9.

[4]金浩，孫肖冬，華祝田，等.不同儲藏條件下稻米整精米率變化的研究[J].糧食儲藏，2006(6)：42-44.

[5]李天真.原糧品質(zhì)與整精米率相關(guān)性的研究[J].糧食流通技術(shù)，2005(3)：33-34.