微波干燥與鼓風(fēng)干燥對(duì)稻谷品質(zhì)的影響

王素雅 楊曉亞 胡丹丹 周曰春 鞠興榮

（江蘇省糧油食品檢測(cè)與深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南京財(cái)經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210046）

剛收獲的稻谷水分高，如不及時(shí)處理則易發(fā)生霉變，從而影響稻谷加工品質(zhì)與食用品質(zhì)。高溫快速干燥，節(jié)能高效，但干燥后多數(shù)稻谷品種爆腰率大幅增加，整精米率、米飯食用品質(zhì)等均不同程度降低［1］。一方面，稻谷爆腰率與干燥條件相關(guān)，干燥溫度升高則爆腰率增加［2］，另一方面，爆腰率與稻谷的內(nèi)在因素相關(guān)，有研究認(rèn)為不同水稻品種的抗裂能力與其外形有關(guān)，外形寬厚的品種龜裂最嚴(yán)重［3］；也有研究認(rèn)為含直鏈淀粉多的稻谷品種加熱干燥時(shí)更易發(fā)生龜裂［4-5］。

熱風(fēng)干燥是糧食干燥的一種傳統(tǒng)常用方法，操作簡(jiǎn)單，應(yīng)用也較為廣泛。但干燥溫度高會(huì)造成糧食品質(zhì)破壞［6］，干燥溫度低則耗時(shí)長(zhǎng)。微波干燥利用高頻電磁波帶動(dòng)被干燥物料內(nèi)部極性分子高速旋轉(zhuǎn)，使物料內(nèi)部摩擦產(chǎn)熱，促使水分蒸發(fā)，從而達(dá)到干燥的目的。微波具有加熱速度快、干燥速率快、能源利用率高、安全無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，但因其穿透糧層厚度太薄，其連續(xù)化、規(guī)?；诩Z食干燥中受到限制［7］。

本試驗(yàn)以稻谷允許受熱溫度40℃為基礎(chǔ)，選擇微波與熱風(fēng)干燥工藝處理稻谷，以13.5%水分為干燥終點(diǎn)，對(duì)比不同品種稻谷干燥后的品質(zhì)變化，以期探索不同稻谷內(nèi)部成分與干燥前后稻谷品質(zhì)變化的關(guān)系，為不同稻谷品種進(jìn)一步確定干燥工藝提供可靠的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

所有試驗(yàn)稻谷采收于2012年10～11月，分別采購(gòu)于河南新鄉(xiāng)、江蘇宿遷、黑龍江農(nóng)田，經(jīng)除雜、包裝、標(biāo)示，放于4℃冰箱中封存待用。不同品種稻谷的基本指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 不同稻谷品種的基本指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

FW100高速萬(wàn)能粉碎機(jī)：天津泰斯特儀器有限公司；電子分析天平：美國(guó)丹佛儀器公司；MCR-3微波化學(xué)反應(yīng)器：西安予輝儀器有限公司；電子游標(biāo)卡尺：南京三豐儀器有限公司；101-3AS型電熱鼓風(fēng)干燥箱：上海亞榮生化儀器廠；PQX型分段可編程人工氣候箱：寧波東南儀器有限公司；快速黏度分析儀RVA：澳大利亞Newport Scientific儀器公司；722可見(jiàn)光分光光度分光度計(jì)：上海精密儀器廠；TDL-5-A離心機(jī)：上海安亭科學(xué)儀器廠。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 基本成分測(cè)定

淀粉的測(cè)定：執(zhí)行 GB／T 5009.9—2008；水分的測(cè)定：執(zhí)行GB 5009.3—2010；蛋白質(zhì)的測(cè)定執(zhí)行：GB 5009.5—2010；直鏈淀粉含量測(cè)定：執(zhí)行 GB／T 15683—2008／ISO 66471：2007。

1.3.2 外形指標(biāo) 用電子游標(biāo)卡尺測(cè)量，精確度0.001 mm。

1.3.3 發(fā)芽率測(cè)定 執(zhí)行GB／T 5520—2011。

1.3.4 干燥工藝

1.3.4.1 熱風(fēng)干燥

取500 g稻谷樣品，均勻平攤在托盤上，置于40℃電熱鼓風(fēng)干燥箱［（t±1）℃］中鼓風(fēng)干燥。干燥開(kāi)始后每10 min測(cè)定并記錄一次稻谷質(zhì)量（每次操作時(shí)間不超過(guò)1 min），計(jì)算稻谷對(duì)應(yīng)的含水量。稻谷終了含水量設(shè)定為13.5%，干燥時(shí)間由終了含水率決定，達(dá)到稻谷終止含水量應(yīng)立即停止干燥［1］。用塑料袋包裝標(biāo)記，于電熱恒溫兩用箱中40℃下緩蘇5 h［8-9］，備用。

干燥稻谷含水量：（1-X原始）×500 g＝（1-Xt）×mt

式中：X為含水量／%；m為稻谷質(zhì)量。

1.3.4.2 微波干燥

取500 g稻谷，均勻平攤在玻璃器皿中。待MCR-3微波化學(xué)反應(yīng)器中溫度感受器穩(wěn)定于40℃時(shí)，將平鋪稻谷置入微波反應(yīng)器中并開(kāi)始計(jì)時(shí)，每5 min測(cè)定并記錄一次稻谷質(zhì)量（每次操作時(shí)間不超過(guò)1 min），計(jì)算稻谷對(duì)應(yīng)的水分含量。稻谷含水量達(dá)到13.5%立即停止干燥。用塑料袋包裝標(biāo)記，于電熱恒溫兩用箱中40℃下緩蘇5 h，備用。

1.3.5 爆腰率測(cè)定

將稻谷手工剝殼，目測(cè)檢測(cè)，無(wú)法目測(cè)的用光測(cè)。將盛有稻米的培養(yǎng)皿放在臺(tái)式投影儀工作臺(tái)上方，光源發(fā)出的光經(jīng)聚光鏡照射被測(cè)稻米。若稻米有裂紋存在，則光線透過(guò)稻米，在裂紋兩側(cè)有亮度差異；若無(wú)裂紋，則透過(guò)稻米的光線亮度是一致的。以此判斷稻米是否存在裂紋［10］。

試驗(yàn)前，隨機(jī)查取稻谷300粒，每100粒為1組，手工剝殼后，放在自制的爆腰燈下檢測(cè)。檢測(cè)中凡是有裂紋的糙米均屬爆腰，其中有1條橫裂紋的屬輕度爆腰，有2條以上裂紋的屬重度爆腰，有橫縱交錯(cuò)裂紋的屬龜裂。取其3組的平均值為初始爆腰率。于各層任意查取稻谷100粒分別測(cè)其爆腰率，3組平行，取其均值與初始爆腰率之差即為稻谷爆腰率增值［11］。

1.3.6 測(cè)定糊化特性RVA

稻米淀粉黏滯性譜采用黏度速測(cè)儀RVA測(cè)定，用TCW（Thermal Cycle forWindows）配套軟件進(jìn)行分析。根據(jù) AACC操作規(guī)程（AACC 2000）［12-13］，含水量為14.0%時(shí)，稻谷精米粉的樣品量為3.0 g，加蒸餾水25.0 mL。具體加溫過(guò)程如下：50℃下保持1 min；以恒速升到95℃（3.8 min）；95℃下保持2.5 min；再以恒速下降到50℃（3.8 min），在50℃下保持12.5 min。攪拌器在起始10 s內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)速率為960 r／min，之后保持在 16 r／min。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel、SPSS17.0系統(tǒng)進(jìn)行分析處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 兩種干燥方式對(duì)稻谷爆腰率的影響

稻谷干燥或冷卻后爆腰率的高低直接影響到碾米后的整精米率，即影響到稻谷的加工品質(zhì)、產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。已有的研究顯示稻谷允許受熱溫度40℃［14］，干燥溫度高于45℃會(huì)降低稻谷的食味品質(zhì)［15］。Schluterman等［16］研究認(rèn)為稻谷干燥后應(yīng)緩蘇至少60 min才能有效降低爆腰率；也有人認(rèn)為緩蘇時(shí)間大于3 h可降低稻谷的爆腰率增值，改善稻谷的干后品質(zhì)［17］。故本研究采用40℃緩蘇5 h以降低干燥稻谷爆腰率。熱風(fēng)干燥與微波干燥對(duì)不同稻谷爆腰率的影響，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可看出，有些稻谷品種原始爆腰率較高，可能的原因是收獲時(shí)空氣濕度變化大，引發(fā)稻谷水分波動(dòng)造成。干燥處理增加稻谷的爆腰率，其中熱風(fēng)干燥后稻谷爆腰率增加量0%～19%；而微波干燥后，秈稻和粳稻爆腰率增幅較大，為10%～43%，其中3個(gè)秈稻品種爆腰率增加值均在34%以上，秈稻106爆腰率甚至增加43%。熱風(fēng)干燥和微波干燥后秈稻爆腰率平均增加量分別18%和39%，遠(yuǎn)高于粳稻10.8%與17.6%和糯稻的1.0%與5.0%。有研究認(rèn)為低水分稻谷裂紋的形成一方面與籽粒的形狀有關(guān)，另一方面與胚乳中的淀粉結(jié)構(gòu)，特別是直鏈淀粉的含量與分布密切相關(guān)［18］。Yadav BK等［5］研究發(fā)現(xiàn)稻谷直鏈淀粉含量越低則爆腰率越低。秈稻屬細(xì)長(zhǎng)型稻谷，且胚乳中直鏈淀粉含量遠(yuǎn)較粳稻和糯稻高，因此，干燥處理后更易爆腰。除皖稻54兩種干燥處理后爆腰率增加相近外，其他品種稻谷微波干燥后爆腰率均較熱風(fēng)干燥高。由此可見(jiàn)，干燥溫度相同時(shí)，微波干燥更易造成稻谷爆腰，也就是說(shuō)熱風(fēng)干燥對(duì)保持干燥稻谷的加工品質(zhì)較為有益。

表2 2種干燥方式對(duì)不同稻谷爆腰率的影響

微波干燥時(shí)稻谷在微波場(chǎng)中極性水分子隨微波場(chǎng)方向的變化而快速反復(fù)轉(zhuǎn)向，水分子轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中受周圍分子的干擾和阻礙，產(chǎn)生類似摩擦的熱效應(yīng)，使稻谷表面與內(nèi)部同時(shí)升溫，稻谷中水分子相繼蒸發(fā)而達(dá)到干燥目的。由表2可知，秈稻表觀直鏈淀粉含量較高，而微波干燥后粳稻品種中直鏈淀粉含量較高的蘇秀10號(hào)、鄭稻18和鄭稻19爆腰率也明顯增加，也印證了直鏈淀粉含量對(duì)稻谷干燥爆腰率的影響。有研究者利用掃描電鏡觀察稻谷淀粉粒發(fā)現(xiàn)，糯稻淀粉粒之間小孔和洞的數(shù)目較秈稻和粳稻多，有利于水的流動(dòng)［19］。張艷霞等［20］發(fā)現(xiàn)稻谷胚乳中存在的小孔與稻谷直鏈淀粉含量成反比，即糯稻多于粳稻，秈稻最少，水分最不易流動(dòng)。2種干燥方式后爆腰率增加量均為：秈稻＞粳稻＞糯稻。微波干燥時(shí)稻米內(nèi)部水分不易向表面轉(zhuǎn)移，而稻米表面水分散失快、升溫速度快，稻米內(nèi)外水分含量差距快速增大，內(nèi)部拉應(yīng)力增加，最終造成爆腰［21-22］。

2.2 兩種干燥方式對(duì)稻谷發(fā)芽率的影響

種子發(fā)芽率是指在測(cè)試的天數(shù)內(nèi)正常發(fā)芽的種子所占的百分率，糧食的新鮮程度和食用品質(zhì)好壞可以通過(guò)發(fā)芽率的高低而體現(xiàn)出來(lái)，它也是綜合衡量稻谷品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)［23］。熱風(fēng)、微波干燥對(duì)不同品種稻谷發(fā)芽率影響見(jiàn)表3。由表3可知，所有試驗(yàn)稻谷初始發(fā)芽率均高于90%。經(jīng)干燥后，糯稻和粳稻（除皖稻54）的發(fā)芽率無(wú)明顯變化，而3種秈稻微波干燥后發(fā)芽率均顯著降低。由于秈稻在微波干燥過(guò)程中產(chǎn)生溫度和水分梯度，產(chǎn)生濕應(yīng)力和熱應(yīng)力，裂紋增加，稻谷內(nèi)部結(jié)構(gòu)急劇破壞，發(fā)芽率損失上升。因此，微波干燥對(duì)秈稻發(fā)芽率影響較大，大大降低秈稻的生命力。

表3 2種干燥方式對(duì)不同稻谷發(fā)芽率的影響

表4 不同品種稻谷干燥前后RVA譜的變化

2.3 兩種干燥方式對(duì)稻谷RVA譜的影響

稻谷的RVA譜與其食用品質(zhì)密切相關(guān)。RVA譜的崩解值與膠稠度和米飯口感相關(guān)，米飯硬度與消減值呈極顯著正相關(guān)，與崩解值呈極顯著負(fù)相關(guān)；而米飯黏性恰好相反。即消減值可作為蒸煮米飯軟硬度的指標(biāo)，其值越大則米飯?jiān)接玻?4-25］。消減值有正負(fù)之分，原因在于消減值與稻谷口感質(zhì)地有關(guān)，消減值為負(fù)說(shuō)明該稻谷品種口感偏黏，硬度偏??；消減值為正值即為該稻谷品種硬而糙，但不黏結(jié)。已有的研究表明，RVA指標(biāo)與味度計(jì)測(cè)定值存在密切的關(guān)系。粳稻稻米R(shí)VA譜的糊化溫度、最終黏度、回復(fù)值、消減值與味度計(jì)測(cè)定的味度值呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，而峰值黏度、崩解值與味度值呈極顯著正相關(guān)［26］。由表4可知，粳稻與糯稻干燥處理前RVA的峰值黏度和崩解值均高于干燥處理后的稻谷，而最終黏度與消減值均低于干燥處理后的稻谷，說(shuō)明干燥處理降低了粳稻和糯稻的食味。熱風(fēng)干燥處理后粳稻與糯稻RVA的峰值黏度、最終黏度、崩解值均高于微波干燥處理稻谷，說(shuō)明熱風(fēng)干燥對(duì)粳稻和糯稻食味品質(zhì)影響較微波干燥小。熱風(fēng)干燥秈稻RVA的峰值粘度與崩解值均較微波干燥處理高，回復(fù)值較微波干燥低，表明熱風(fēng)干燥對(duì)秈稻食味影響更小，進(jìn)一步說(shuō)明熱風(fēng)較微波適于秈稻干燥。

2.4 稻谷表觀直鏈淀粉與精米R(shí)VA譜特征值的相關(guān)分析

表5、表6給出了鼓風(fēng)和微波40℃干燥的稻谷在干燥前后各指標(biāo)間均存在極顯著或顯著的相關(guān)性。表觀直鏈淀粉與爆腰率增加量、精米R(shí)VA譜的消減值、回升率呈極顯著正相關(guān)，與峰值黏度呈顯著負(fù)相關(guān)，這與朱滿山等［26］和隋炯明等［27］研究結(jié)果相一致。爆腰率增加量與精米R(shí)VA譜的消減值、回升率呈極顯著正相關(guān)，與峰值黏度呈極顯著負(fù)相關(guān)。稻谷粒寬與表觀直鏈淀粉、回升率呈顯著負(fù)相關(guān)；稻谷長(zhǎng)寬比與表觀直鏈淀粉、最終黏度、回升率呈顯著正相關(guān)。微波干燥過(guò)程中稻谷粒寬與爆腰率增加量呈顯著負(fù)相關(guān)，也說(shuō)明稻谷越細(xì)長(zhǎng)，越容易爆腰，進(jìn)一步說(shuō)明，秈稻不適宜于微波干燥。

表5 熱風(fēng)干燥表觀直鏈淀粉與精米R(shí)VA譜特征值的相關(guān)系數(shù)

表6 微波干燥表觀直鏈淀粉與精米R(shí)VA譜特征值的相關(guān)系數(shù)

從表5、表6看出，稻谷爆腰率與表觀直鏈淀粉、消減值呈極顯著正相關(guān)，與崩解值呈極顯著負(fù)相關(guān)，而經(jīng)干燥處理后爆腰率、消減值均有所增加，稻谷RVA崩解值也均下降，即干燥后稻谷硬度均變大。通過(guò)干燥處理，分辨出粳稻、糯稻消減值均呈負(fù)值，干燥后雖有所增大，但仍顯示負(fù)值，兩種稻谷硬度變大但仍偏粘性，不易裂，爆腰率增加較少；而秈稻消減值為正值，干燥后繼續(xù)增大，說(shuō)明稻谷硬度變大而糙，不顯示粘性，易裂，爆腰率增加明顯。

3 結(jié)論

3.1 干燥處理會(huì)增加稻谷爆腰率并降低其發(fā)芽率。秈稻在干燥后最易發(fā)生爆腰，熱風(fēng)干燥和微波干燥后秈稻爆腰率平均增加量分別18.0%和39.0%，遠(yuǎn)高于粳稻10.8%與17.6%和糯稻的1.0%與5.0%，表明微波干燥更易造成稻谷特別是秈稻爆腰。微波干燥后秈稻發(fā)芽率顯著降低，秈稻639發(fā)芽率損失57.5%，說(shuō)明微波干燥降低部分秈稻的生命力。

3.2 比較鼓風(fēng)干燥與微波干燥后稻谷，鼓風(fēng)干燥處理后稻谷RVA的峰值黏度和崩解值略高，最終黏度、回復(fù)值也較高。稻谷糊化特性與米飯良好的蒸煮特性密切相關(guān)，峰值黏度越大，崩解值越大也是評(píng)價(jià)稻谷蒸煮品質(zhì)優(yōu)劣的重要指標(biāo)。熱風(fēng)干燥后稻谷峰值黏度、崩解值均高于微波干燥，而且因素之間相關(guān)性不如鼓風(fēng)干燥明顯，說(shuō)明微波干燥處理會(huì)降低稻谷的食味和加工品質(zhì)。

3.3 稻谷熱風(fēng)與微波爆腰率增加量與表觀直鏈淀粉、峰值黏度、消減值均有較好相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為 0.848**、-0.919**、0.789**和 0.971**、-0.900**、0.846**。

3.4 微波干燥不適宜于秈稻。

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