熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥對油菜籽品質(zhì)的影響

劉 清

吳美芳2

趙玉強(qiáng)1

吳蘇喜2

易翠平2

劉瑞興2

師建芳1

婁 正1

邵 廣1

(1. 農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)后處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100121；2. 長沙理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，湖南 長沙 410114)

熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥對油菜籽品質(zhì)的影響

劉 清1

吳美芳2

趙玉強(qiáng)1

吳蘇喜2

易翠平2

劉瑞興2

師建芳1

婁 正1

邵 廣1

(1. 農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)后處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100121；2. 長沙理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，湖南 長沙 410114)

通過研究熱風(fēng)、微波以及熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥對油菜籽水分干燥曲線、酸價(jià)、過氧化值及脂肪酸的影響，得到了品質(zhì)保障下的最佳熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥工藝。結(jié)果表明，熱風(fēng)溫度80 ℃、轉(zhuǎn)換點(diǎn)水分含量15%、微波功率500 W，可以在12 min/30 s內(nèi)將油菜籽水分從18%降低至7.51%，油菜籽的酸價(jià)和過氧化值含量較低、發(fā)芽率較高且芥酸含量最低。

油菜籽；熱風(fēng)；微波；聯(lián)合干燥；品質(zhì)

油菜籽是中國食用油脂的主要原料，國家糧庫戰(zhàn)略儲備品種。水分含量對其安全儲藏和油品品質(zhì)至關(guān)重要。但新鮮油菜籽水分含量一般在15%～30%，達(dá)不到8%以下的安全水分[1]，因此產(chǎn)地快速節(jié)能的干燥方法對于提升儲藏油菜籽的品質(zhì)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義[2]。

油菜籽的傳統(tǒng)干燥方法為日曬[2]，干燥效果取決于天氣、濕度等不可控因素。熱風(fēng)干燥目前已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，其均勻性好但能耗大、成本較高，中國很多糧油加工企業(yè)都慎用[3]。微波干燥具有加熱快、選擇性好、便于控制和能源利用率高等優(yōu)點(diǎn)，在農(nóng)產(chǎn)品加工等多個領(lǐng)域逐漸受到重視[3-4]。文獻(xiàn)[5]報(bào)道，微波既能快速經(jīng)濟(jì)地對油菜籽進(jìn)行干燥，又能保持其種用價(jià)值和食用品質(zhì)，使油菜籽發(fā)生有利變異，保持后代品質(zhì)。與熱風(fēng)干燥比較，微波干燥恒速干燥期降水速率最大，種子的發(fā)芽能力增加，提高菜籽的營養(yǎng)價(jià)值[6-8]。研究[6,9-10]報(bào)道，熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥具有能耗低、產(chǎn)品品質(zhì)有保障的特點(diǎn)，已經(jīng)較為廣泛地應(yīng)用在食品干燥領(lǐng)域，比如鴨肉粒[9]、胡蘿卜[10]等食品的干燥。

本試驗(yàn)擬探討熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥方式在保障油菜籽品質(zhì)的前提下，盡可能降低能耗、提高干燥效率。通過采用熱風(fēng)和微波以及兩者聯(lián)用的干燥方式干燥油菜籽，分析不同干燥方式對油菜籽品質(zhì)的影響，以探索快速節(jié)能的干燥方式，為規(guī)?；秃哪芨稍镉筒俗烟峁┰囼?yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

新鮮油菜籽：水分含量18%，寧鄉(xiāng)縣綠自然家庭農(nóng)場提供；

石油醚(沸程30～60 ℃)、正己烷、氫氧化鉀等：分析純，國藥集團(tuán)藥業(yè)股份有限公司。

電熱恒溫干燥箱：101-2A型，天津泰斯特儀器有限公司；

微波爐：TV025LX3-NA型，美的集團(tuán)有限公司；

電子天平：BSA124S型，賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司；

電子恒溫水浴鍋：HH-1型，國華電器有限公司；

高速萬能粉碎機(jī)：FW1000型，天津泰斯特儀器有限公司；

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：SHZ-DIII型，鞏義市予華儀器有限公司；

色譜儀：GC-14C型，日本島津公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 新鮮油菜籽去除雜質(zhì)、霉變粒后，初始水分含量為18%，按以下方法干燥。

(1) 熱風(fēng)干燥：取100 g左右的油菜籽，攤成一層，分別在60，70，80，90，100 ℃下熱風(fēng)干燥，每隔30 min取樣，冷卻粉碎，測定水分含量。

(2) 微波干燥：取100 g左右的油菜籽，分別在100，300，500，800，1 000 W的微波強(qiáng)度下干燥，每隔10 s取樣，冷卻粉碎，測定水分含量。

(3) 熱風(fēng)—微波聯(lián)合干燥：根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，取熱風(fēng)溫度、轉(zhuǎn)換點(diǎn)水分含量、微波功率3個因素設(shè)計(jì)L9(34)正交試驗(yàn)，其中轉(zhuǎn)換點(diǎn)水分含量根據(jù)相應(yīng)的干燥曲線結(jié)果確定。

因本正交試驗(yàn)有酸價(jià)、過氧化值和發(fā)芽率3個指標(biāo)，考慮酸價(jià)和過氧化值為制取食用油的關(guān)鍵指標(biāo)，因此各占0.35的權(quán)重；油菜籽如果不做種用，發(fā)芽率權(quán)重設(shè)為0.3，通過式(1)計(jì)算綜合評分。

綜合評分=酸價(jià)隸屬值×0.35+過氧化值隸屬值×0.35+發(fā)芽率隸屬值×0.3。

(1)

其中，隸屬值的計(jì)算公式為：

X=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)，

(2)

式中：

X——指標(biāo)隸屬值；

Xi——試驗(yàn)值；

Xmin——同一指標(biāo)試驗(yàn)最小值；

Xmax——同一指標(biāo)試驗(yàn)最大值。

1.2.2 脂肪酸測定 稱取100 g油菜籽樣品，石油醚浸提，1 mol/L氫氧化鉀-甲醇溶液甲酯化，取甲酯化樣品0.4 μL注射進(jìn)已準(zhǔn)備好的氣相色譜，色譜柱為SUPELCO WAX 10(30 m×0.32 mm×0.25 μm)。脂肪酸的百分含量采用歸一化法計(jì)算[11]。

1.2.3 發(fā)芽率的測定 按GB 5520—2011執(zhí)行。

1.2.4 常規(guī)成分測定

(1) 水分：按GB 5009.3—2010執(zhí)行。

(2) 酸價(jià)：按GB 5009.229—2016執(zhí)行。

(3) 過氧化值：按GB 5009.227—2016執(zhí)行。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理 所有數(shù)據(jù)均重復(fù)3次，采用Excel 2003作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱風(fēng)干燥對油菜籽的影響

由圖1可知：熱風(fēng)干燥過程中，隨著干燥時間的延長，油菜籽水分含量逐漸減少，干燥末期曲線變得平緩，脫水難度增加。其中，干燥溫度越高，油菜籽在短時間內(nèi)的失水速率越快，達(dá)到油菜籽的相對安全儲藏水分所需時間越短，干燥溫度為60，70，80，90，100 ℃，達(dá)到8%的水分含量所需干燥時間分別為30，20，18，15，15 min。雖然隨著溫度的升高、油菜籽的干燥時間縮短，但高溫同時會破壞生物酶的活性、導(dǎo)致油菜籽的發(fā)芽率下降，圖2的結(jié)果表明：超過80 ℃，油菜籽的發(fā)芽率開始迅速下降，到100 ℃時，發(fā)芽率降至16.3%。

圖1 油菜籽的熱風(fēng)干燥曲線圖

圖2 熱風(fēng)干燥對發(fā)芽率的影響

溫度對油菜籽的酸價(jià)、過氧化值等亦有較大的影響，80 ℃以下的熱風(fēng)溫度范圍，酸價(jià)值增長較為緩慢；超過80 ℃，酸價(jià)的增長隨著熱風(fēng)溫度的上升而急劇增加，至100 ℃時，油菜籽的酸價(jià)已經(jīng)超過3 mg/g(見圖3)。同時，對過氧化值的分析發(fā)現(xiàn)，油菜籽的過氧化值亦是隨著熱風(fēng)溫度的增加而增加(見圖4)，基本呈線性關(guān)系。

圖3 熱風(fēng)干燥對酸價(jià)的影響

圖4 熱風(fēng)干燥對過氧化值的影響

2.2 微波干燥對油菜籽的影響

不同微波強(qiáng)度的油菜籽干燥曲線分析表明(見圖5)：100，300，500，800，1 000 W的微波強(qiáng)度將油菜籽干燥到水分含量8%需要時間分別為210，160，73，85，105 s，說明與熱風(fēng)干燥比較，微波干燥的能量利用率高、加熱時間短。但微波強(qiáng)度超高800 W以后，籽粒局部焦糊增加，整體干燥時間延長，說明油菜籽干燥的微波強(qiáng)度不宜超過800 W。與熱風(fēng)干燥結(jié)果比較，微波干燥油菜籽的發(fā)芽率亦高20%左右，與Upinska等[12]報(bào)道微波干燥對油菜籽的發(fā)芽損傷率低于熱風(fēng)干燥的研究結(jié)果一致。由圖6可知，500 W的微波強(qiáng)度發(fā)芽率最高，達(dá)到82%；超過500 W，發(fā)芽率開始降低。

圖5 油菜籽的微波干燥曲線

圖6 微波干燥對油菜籽發(fā)芽率影響

微波干燥對油菜籽的酸價(jià)和過氧化值亦有較大影響，圖7和圖8的結(jié)果表明，在100～1 000 W的微波強(qiáng)度范圍內(nèi)，隨著微波功率的增加、酸價(jià)和過氧化值基本呈線性增加，但都還在食用油脂的安全范圍內(nèi)。

圖7 微波功率對酸價(jià)的影響

圖8 微波功率對過氧化值影響

2.3 熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥對油菜籽品質(zhì)的影響

2.3.1 熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥的工藝優(yōu)化 根據(jù)2.1、2.2的結(jié)果設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)(見表1)，表2的綜合評分結(jié)果表明，熱風(fēng)溫度對油菜籽的品質(zhì)影響最大，其次為微波功率、轉(zhuǎn)換點(diǎn)水分，正交試驗(yàn)最佳組合為A3C2B1，即熱風(fēng)溫度80 ℃，微波功率500 W，轉(zhuǎn)換點(diǎn)水分15%。

表1 油菜籽熱風(fēng)-微波干燥正交試驗(yàn)表

2.3.2 正交試驗(yàn)條件對油菜籽脂肪酸組成的影響 脂肪酸是菜籽油的主要構(gòu)成，因此干燥對油菜籽脂肪酸的影響不可忽略。表3的結(jié)果表明，不同干燥條件對除芥酸外的脂肪酸均沒有顯著影響。攝入大量芥酸含量高的菜籽油，會刺激大鼠肝臟肥大，對高脂模型大鼠的脂質(zhì)水平?jīng)]有改善作用，甚至有促進(jìn)作用[13]。因此聯(lián)合國糧農(nóng)組織及世界衛(wèi)生組織要求雙低油菜籽中的芥酸<5%[14]，本研究采用的油菜籽芥酸含量較高，不屬于雙低油菜籽，但表3結(jié)果中最低含量為3.91%，達(dá)到低芥酸的要求，說明優(yōu)化的熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥工藝有利于提高油菜籽脂肪酸的營養(yǎng)價(jià)值。此時的干燥工藝為A3C2B1，與正交試驗(yàn)獲得的最佳工藝組合一致。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

表3 正交試驗(yàn)條件下油菜籽脂肪酸組成?

? 上標(biāo)字母表示同列數(shù)據(jù)的顯著性差異(P<0.05)；試驗(yàn)編號同表2。

2.3.3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 取正交試驗(yàn)最優(yōu)條件：熱風(fēng)溫度80 ℃，微波功率500 W，轉(zhuǎn)換點(diǎn)水分15%；將轉(zhuǎn)換點(diǎn)水分轉(zhuǎn)換成熱風(fēng)干燥(80 ℃，12 min)和微波干燥(500 W，30 s)參數(shù)，可以得到油菜籽的含水量為7.51%(n=3)，達(dá)到安全儲藏水分要求，且品質(zhì)得到保障。

3 結(jié)論

熱風(fēng)干燥油菜籽均勻但耗時長、干燥后油菜籽的發(fā)芽率較低；微波干燥快速且有利于發(fā)芽率的提高，但較高的微波頻率干燥效果往往不均勻；二者隨著干燥強(qiáng)度的增加，油菜籽的酸價(jià)和過氧化值在理化指標(biāo)的安全范圍內(nèi)均很快升高。熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥可以綜合2種干燥方式的優(yōu)點(diǎn)：受熱均勻且能縮短油菜籽的熱風(fēng)干燥時間、降低熱風(fēng)對籽粒發(fā)芽的損傷與油菜籽中的芥酸含量。但本研究僅為實(shí)驗(yàn)室的初步工藝研究，若要應(yīng)用于產(chǎn)地初加工，還需要對熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥油菜籽的技術(shù)理論及相應(yīng)的干燥設(shè)備等進(jìn)行深入的探討。

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Effect on quality of rapeseed treating by hot air-microwave drying

LIUQing1

WUMei-fang2

ZHAOYu-qiang1

WUSu-xi2

YICui-ping2

LIURui-xing2

SHIJian-fang1

LOUZheng1

SHAOGuang1

(1.ChineseAcademyofAgriculturalEngineering,KeyLaboratoryofAgro-ProductsPostharvestHandling,MinistryofAgriculture,Beijing100121,China; 2.SchoolofChemicalandBiomedicalEngineering,ChangshaUniversityofScienceandTechnology,Changsha,Hunan410114,China)

By studying the effects of hot air, microwave and hot air-microwave on drying curve, acid value, peroxide valueand fatty acids of rapeseed, the optimum hot air-microwave dry processes under good qualities was obtained. And were as followed: hot air temperature 80 ℃, moisture content in transition point 15%, power of micriowave 500 W; by dring in 12 min/30 s, the moisture content decreased from 18% to 7.51% ,and the rapseed has low acid value and peroxide value, relatively high germination rate and the lowest erucic acid.

rapeseed; hot air; microwave; dry; quality

2013年公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(編號：201303072)

劉清，女，農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院高級工程師，博士。

易翠平(1973—)，女，長沙理工大學(xué)教授，博士。 E-mail：109823769@qq.com

2017—06—01

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.07.039