季節(jié)溫度變化對稻谷品質(zhì)的影響研究

李 玉

（遼寧省糧食科學(xué)研究所，沈陽 110032）

我國是稻谷生產(chǎn)大國，遼寧又是產(chǎn)糧大省，其中2019年遼寧省稻谷產(chǎn)量高達(dá)400多萬噸。受收獲時(shí)氣候影響，遼寧地區(qū)稻谷含水率在22%左右。新收稻谷含水率高，容易造成儲(chǔ)藏過程品質(zhì)劣變，為保證收獲后稻谷品質(zhì)穩(wěn)定和儲(chǔ)藏安全，低溫儲(chǔ)藏一直是糧庫不斷探索和努力的方向[1]。因此，選擇合理的儲(chǔ)藏條件以減少稻谷霉變、保證稻谷品質(zhì)具有重要意義。本實(shí)驗(yàn)對高水分稻谷在不同溫度條件下進(jìn)行監(jiān)測，測定其儲(chǔ)藏過程中的品質(zhì)指標(biāo)變化規(guī)律，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，研究季節(jié)溫度與稻谷品質(zhì)變化的相關(guān)性，分析稻谷保質(zhì)儲(chǔ)藏最佳技術(shù)參數(shù)，為糧食安全儲(chǔ)藏提供參考。

1 材料與方案

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

稻谷：產(chǎn)地遼寧本溪，指標(biāo)見表1。

表1 稻谷初始指標(biāo)

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備

實(shí)驗(yàn)用設(shè)備為模擬實(shí)驗(yàn)儲(chǔ)糧倉，儲(chǔ)糧倉骨架采用不銹鋼材質(zhì)的角鋼（L50×5）焊接而成；通風(fēng)式頂部采用不銹鋼材質(zhì)的角鋼（L40×3）焊接成十字形支撐體；通風(fēng)板為2 mm厚不銹鋼篩板。單個(gè)小方倉截面尺寸1.1m×1.1m，倉高1.8m，其中裝糧高度1.5 m，底部通風(fēng)層高度300 mm，模擬實(shí)驗(yàn)倉如圖1示。

圖1 模擬實(shí)驗(yàn)倉

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 溫度檢測

倉內(nèi)鋪設(shè)垂直測溫電纜9條，每個(gè)測溫電纜上每10 cm有一個(gè)測溫點(diǎn)，每條16個(gè)測溫點(diǎn)，分別排于倉四壁、中心點(diǎn)等不同位置。根據(jù)季節(jié)溫度變化實(shí)測倉內(nèi)不同點(diǎn)溫度變化，對所測數(shù)據(jù)及時(shí)收集記錄。并在溫度變化相差2℃或以上時(shí)對糧食品質(zhì)進(jìn)行檢測，尋找糧食品質(zhì)隨溫度變化的規(guī)律。

1.3.2 稻谷品質(zhì)檢測方法

水分含量：參照 GB 5009.3-2016。

發(fā)芽率：參照 GB/T 5520-2011。

裂紋率：參照 GB/T 5496-1985。

脂肪酸值：參照 GB/T 15684-2015。

整精米率：參照 GB/T 21719-2008。

2 結(jié)果與分析

2.1 季節(jié)溫度變化對稻谷水分的影響

水分是稻谷一個(gè)重要的化學(xué)成分，稻谷中的水分不僅對種子的生理有很大的影響，而且與稻谷的加工和保管以及稻米的價(jià)值都有很大關(guān)系[2]。正常情況下，一般稻谷含水量為13%～14%。稻谷干燥后的水分控制在13%左右，貯存后稻米的整精米率可以得到恢復(fù)，適當(dāng)?shù)暮坑质潜ＷC稻谷加工順利進(jìn)行的重要前提。水分過高是稻谷發(fā)熱霉變的主要因素。當(dāng)水分低于11%時(shí)，貯藏后期稻米的整精米率很低。糧堆中溫度的不均勻分布是水分遷移的主要原因，實(shí)驗(yàn)中新粳稻水分隨溫度的變化規(guī)律如圖2所示。

圖2 稻谷水分隨季節(jié)溫度的變化規(guī)律

2.2 季節(jié)溫度變化對稻谷發(fā)芽率的影響

發(fā)芽率是衡量種子質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)，糧食的新鮮程度和食用品質(zhì)好壞可以通過發(fā)芽率高低來體現(xiàn)。由圖3可知，低溫干燥時(shí)對稻谷發(fā)芽率的影響較小，而當(dāng)?shù)竟葍?chǔ)藏隔年后，稻谷的發(fā)芽率下降會(huì)很明顯。這說明，低溫儲(chǔ)藏對稻谷的新鮮度保持更好，高溫儲(chǔ)藏使稻谷蛋白質(zhì)變性和凝固，導(dǎo)致了酶活性喪失，所以高溫儲(chǔ)藏不適用于種子保存。稻谷發(fā)芽率隨溫度的變化規(guī)律如圖3所示。

圖3 稻谷發(fā)芽率隨季節(jié)溫度的變化規(guī)律

2.3 季節(jié)溫度變化對稻谷裂紋率的影響

稻谷裂紋率（也稱爆腰率）的高低直接影響碾米后的整精米率，從而影響稻谷的加工品質(zhì)、產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。由圖4可以看出，稻谷裂紋率隨著溫度的升高而增加。主要是由于稻谷粒局部受熱不均，造成局部收縮，內(nèi)外濕度梯度過大產(chǎn)生應(yīng)力變化造成[3]。通過對比稻谷樣品的裂紋率還可發(fā)現(xiàn)，季節(jié)溫度對裂紋率的影響不顯著。

圖4 稻谷裂紋率隨季節(jié)溫度變化規(guī)律

2.4 季節(jié)溫度變化對稻谷脂肪酸值的影響

脂肪酸值是評價(jià)稻谷儲(chǔ)存品質(zhì)變化的重要指標(biāo)之一。由圖5可知，稻谷的脂肪酸含量受季節(jié)溫度變化影響不明顯。

圖5 稻谷脂肪酸值隨季節(jié)溫度變化規(guī)律

2.5 季節(jié)溫度變化對稻谷整精米率的影響

稻谷整精米率是稻谷分級定等的重要指標(biāo)之一，直接反映稻谷的工藝品質(zhì)及碾米產(chǎn)量[4]。由圖6可知，隨著季節(jié)溫度的升高，稻谷的整精米率呈下降趨勢，當(dāng)季節(jié)溫度大于20℃時(shí)，下降的幅度略微增大。稻谷的整精米率隨著儲(chǔ)藏時(shí)間增長而逐漸下降。

圖6 稻谷整精米率隨季節(jié)溫度變化規(guī)律

3 糧食溫度受季節(jié)溫度影響的仿真校驗(yàn)

3.1 外溫對倉內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)的影響

自然儲(chǔ)藏過程中，糧堆內(nèi)糧食顆?？紫堕g空氣的流動(dòng)為自然對流，其和糧堆內(nèi)部水分的遷移都會(huì)影響糧食品質(zhì)，外溫對糧堆氣流變化的影響如圖7、圖8所示。

圖7 外溫低于糧食溫度時(shí)倉內(nèi)氣流流動(dòng)方向

圖8 外溫高于糧食溫度時(shí)倉內(nèi)氣流流動(dòng)方向

3.2 利用MATLAB語言進(jìn)行數(shù)據(jù)仿真校驗(yàn)

本文選擇MATLAB語言進(jìn)行仿真，MATLAB語言是一種基本不依賴于硬件機(jī)型的軟件系統(tǒng)，可以在幾乎所有硬件系統(tǒng)機(jī)上運(yùn)行。在數(shù)值運(yùn)算中，運(yùn)算的可靠性與數(shù)值穩(wěn)定性要高于其他高級語言。

糧溫隨外溫的可預(yù)測與完全可預(yù)測性

函數(shù) 1：根據(jù)公式（1）計(jì)算能控矩陣對（A,B）的克萊姆矩陣。如果rankUc=n,則糧溫狀態(tài)可預(yù)測。

式中：ρo為糧堆密度，ρa(bǔ)為空氣密度，A為倉外溫變換矩陣，B為倉內(nèi)某一點(diǎn)溫度變換矩陣。

函數(shù) 2：根據(jù)公式（2）計(jì)算能控矩陣對（A,C）的克萊姆矩陣。如果rankUo=n,則糧溫狀態(tài)是完全可預(yù)測。

式中：A為倉外溫變換矩陣，C為倉內(nèi)平均溫度變換矩陣。

由于局部熱衡原理，糧食中水蒸氣的分壓力和周圍空氣的壓力是相同的，可以認(rèn)為達(dá)到瞬間平衡或者即時(shí)平衡。對溫度變化速度進(jìn)行仿真制圖如圖9所示。

圖9 溫度變化仿真圖

4 結(jié)論

溫度高時(shí)，微生物活動(dòng)劇烈，糧溫降低后，微生物活動(dòng)微弱，也就是說糧溫高時(shí)，糧堆內(nèi)溫度和濕度耦合促進(jìn)微生物的呼吸作用，糧溫低時(shí)，溫度和濕度耦合抑制了微生物的呼吸作用。

短期季節(jié)溫度對稻谷品質(zhì)的影響并不明顯。溫度升高，稻谷發(fā)芽率略微降底，裂紋率增加不明顯，整精米率略降低，稻谷品質(zhì)略下降。長期儲(chǔ)糧時(shí)，由于環(huán)境溫度的周期性變化和糧堆內(nèi)部糧食顆粒的吸濕與解吸濕以及呼吸作用的共同影響，糧食品質(zhì)會(huì)隨季節(jié)和溫度變化劣變更明顯，食味變差。因此為保證稻谷品質(zhì)，應(yīng)選擇低溫儲(chǔ)藏[5]。