現代工業技術在糧油儲藏管理中的應用——以論微波技術為例

馬志霞，劉松森

天津市大港區糧食購銷有限公司，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。微波的基本性質通常呈現為穿透、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，能使倉庫內迅速產生大量的熱量，有利于稻米的干燥，不使之發芽，從而有利于儲存[1-2]。本文為此具體探討了微波技術在稻米儲存中的應用。

1 當前稻米儲藏的主要方法

當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，但對糧食和環境卻造成不同程度的污染。現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準[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新能力顯著增強，取得了一批重要科技成果。糧食儲藏的應用技術已居于國際先進水平，解決了中國糧食儲藏數量大，周期長，地域遼闊的儲藏需求，生態儲糧技術和7個儲糧區域研究正在深化；深加工和綜合利用技術為標志的糧油食品加工技術也取得了較快發展；生物殺蟲劑、氣調儲糧技術、利用現代信息技術解決糧情檢測和調控技術研究即將取得突破[4]。比如2010 我國最新研制成功的具有自主知識產權的“綠色環保糧食儲藏新技術”，可解決高水分糧食在倉庫內干燥、防霉、防蟲等多年未解難題。糧食儲備權威專家今天在此間通報這一重大成果時說，該技術一旦推廣，每年可為國家節約近40億元倉儲費用[5]。

2 微波的性質

微波的基本性質通常呈現為穿透、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。微波透入介質時，由于介質損耗引起的介質溫度的升高，使介質材料內部、外部幾乎同時加熱升溫，形成體熱源狀態，大大縮短了常規加熱中的熱傳導時間，且在條件為介質損耗因數與介質溫度呈負相關關系時，稻米內外加熱均勻一致。

2.2 吸收性

物質吸收微波的能力，主要由其介質損耗因數來決定。介質損耗因數大的物質對微波的吸收能力就強，相反，介質損耗因數小的物質吸收微波的能力也弱。由于各物質的損耗因數存在差異，微波加熱就表現出選擇性加熱的特點。物質不同，產生的熱效果也不同。水分子屬極性分子，介電常數較大，其介質損耗因數也很大，對微波具有強吸收能力。而蛋白質、碳水化合物等的介電常數相對較小，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，所以現代多路通信系統，包括衛星通信系統，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。這在目標檢測，遙感目標特征分析等應用中十分重要

3 微波對稻米儲藏主要品質的影響

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，其極性取向將隨著外電場的變化而變化。造成分子的運動秀相互摩擦效應，此時微波場的場能轉化為介質內的熱能，使稻米溫度升高，產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，谷類食品的品質與其淀粉含量、種類及存在狀態密切相關[2]。有研究研究發現不同品種大米淀粉的微波效應不盡相同，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 對蛋白質的影響

微波的量子能量還不夠大，不足與改變物質分子的內部結構或破壞分子之間的鍵。再有物理學之道，分子原子核原子核在外加電磁場的周期力作用下所呈現的許多共振現象都發生在微波范圍，因而微波為探索物質的內部結構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的影響與稻米水分含量、微波時間及加熱過程中稻米內部溫度有關。研究表明，大豆水分含量增加，微波加熱時大豆內部溫度降低，其磷脂的損耗量也相應減少[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致磷脂分解，并使磷脂與蛋白質或碳水化合物作用形成其它絡合物。酶是一種蛋白質分子，受到微波作用能導致其活力的變化。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，然而也有研究發現一定功率的微波能有效地激活白蘭瓜種子萌發期的淀粉酶活力。

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，精煉損失少品質好。微波預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構。

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和生物效應的共同作用的結果。微波對細菌的熱效應是使蛋白質變化，使細菌失去營養，繁殖和生存的條件而死亡。微波對細菌的生物效應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，細菌因此營養不良，不能正常新陳代謝，細胞結構功能紊亂，生長發育受到抑制而死亡。此外，微波能使細菌正常生長和穩定遺傳繁殖的核酸[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定性。比如微波所產生的電磁場可加速被萃取組分的分子由固體內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，水分子由高速轉動狀態轉變為激發態，這是一種高能量的不穩定狀態。此時水分子或者汽化以加強萃取組分的驅動力，或者釋放出自身多余的能量回到基態，所釋放出的能量將傳遞給其他物質的分子，以加速其熱運動，從而縮短萃取組分的分子由固體內部擴散至固液界面的時間，結果使萃取速率提高數倍，并能降低萃取溫度，最大限度地保證萃取物的質量。

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

[1]馮有勝，單振秀.微波對菜籽油部份理化衛生指標影響的研究[J].西南師范大學學報:自然科學版，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影響的研究[J].食品科學，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的影響[J].糧食與飼料工業，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.原糧品質與整精米率相關性的研究[J].糧食流通技術，2005(3)：33-34.