微波干燥與鼓風干燥對稻谷品質的影響

王素雅 楊曉亞 胡丹丹 周曰春 鞠興榮

（江蘇省糧油食品檢測與深加工重點實驗室 南京財經大學食品科學與工程學院，南京 210046）

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

熱風干燥是糧食干燥的一種傳統常用方法，操作簡單，應用也較為廣泛。但干燥溫度高會造成糧食品質破壞［6］，干燥溫度低則耗時長。微波干燥利用高頻電磁波帶動被干燥物料內部極性分子高速旋轉，使物料內部摩擦產熱，促使水分蒸發，從而達到干燥的目的。微波具有加熱速度快、干燥速率快、能源利用率高、安全無污染等優點，但因其穿透糧層厚度太薄，其連續化、規模化在糧食干燥中受到限制［7］。

本試驗以稻谷允許受熱溫度40℃為基礎，選擇微波與熱風干燥工藝處理稻谷，以13.5%水分為干燥終點，對比不同品種稻谷干燥后的品質變化，以期探索不同稻谷內部成分與干燥前后稻谷品質變化的關系，為不同稻谷品種進一步確定干燥工藝提供可靠的依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

所有試驗稻谷采收于2012年10～11月，分別采購于河南新鄉、江蘇宿遷、黑龍江農田，經除雜、包裝、標示，放于4℃冰箱中封存待用。不同品種稻谷的基本指標見表1。

表1 不同稻谷品種的基本指標

1.2 試驗設備

FW100高速萬能粉碎機：天津泰斯特儀器有限公司；電子分析天平：美國丹佛儀器公司；MCR-3微波化學反應器：西安予輝儀器有限公司；電子游標卡尺：南京三豐儀器有限公司；101-3AS型電熱鼓風干燥箱：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可見光分光光度分光度計：上海精密儀器廠；TDL-5-A離心機：上海安亭科學儀器廠。

1.3 試驗方法

1.3.1 基本成分測定

淀粉的測定：執行 GB／T 5009.9—2008；水分的測定：執行GB 5009.3—2010；蛋白質的測定執行：GB 5009.5—2010；直鏈淀粉含量測定：執行 GB／T 15683—2008／ISO 66471：2007。

1.3.2 外形指標 用電子游標卡尺測量，精確度0.001 mm。

1.3.3 發芽率測定 執行GB／T 5520—2011。

1.3.4 干燥工藝

1.3.4.1 熱風干燥

取500 g稻谷樣品，均勻平攤在托盤上，置于40℃電熱鼓風干燥箱［（t±1）℃］中鼓風干燥。干燥開始后每10 min測定并記錄一次稻谷質量（每次操作時間不超過1 min），計算稻谷對應的含水量。稻谷終了含水量設定為13.5%，干燥時間由終了含水率決定，達到稻谷終止含水量應立即停止干燥［1］。用塑料袋包裝標記，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微波化學反應器中溫度感受器穩定于40℃時，將平鋪稻谷置入微波反應器中并開始計時，每5 min測定并記錄一次稻谷質量（每次操作時間不超過1 min），計算稻谷對應的水分含量。稻谷含水量達到13.5%立即停止干燥。用塑料袋包裝標記，于電熱恒溫兩用箱中40℃下緩蘇5 h，備用。

1.3.5 爆腰率測定

將稻谷手工剝殼，目測檢測，無法目測的用光測。將盛有稻米的培養皿放在臺式投影儀工作臺上方，光源發出的光經聚光鏡照射被測稻米。若稻米有裂紋存在，則光線透過稻米，在裂紋兩側有亮度差異；若無裂紋，則透過稻米的光線亮度是一致的。以此判斷稻米是否存在裂紋［10］。

試驗前，隨機查取稻谷300粒，每100粒為1組，手工剝殼后，放在自制的爆腰燈下檢測。檢測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 測定糊化特性RVA

稻米淀粉黏滯性譜采用黏度速測儀RVA測定，用TCW（Thermal Cycle forWindows）配套軟件進行分析。根據 AACC操作規程（AACC 2000）［12-13］，含水量為14.0%時，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內轉動速率為960 r／min，之后保持在 16 r／min。

1.4 數據處理

試驗數據用Excel、SPSS17.0系統進行分析處理。

2 結果與討論

2.1 兩種干燥方式對稻谷爆腰率的影響

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、產量和經濟價值。已有的研究顯示稻谷允許受熱溫度40℃［14］，干燥溫度高于45℃會降低稻谷的食味品質［15］。Schluterman等［16］研究認為稻谷干燥后應緩蘇至少60 min才能有效降低爆腰率；也有人認為緩蘇時間大于3 h可降低稻谷的爆腰率增值，改善稻谷的干后品質［17］。故本研究采用40℃緩蘇5 h以降低干燥稻谷爆腰率。熱風干燥與微波干燥對不同稻谷爆腰率的影響，結果見表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空氣濕度變化大，引發稻谷水分波動造成。干燥處理增加稻谷的爆腰率，其中熱風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%。熱風干燥和微波干燥后秈稻爆腰率平均增加量分別18%和39%，遠高于粳稻10.8%與17.6%和糯稻的1.0%與5.0%。有研究認為低水分稻谷裂紋的形成一方面與籽粒的形狀有關，另一方面與胚乳中的淀粉結構，特別是直鏈淀粉的含量與分布密切相關［18］。Yadav BK等［5］研究發現稻谷直鏈淀粉含量越低則爆腰率越低。秈稻屬細長型稻谷，且胚乳中直鏈淀粉含量遠較粳稻和糯稻高，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干燥高。由此可見，干燥溫度相同時，微波干燥更易造成稻谷爆腰，也就是說熱風干燥對保持干燥稻谷的加工品質較為有益。

表2 2種干燥方式對不同稻谷爆腰率的影響

微波干燥時稻谷在微波場中極性水分子隨微波場方向的變化而快速反復轉向，水分子轉動過程中受周圍分子的干擾和阻礙，產生類似摩擦的熱效應，使稻谷表面與內部同時升溫，稻谷中水分子相繼蒸發而達到干燥目的。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、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現，糯稻淀粉粒之間小孔和洞的數目較秈稻和粳稻多，有利于水的流動［19］。張艷霞等［20］發現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。2種干燥方式后爆腰率增加量均為：秈稻＞粳稻＞糯稻。微波干燥時稻米內部水分不易向表面轉移，而稻米表面水分散失快、升溫速度快，稻米內外水分含量差距快速增大，內部拉應力增加，最終造成爆腰［21-22］。

2.2 兩種干燥方式對稻谷發芽率的影響

種子發芽率是指在測試的天數內正常發芽的種子所占的百分率，糧食的新鮮程度和食用品質好壞可以通過發芽率的高低而體現出來，它也是綜合衡量稻谷品質的一個重要指標［23］。熱風、微波干燥對不同品種稻谷發芽率影響見表3。由表3可知，所有試驗稻谷初始發芽率均高于90%。經干燥后，糯稻和粳稻（除皖稻54）的發芽率無明顯變化，而3種秈稻微波干燥后發芽率均顯著降低。由于秈稻在微波干燥過程中產生溫度和水分梯度，產生濕應力和熱應力，裂紋增加，稻谷內部結構急劇破壞，發芽率損失上升。因此，微波干燥對秈稻發芽率影響較大，大大降低秈稻的生命力。

表3 2種干燥方式對不同稻谷發芽率的影響

表4 不同品種稻谷干燥前后RVA譜的變化

2.3 兩種干燥方式對稻谷RVA譜的影響

稻谷的RVA譜與其食用品質密切相關。RVA譜的崩解值與膠稠度和米飯口感相關，米飯硬度與消減值呈極顯著正相關，與崩解值呈極顯著負相關；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，其值越大則米飯越硬［24-25］。消減值有正負之分，原因在于消減值與稻谷口感質地有關，消減值為負說明該稻谷品種口感偏黏，硬度偏小；消減值為正值即為該稻谷品種硬而糙，但不黏結。已有的研究表明，RVA指標與味度計測定值存在密切的關系。粳稻稻米RVA譜的糊化溫度、最終黏度、回復值、消減值與味度計測定的味度值呈顯著或極顯著負相關，而峰值黏度、崩解值與味度值呈極顯著正相關［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，說明干燥處理降低了粳稻和糯稻的食味。熱風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，說明熱風干燥對粳稻和糯稻食味品質影響較微波干燥小。熱風干燥秈稻RVA的峰值粘度與崩解值均較微波干燥處理高，回復值較微波干燥低，表明熱風干燥對秈稻食味影響更小，進一步說明熱風較微波適于秈稻干燥。

2.4 稻谷表觀直鏈淀粉與精米RVA譜特征值的相關分析

表5、表6給出了鼓風和微波40℃干燥的稻谷在干燥前后各指標間均存在極顯著或顯著的相關性。表觀直鏈淀粉與爆腰率增加量、精米RVA譜的消減值、回升率呈極顯著正相關，與峰值黏度呈顯著負相關，這與朱滿山等［26］和隋炯明等［27］研究結果相一致。爆腰率增加量與精米RVA譜的消減值、回升率呈極顯著正相關，與峰值黏度呈極顯著負相關。稻谷粒寬與表觀直鏈淀粉、回升率呈顯著負相關；稻谷長寬比與表觀直鏈淀粉、最終黏度、回升率呈顯著正相關。微波干燥過程中稻谷粒寬與爆腰率增加量呈顯著負相關，也說明稻谷越細長，越容易爆腰，進一步說明，秈稻不適宜于微波干燥。

表5 熱風干燥表觀直鏈淀粉與精米RVA譜特征值的相關系數

表6 微波干燥表觀直鏈淀粉與精米RVA譜特征值的相關系數

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，與崩解值呈極顯著負相關，而經干燥處理后爆腰率、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。通過干燥處理，分辨出粳稻、糯稻消減值均呈負值，干燥后雖有所增大，但仍顯示負值，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，干燥后繼續增大，說明稻谷硬度變大而糙，不顯示粘性，易裂，爆腰率增加明顯。

3 結論

3.1 干燥處理會增加稻谷爆腰率并降低其發芽率。秈稻在干燥后最易發生爆腰，熱風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。微波干燥后秈稻發芽率顯著降低，秈稻639發芽率損失57.5%，說明微波干燥降低部分秈稻的生命力。

3.2 比較鼓風干燥與微波干燥后稻谷，鼓風干燥處理后稻谷RVA的峰值黏度和崩解值略高，最終黏度、回復值也較高。稻谷糊化特性與米飯良好的蒸煮特性密切相關，峰值黏度越大，崩解值越大也是評價稻谷蒸煮品質優劣的重要指標。熱風干燥后稻谷峰值黏度、崩解值均高于微波干燥，而且因素之間相關性不如鼓風干燥明顯，說明微波干燥處理會降低稻谷的食味和加工品質。

3.3 稻谷熱風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性，相關系數分別為 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。

［1］劉諾陽.干燥對稻米物性與食味的影響［D］.鄭州：河南工業大學，2012

［2］楊國峰.干燥溫度和時間對稻谷裂紋形成的影響［J］.糧食與飼料工業，1995，6（5）：16-19

［3］李棟，毛志懷，汪立君，等.稻谷爆腰機理及其抑制［J］.糧油加工與食品機械，2000，6（4）：17-18

［4］吳明亮，湯楚宙.稻谷爆腰機理與影響因素研究進展［J］.糧油加工與食品機械，2006，2（9）：31-37

［5］Yadav BK，Jindal V K.Changes in head rice yield and whiteness during milling of rough rice（Oryza sativa L.）［J］.Journal of Food Engineering，2008，86（1）：113-121

［6］梁禮燕.熱風、微波薄層干燥稻谷品質研究 ［D］.南京：南京財經大學，2012

［7］朱德文，劉敏.微波干燥稻谷的試驗研究［J］.包裝與食品機械，2003，21（5）：8-10

［8］楊悅乾，何君，李漫江.稻谷爆腰的研究現狀及解決措施［J］.農機化研究，2000（5）：100-103

［9］王繼煥.稻谷干燥爆腰率因素分析［J］.糧食與飼料工業，2000（8）：20-21

［10］楊國峰，汪海峰，王小錚，等.糙米裂紋生成趨勢的研究［J］.食品科學，2002，8（23）：41-44

［11］李棟.稻谷干燥應力裂紋生成擴展及抑制的試驗研究和機理分析［D］.北京：中國農業大學，2001

［12］朱滿山，顧銘洪，湯述翥.不同粳稻品種和 DH群體稻米淀粉 RVA譜特征與蒸煮理化指標及相關分析［J］.作物學報，2007，33（3）：411-418

［13］American Association of Cereal Chemists（AACC）.Approved methods of the AACC.10thed.Methods 61-02 for RVA.St.Paul，MN，USA：AACC，［S］，2000

［14］魏成禮，孫征權.順流谷物干燥技術的特點原理與應用［J］.種子世界，2005，3（41）：56-57

［15］鄭先哲，趙學篤.稻米食味值測定及干燥品質的研究［J］.農業機械學報，2000，31（4）：54-56

［16］Schluterman D A，Siebenmorgen T J.Relating rough rice moisture content reduction and tempering duration to head rice yield reduction［J］.Transactions of the ASABE，2007，50（1）：137-142.

［17］馬薦，李成華，王丹陽.干燥工藝參數對稻谷爆腰率增值的影響［J］.沈陽農業大學學報，2009，40（1）：114-117

［18］吳明亮，湯楚宙.稻谷爆腰機理及影響因素研究進展［J］.糧油加工與食品機械，2006（2）：60-63.

［19］張艷霞.稻米直鏈淀粉含量與淀粉理化特性及品質的關系［D］.南京：南京農業大學，2004

［20］張艷霞，丁艷鋒，李剛華，等.直鏈淀粉含量不同的稻米淀粉結構糊化特性研究［J］.作物學報，2007，33（7）：1201-1205

［21］Kunze O R，Hall C W.Relative humidity changes that cause brown rice to crack［J］.Transactions of the ASAE，1965，8（3）：396-399

［22］Chauhan JS，Chauhan V S，Lodh SB.Comparative analysis of variability and correlations between quality components in traditional rainfed upland and lowland rice［J］.The Indian Journal of Genetics and Plant Breeding，1995，55（1）：6-12

［23］謝維治，張奕群，楊雪花.稻谷儲藏期間發芽率變化的研究［J］.糧食儲藏，2008，37（1）：47-49

［24］熊善柏，趙思明，李建林，等.米飯理化指標與感官品質的相關性研究［J］.華中農業大學學報，2002，1（21）：83-87

［25］王巖，程玉來，徐正進.稻米抗剪切力與食味值及其他品質性狀的關系［J］.糧油加工與食品機械，2005，8（6）：58-60

［26］朱滿山，湯述翥，顧銘洪，等.RVA譜在稻米蒸煮食用品質評價及遺傳育種方面的研究進展［J］.中國農學通報，2005，21（8）：59-64

［27］隋炯明，李欣，嚴松，等.稻米淀粉RVA譜特征與品質性狀相關性研究 ［J］.中國農業科學，2005，38（4）：657-663