新疆糙米加濕調質工藝試驗研究

栗 文，蘭海鵬，張云秀，唐玉榮，張 宏，范修文，沈柳楊

(1.塔里木大學 機械電氣化工程學院，新疆 阿拉爾 843300；2.天津職業大學，天津 300402)

0 引言

新疆是我國的稻谷主產區之一，因其氣候干燥，相比其他稻谷生產地區，收獲后的稻谷含水率較低，經干燥儲藏后稻谷的含水率更低。而稻谷最適宜的碾米含水率為15.5%～16.5%[1-3]，若稻谷的含水率較低，此時糙米籽粒堅硬且脆性大，直接碾米容易產生碎米而且能耗高[4-5]。國內外稻谷加工企業通常采用一次加濕調質技術解決這一問題[6-8]，如果加濕過量會導致稻谷含水率過高，碾米時易形成糠塊，出米率低，能耗增加[9]。因此，探求適宜的分段加濕調質工藝參數具有十分重要的意義。

國內外研究糙米加濕調質工藝的國家主要集中在日本、韓國及中國等亞洲國家。在國外，日本的糙米微量調質技術最為先進且起步較早，其糙米加濕調質技術研究和發展的速度較快，已由起初直接噴霧著水進行糙米加濕的方式轉變為超聲波加濕的方式對糙米進行調質。超聲波加濕方式與直接噴霧加濕方式相比，霧滴更細、潤糙更均勻，但其霧化量有限且費用昂貴，不適宜我國大部分中小大米加工企業。另一方面，日本人口基數小，稻谷需求量少，現行的稻谷加工工藝體系為直接將收獲后的稻谷加工為糙米，控溫、控濕儲藏，現吃、現買、現碾；而我國人口多，此體系不適用于我國糧食安全儲藏的基本國情。東北農業大學賈富國教授根據我國基本國情，以東北稻谷為試驗材料，探索適合我國稻谷的加濕調質工藝，研究了糙米加濕水分的滲透規律及糙米含水率與碾米整精米率和碾米能耗的關系；研究了糙米加濕調質工藝參數單次加濕量、潤糙間隔時間、潤糙溫度對整精米率和碾米能耗的影響規律，得到了最佳的糙米加濕調質工藝參數組合[6]。結果表明：單次加濕量1.56%、潤糙溫度29.6℃、潤糙間隔時間64.6min時，碾米的整精米率提高了15.42%，能耗降低26.86%[10]；但尚未對其他稻谷生產地區不同品種的稻谷進行研究，以增加糙米加濕調質工藝以及設備的適用性和通用性。目前，而有關新疆糙米加濕調質工藝研究鮮有報道。

本試驗參照東北稻谷的加濕調質工藝，采用響應面分析法設計試驗，研究單次加濕量、潤糙間隔時間及潤糙溫度對整精米率和碾米能耗的影響規律，探索適合南疆稻谷的加濕調質工藝參數組合，對促進新疆糙米加濕調質技術的研究與推廣，具有重要的研究價值和現實意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選取存儲1年、初始含水率為10%、整精米率為38.51%、碾米能耗為623.62 kJ/kg的南疆長粒香稻谷。

1.2 試驗儀器

自制糙米加濕調質試驗機，可實現糙米流量、加濕量的自動調節且加濕均勻；礱谷機，FC2K型，日本大竹株式會社；試驗機采用細霧噴頭，BSPT-1/4 LNN型，(美國)，可保障霧滴的霧化細小均勻；恒溫恒濕培養箱，WS-380H型，上海冠森生物科技公司，誤差范圍±0.8%；全自動糙米加工檢測儀，SY95-RAT4型(韓國)，計算機自動控制記錄整精米率和碾米能耗，誤差范圍±0.4%。

1.3 試驗方法

潤糙是將稻谷經壟谷后低含水率的糙米進行加濕調質，增加其含水率，通過控制潤糙溫度和潤糙間隔時間實現潤糙工藝；確定合適的參數范圍，單次加濕量、潤糙間隔時間以及潤糙溫度各個參數過大或過小都將直接影響整精米率大小和碾米能耗的高低。試驗采用GB1350-2009方法測定稻谷含水率，采用礱谷機得到糙米，采用自行研制的傘式勻料糙米加濕調質機試驗機進行糙米的加濕調質作業，采用恒溫恒濕培養箱進行潤糙，采用全自動碾米測定儀檢測糙米的整精米率。各組試驗重復操作3次，并求取每組試驗數據的平均值作為最終試驗數據。試驗選取整精米率(整精米率是指整米質量與試驗用的稻谷總質量的百分比值)為考察指標，試驗選取單次加濕量、潤糙溫度、潤糙間隔時間為影響因素。

1.4 試驗方案

1)單因素試驗：分別固定單次加濕量、潤糙溫度及潤糙間隔時間3個因素中的任意兩個因素，研究另一個因素對碾米作業整精米率的影響規律。

2)響應面分析法試驗：表1為響應面分析法試驗方法；其試驗結果如表2所示。

表1 試驗因素水平編碼

表2 試驗結果

續表2

2 結果分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 單次加濕量

分別固定潤糙溫度和潤糙間隔時間為零水平(30℃和90min)，研究單次加濕量對整精米率的影響規律試驗結果，如圖1(a)所示。從圖1(a)中可以看出：整精米率隨著單次加濕量的增加而呈現先增加后下降的規律，整精米率下降的速度大于其增加的速度。由于單次加濕過量，糙米內外水分含量差距增大，產生應力裂紋，碾米時碎米增多，整精米率下降；單次加濕量較低時，糙米的硬度和脆性下降慢，整精米率提高緩慢。

2.1.2 潤糙溫度

分別固定單次加濕量和潤糙間隔時間為零水平(1.25%和90min)，研究潤糙溫度對整精米率的影響規律，試驗結果如圖1(b)所示。由圖1(b)中可以看出：整精米率隨著潤糙溫度的上升而呈現先增加后下降的規律，整精米率下降的速度小于其增加的速度；潤糙溫度影響水分子的活躍性，隨著潤糙溫度的增大，水分的滲透速度越來越快，整精米率提高；而潤糙溫度過高使得糙米的硬度和脆性下降較快，導致碾米時整精米率降低。

2.1.3 潤糙間隔時間

分別固定單次加濕量和潤糙溫度為零水平(1.25%和30℃)，研究潤糙間隔時間對整精米率的影響規律，試驗結果如圖1(c)所示。由圖1(c)中可以看出：整精米率隨著潤糙間隔時間的積累而呈現先增加后下降的規律，下降的速度較為緩慢并小于其增加的速度。隨著潤糙間隔時間的延長，水分滲透的效果愈來愈好，整精米率提高；但潤糙間隔時間過長，導致糙米的硬度和脆性過低，碾米時碎米增多。

(a) 單次加濕量 (b) 潤糙溫度 (c) 潤糙間隔時間圖1 單因素試驗Fig.1 Experiment of single factor

2.2 試驗結果與分析

利用SAS軟件處理表2的試驗結果，得到各個因素對整精米率影響規律的回歸方程，即

方程決定系數R2=0.86，方程擬合良好。

2.2.1 潤糙溫度和潤糙間隔時間的交互作用

將單次加濕量固定在零水平，即1.25%，對回歸方程進行降維分析，得到潤糙溫度和潤糙間隔時間對整精米率的交互影響規律，如圖2(a)所示。分析試驗結果可得：整精米率隨潤糙溫度升高和潤糙時間增大而呈現先增大后降低的趨勢；將潤糙間隔時間或者潤糙溫度固定在某一水平，整精米率都隨相對應的潤糙溫度或潤糙間隔時間都呈現先增大后減小的趨勢，整精米率在二因素零水平附近的交叉區域達到最高點。

2.2.2 單次加濕量和潤糙間隔時間的交互作用

將潤糙溫度固定在零水平，即30℃，對回歸方程進行降維分析，得到單次加濕量和潤糙間隔時間對整精米率的交互影響規律，如圖2(b)所示。分析試驗結果可得：整精米率隨單次加濕量和潤糙時間增大而呈現先增大后降低的趨勢，將單次加濕量或者潤糙間隔時間固定在某一水平，整精米率都隨相對應的潤糙間隔時間或單次加濕量都呈現先增大后減小的趨勢，整精米率在二因素零水平附近的交叉區域達到最高點。

2.2.3 單次加濕量和潤糙溫度的交互作用

將潤糙間隔時間固定在零水平，即90min，對回歸方程進行降維分析，得到單次加濕量和潤糙溫度對整精米率的交互影響規律，如圖2(c)所示。分析試驗結果可得：整精米率隨單次加濕量的增大和潤糙溫度升高而呈現先增大后降低的趨勢，將單次加濕量或者潤糙溫度固定在某一水平，整精米率都隨相對應的潤糙溫度或單次加濕量都呈現先增大后減小的趨勢，整精米率在二因素零水平附近的交叉區域達到最高點。

(a) 一次加濕量

(b) 潤糙溫度

(c) 潤糙間隔時間圖2 響應面分析法試驗Fig.2 Experiment of response surface analysis

綜上所述，試驗所研究的糙米加濕調質工藝中影響整精米率的3個因素，任意兩者之間存在著交互影響作用，其作用使得碾米的整精米率變得更高。

2.2.4 各參數綜合優化分析

通過各參數綜合優化分析所得，當單次加濕量為1.28%、潤糙溫度為30.20℃、潤糙間隔時間為105min時，整精米率達到最大值43.63%。

2.2.5 綜合優化結果驗證試驗

按照1.3節試驗方法以最優參數值設置驗證試驗，進行碾米作業，測得5個試驗樣本的整精米率分別為42.68%、44.59%、42.78%、42.89%、44.81%，平均值為43.55%；碾米能耗分別為437.65、446.29、437.61、442.73、431.47kJ/kg，平均值為439.15kJ/kg，整精米率誤差0.22%，故此優化結果可靠。

試驗可得，在原試驗材料的基礎上整精米率提高了13.08%，碾米能耗降低了29.58%。試驗可解決糙米碾米作業時整精米率低、能耗高的問題，可以提高新疆大米加工企業的生產效益，可為新疆南疆稻谷的加濕調質工藝提供可靠的理論依據。

3 討論

上述規律與文獻[10]所研究東北糙米加濕調質工藝變化規律相似，但試驗結果存在很大的差異。這是由于新疆稻谷的初始含水率較東北稻谷的初始含水率低，二者的外形尺寸和微觀結構也存在差異。就各因素變化的臨界值而言，兩地區糙米加濕調質工藝參數間的差異體存在，新疆糙米相比東北糙米的單次加濕量相對較低、潤糙溫度接近，潤糙間隔時間相對較長。

本文只研究了南疆長粒香稻谷的加濕調質工藝，研究范圍還需進一步擴充新疆其他品種的稻谷，以增加研究的應用價值。由于地區間的客觀差距，試驗結果與東北糙米加濕調質的試驗結果仍存在一定差異。

4 結論

試驗研究表明：單次加濕量、潤糙溫度和潤糙間隔時間直接影響糙米加濕調質效果，進而影響碾米作業中整精米率的高低；南疆和東北地區糙米加濕調質工藝存在很大的差異；試驗得到適宜新疆南疆糙米的加濕調質工藝參數組合為：單次加濕量1.28%、潤糙溫度30.20℃、潤糙間隔時間105 min時，糙米碾米作業的整精米率提高13.08%，碾米能耗降低29.58%。試驗結果可為新疆糙米加濕調質工藝的研究和推廣提供理論依據。

參考文獻：

[1] 楊洲,羅錫文,李長友.稻谷含水率分布及變化規律[J].農業機械學報,2005,36(10):81-84.

[2] 周裔彬,李雪玲.淺析提高稻谷加工出米率的新途徑[J].糧食與飼料工業,1999(12)： 35-41.

[3] Wei Cao,Yoshio Nishiyam,Shoji Koide.Physicochemical mechanical and thermal properties of brown rice grain with various moisture contents[J].International Journal of Food Science and Technology, 2004, 39(9):899- 906.

[4] 白士剛,賈富國.糙米加濕調質參數對整精米率影響的研究[J]. 中國糧油學報,2008(3):1-3.

[5] 白士剛,賈富國.糙米加濕調質參數對碾米能耗的影響[J].中國糧油學報,2009(2):5-7.

[6] 賈富國.糙米加濕調質技術[M].北京：中國輕工業出版社出版,2009:9-10.

[7] 山下律也.米の品質と物性測定[J].農業物産研究,1997(3):14-17.

[8] 竹生新治郎ら .米の食味と理化學的性質の關聯[J].澱粉化學,2002,30(4):49-65.

[9] 賈富國,鄧華玲,鄭先哲,等.糙米加濕調質對其碾米性能影響的試驗研究[J].農業工程學報,2006,22(5):180-183.

[10] 賈富國,蘭海鵬,左彥軍,等.糙米二次加濕調質工藝優化與試驗[J].農業機械學報,2010(5):95-98，151.

[11] 賈富國,白士剛.糙米加濕調質過程中最佳一次加濕量的研究[J].中國糧油學報,2005,20(6):1-3.

[12] 李耀明,王顯仁,徐立章,等.水稻谷粒的擠壓力學性能研究[J].農業機械學報, 2007,38(11):56-59.

[13] 賈富國,王福林,白士剛,等.基于同位素示蹤技術的糙米加濕后精米吸水率的試驗研究[J].農業工程學報, 2007,23(8):227-230.

[14] 孫加龍.稻谷的著水加工[J].華南理工大學學報, 2001,16 (4)：48-50.

[15] 賈富國,南景富,白士剛.糙米的含水率與其碾米性能的影響規律研究[J].東北農業大學學報，2006(10): 665-668.

[16] 賈富國,蘭海鵬,左彥軍,等.糙米二次加濕調質工藝優化與試驗[J].農業機械學報,2010(5):95-98，151.