发芽糙米的干燥特性研究

贾富国，韩 珊，曹银平，姜 鹏

（东北农业大学工程学院，哈尔滨 150030）

发芽糙米是将糙米经发芽至一定的芽长后得到的一种由幼芽和带糠层的胚乳组成的糙米制品[1-2]。与糙米相比，发芽糙米不仅蒸煮性能好，而且发芽过程中，内部大量酶被激活和释放，使得糠层和胚芽处富集丰富的生理活性物质γ-氨基丁酸（γ-Aminobutyric acid,GABA），是一种适口性及营养性俱佳的产品[3-4]。但由于糙米发芽后含水率较高，一般在25%～32%，生理代谢旺盛，易霉变，必须经过干燥处理使其含水率降低到14.5%以下才能安全贮存。现实生产中谷物干燥均为深床干燥，而薄层干燥是研究深床干燥过程的基础[5]。因此，研究薄层干燥过程中，发芽糙米含水率随干燥条件变化的规律有重要意义。

目前，国内外学者研究了干燥方法对发芽糙米外观品质与理化性质的影响，但并未就干燥条件对发芽糙米水分变化规律做深入研究[6-8]，也有学者对稻谷在薄层干燥过程中的水分变化规律做了相关研究[9-10]，其试验结果与研究方法可为本试验提供有益参考。但是，前人对薄层干燥的研究主要以稻谷为原料，而发芽糙米是稻谷经脱壳后发芽得到的另一种物料，其干燥过程中水分变化规律不同于稻谷。以发芽糙米为原料，应用薄层干燥试验台，关于干燥条件对发芽糙米含水率随时间变化规律的研究国内外尚未见报道。

本试验以发芽糙米为原料，以干燥温度、表现风速和相对湿度为影响因素，研究发芽糙米含水率随时间变化的影响规律，建立适合描述发芽糙米水分变化的数学模型。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所选稻谷品种为粳稻东农429，由东北农业大学水稻研究所提供，2011年10月收获，原始含水率为12.0%（湿基）。试验前去芒、脱壳得糙米，随机抽取试验样品。

1.2 仪器设备

砻谷机（日本オーㄆケFC2K型）；微型植物试样粉碎机（FZ102型，天津泰斯特仪器有限公司）；电子分析天平（精度为0.0001 g，上海天平仪器厂）；恒温恒湿箱（CTHI-150(A)B型，上海施都凯仪器设备有限公司）；薄层干燥试验台（如图1）。

图1 薄层干燥试验台装置Fig.1 Scheme of thin-drying experiment rig

1.3 试验方法

糙米含水率测量采用GB1350-2009方法。

发芽糙米制备：按照加湿间隔时间为1 h、单次加湿量为1.5%、在温度为30℃条件下，使糙米含水率达到24%后，置于温度为20℃，相对湿度为85%的恒温恒湿箱中培养24 h[11]，得芽长为0.5～1.0 mm的发芽糙米。薄层干燥试验：取100 g发芽糙米样品置于薄层干燥试验台的干燥筛上，按试验设定条件进行干燥。在试验开始的前30 min内，每10 min称重一次，以后每隔30 min称一次，直至达到安全含水率所对应的质量后取下样品[12]。

其中：MR-水分比；M-干燥t时刻物料的水分（干基%）；Me-物料的平衡水分（干基%）；M0-物料的初始水分（干基%）。由于薄层干燥条件下，发芽糙米平衡水分没有数据可循，在此选择与发芽糙米物料相近的糙米平衡含水率模型作为发芽糙米的平衡含水率模型，依据文献得出[13]，最适合描述糙米平衡含水率的模型为修正GAB模型即：水率（干基）转化为水分比(MR)即

其中A=2243.1、B=0.6169、C=248.7。

2 结果与分析

2.1 干燥条件对水分比（MR）影响的单因素试验

2.1.1 干燥温度对水分比的影响

以表现风速为0.2 m·s-1，相对湿度为67%，干燥温度分别为25、30、35℃为干燥条件进行试验。如图2a所示，随着温度的升高，水分比下降幅度明显，这是由于随着干燥温度的增加，其带走水分的能力增强，发芽糙米干燥速率加快，所用干燥时间变短[14]。

2.1.2 表现风速对水分比的影响

以干燥温度为30℃,相对湿度定为67%，表现风速分别为0.1、0.2、0.3 m·s-1为干燥条件进行试验。如图2b所示，随着表现风速的增加，水分比下降趋势明显，这是由于表现风速增加，风穿透谷粒的能力增强，发芽糙米干燥速率也随之增加，所需的干燥时间越短。

2.1.3 相对湿度对水分比的影响

以干燥温度为30℃，表现风速为0.2 m·s-1，相对湿度分别为59%、67%、71%为干燥条件进行试验。如图2c所示，随着相对湿度的增加，水分比变化较小，说明相对湿度对发芽糙米的干燥速率影响较小。

图2 单因素分析Fig.2 Analysis of the single factor influence

2.2 薄层干燥数学模型

依据上述结果，选择对干燥速率影响较大的因素（干燥温度和表现风速）为试验因素建立薄层干燥数学模型。由于发芽糙米的水分比与干燥时间呈指数关系，所以选择常用于描述农业物料薄层干燥的指数模型进行拟合，即：Newton模型：MR=exp(-kt)；Henderson模 型：MR=Aexp(-kt)；Page模型：MR=exp(-ktN)，式中t-干燥时间，min；A、k、N是与干燥条件有关的参数。

通过对等式两边分别取对数，将三个等式依次变换成线性形式，即：①ln(MR)=-kt；②ln(MR)=lnA-kt；③ln[-ln(MR)]=lnk+Nlnt。通过五组试验得出不同干燥温度和表现风速条件下，不同时刻发芽糙米的含水率（干基），如表1所示，将表中含水率（干基）转化为水分比后得出图5和图6的曲线关系，如图所示，试验数据在ln(MR)-t坐标系中呈指数曲线关系，在ln[-ln(MR)]-lnt坐标系中呈直线关系，依据作图法判断，在ln[-ln(MR)]-lnt中拟合的较好，所以，发芽糙米薄层干燥的数学模型应该选择Page模型。为了得到更准确的分析结果，下面进一步采用回归分析法进行分析。

表1 发芽糙米含水率变化（干基）Table 1 Germinated brown rice moisture change(dry basis)（%）

图5 ln(MR)-时间坐标系中分布Fig.5 ln(MR)-time coordinate system distribution

图6 ln[-ln(MR)]-lnt坐标系中分布Fig.6 ln[-ln(MR)]-lnt coordinatesystem distribution

令lnMR=y,ln[-ln(MR)]=y,t=x,-k=N=b0,lnt=x,lnA=lnk=b1,则式（1）-（3）变换为y=b0x+b1的一元线性回归方程的形式。设线性回归的方程如下：y1=a+bx1,每一组数据都可以算出一组a,b的值，成为系数a,b的估算值，由温度为23℃、表现风速为0.3 m/s的一组数据，求得其线性回归方程：y=-0.099-0.2637x；y=-0.877+0.7605x。由于式（1）是一个通过原点的线性方程，所以不能选择其作为发芽糙米薄层干燥模型。对式（2）和式（3）分别进行线性回归分析，结果见表2，从表中可以看出式（3）的决定系数R2最大且接近1，拟合程度最好，结果证明前面使用作图法得到的结论正确。

表2 发芽糙米线性回归分析结果Table2 Germinated brown ricelinear regression analysis result

如图6可以看出，随温度和风速的变化，直线ln[-ln(MR)]=lnk+Nlnt的斜率相等，则N是一个常数。因此，k、N与干燥各参数的关系式表示如下：lnk=a0+a1T+a2ν；N=a3。将上式带入式（3）中得到下式：ln[-ln(MR)]=a0+a1T+a2ν+a3lnt，对上式进行三元线性回归分析，确定其系数为：a0=-2.2806、a1=0.0580、a2=0.4292、a3=0.7336,即 k=exp(-2.2806+0.058T+0.4292ν);N=0.7336，从而发芽糙米薄层干燥模型为：MR=exp{-[exp(-2.2806+0.058T+0.4292ν)]0.7336},方差显著性水平P＜0.001（极显著），R2=0.9854，F=473.0855。

图7 验证试验结果Fig.7 Verification test result

2.3 薄层干燥数学模型验证

为验证发芽糙米薄层干燥模型的准确性及通用性，利用该模型预测初始含水率为37.4%（干基），干燥条件温度30℃、风速为0.2 m·s-1和温度为20℃、风速为0.3 m·s-1时发芽糙米含水率变化过程如图7所示，预测值的最大相对误差为8.92%，说明发芽糙米预测值与试验值吻合较好，所建模型能很好的描述和预测发芽糙米含水率变化规律。

3 结 论

a.所选影响发芽糙米薄层干燥速率的诸因素中，干燥温度和表现风速对发芽糙米干燥过程中含水率变化影响显著，干燥温度越高，表现风速越大，发芽糙米干燥速率明显增加，而相对湿度对发芽糙米干燥速率的影响相比前两者不显著。

b.所建立的干燥温度和表现风速对发芽糙米含水率随时间变化影响规律的数学模型，在试验条件范围内，模型预测值与试验值拟合较好，可以用所建立的数学模型比较准确地描述和预测干燥过程中的发芽糙米含水率变化规律。

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