微波干燥与鼓风干燥对稻谷品质的影响

王素雅 杨晓亚 胡丹丹 周曰春 鞠兴荣

（江苏省粮油食品检测与深加工重点实验室 南京财经大学食品科学与工程学院，南京 210046）

刚收获的稻谷水分高，如不及时处理则易发生霉变，从而影响稻谷加工品质与食用品质。高温快速干燥，节能高效，但干燥后多数稻谷品种爆腰率大幅增加，整精米率、米饭食用品质等均不同程度降低［1］。一方面，稻谷爆腰率与干燥条件相关，干燥温度升高则爆腰率增加［2］，另一方面，爆腰率与稻谷的内在因素相关，有研究认为不同水稻品种的抗裂能力与其外形有关，外形宽厚的品种龟裂最严重［3］；也有研究认为含直链淀粉多的稻谷品种加热干燥时更易发生龟裂［4-5］。

热风干燥是粮食干燥的一种传统常用方法，操作简单，应用也较为广泛。但干燥温度高会造成粮食品质破坏［6］，干燥温度低则耗时长。微波干燥利用高频电磁波带动被干燥物料内部极性分子高速旋转，使物料内部摩擦产热，促使水分蒸发，从而达到干燥的目的。微波具有加热速度快、干燥速率快、能源利用率高、安全无污染等优点，但因其穿透粮层厚度太薄，其连续化、规模化在粮食干燥中受到限制［7］。

本试验以稻谷允许受热温度40℃为基础，选择微波与热风干燥工艺处理稻谷，以13.5%水分为干燥终点，对比不同品种稻谷干燥后的品质变化，以期探索不同稻谷内部成分与干燥前后稻谷品质变化的关系，为不同稻谷品种进一步确定干燥工艺提供可靠的依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

所有试验稻谷采收于2012年10～11月，分别采购于河南新乡、江苏宿迁、黑龙江农田，经除杂、包装、标示，放于4℃冰箱中封存待用。不同品种稻谷的基本指标见表1。

表1 不同稻谷品种的基本指标

1.2 试验设备

FW100高速万能粉碎机：天津泰斯特仪器有限公司；电子分析天平：美国丹佛仪器公司；MCR-3微波化学反应器：西安予辉仪器有限公司；电子游标卡尺：南京三丰仪器有限公司；101-3AS型电热鼓风干燥箱：上海亚荣生化仪器厂；PQX型分段可编程人工气候箱：宁波东南仪器有限公司；快速黏度分析仪RVA：澳大利亚Newport Scientific仪器公司；722可见光分光光度分光度计：上海精密仪器厂；TDL-5-A离心机：上海安亭科学仪器厂。

1.3 试验方法

1.3.1 基本成分测定

淀粉的测定：执行 GB／T 5009.9—2008；水分的测定：执行GB 5009.3—2010；蛋白质的测定执行：GB 5009.5—2010；直链淀粉含量测定：执行 GB／T 15683—2008／ISO 66471：2007。

1.3.2 外形指标 用电子游标卡尺测量，精确度0.001 mm。

1.3.3 发芽率测定 执行GB／T 5520—2011。

1.3.4 干燥工艺

1.3.4.1 热风干燥

取500 g稻谷样品，均匀平摊在托盘上，置于40℃电热鼓风干燥箱［（t±1）℃］中鼓风干燥。干燥开始后每10 min测定并记录一次稻谷质量（每次操作时间不超过1 min），计算稻谷对应的含水量。稻谷终了含水量设定为13.5%，干燥时间由终了含水率决定，达到稻谷终止含水量应立即停止干燥［1］。用塑料袋包装标记，于电热恒温两用箱中40℃下缓苏5 h［8-9］，备用。

干燥稻谷含水量：（1-X原始）×500 g＝（1-Xt）×mt

式中：X为含水量／%；m为稻谷质量。

1.3.4.2 微波干燥

取500 g稻谷，均匀平摊在玻璃器皿中。待MCR-3微波化学反应器中温度感受器稳定于40℃时，将平铺稻谷置入微波反应器中并开始计时，每5 min测定并记录一次稻谷质量（每次操作时间不超过1 min），计算稻谷对应的水分含量。稻谷含水量达到13.5%立即停止干燥。用塑料袋包装标记，于电热恒温两用箱中40℃下缓苏5 h，备用。

1.3.5 爆腰率测定

将稻谷手工剥壳，目测检测，无法目测的用光测。将盛有稻米的培养皿放在台式投影仪工作台上方，光源发出的光经聚光镜照射被测稻米。若稻米有裂纹存在，则光线透过稻米，在裂纹两侧有亮度差异；若无裂纹，则透过稻米的光线亮度是一致的。以此判断稻米是否存在裂纹［10］。

试验前，随机查取稻谷300粒，每100粒为1组，手工剥壳后，放在自制的爆腰灯下检测。检测中凡是有裂纹的糙米均属爆腰，其中有1条横裂纹的属轻度爆腰，有2条以上裂纹的属重度爆腰，有横纵交错裂纹的属龟裂。取其3组的平均值为初始爆腰率。于各层任意查取稻谷100粒分别测其爆腰率，3组平行，取其均值与初始爆腰率之差即为稻谷爆腰率增值［11］。

1.3.6 测定糊化特性RVA

稻米淀粉黏滞性谱采用黏度速测仪RVA测定，用TCW（Thermal Cycle forWindows）配套软件进行分析。根据 AACC操作规程（AACC 2000）［12-13］，含水量为14.0%时，稻谷精米粉的样品量为3.0 g，加蒸馏水25.0 mL。具体加温过程如下：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。搅拌器在起始10 s内转动速率为960 r／min，之后保持在 16 r／min。

1.4 数据处理

试验数据用Excel、SPSS17.0系统进行分析处理。

2 结果与讨论

2.1 两种干燥方式对稻谷爆腰率的影响

稻谷干燥或冷却后爆腰率的高低直接影响到碾米后的整精米率，即影响到稻谷的加工品质、产量和经济价值。已有的研究显示稻谷允许受热温度40℃［14］，干燥温度高于45℃会降低稻谷的食味品质［15］。Schluterman等［16］研究认为稻谷干燥后应缓苏至少60 min才能有效降低爆腰率；也有人认为缓苏时间大于3 h可降低稻谷的爆腰率增值，改善稻谷的干后品质［17］。故本研究采用40℃缓苏5 h以降低干燥稻谷爆腰率。热风干燥与微波干燥对不同稻谷爆腰率的影响，结果见表2。由表2可看出，有些稻谷品种原始爆腰率较高，可能的原因是收获时空气湿度变化大，引发稻谷水分波动造成。干燥处理增加稻谷的爆腰率，其中热风干燥后稻谷爆腰率增加量0%～19%；而微波干燥后，籼稻和粳稻爆腰率增幅较大，为10%～43%，其中3个籼稻品种爆腰率增加值均在34%以上，籼稻106爆腰率甚至增加43%。热风干燥和微波干燥后籼稻爆腰率平均增加量分别18%和39%，远高于粳稻10.8%与17.6%和糯稻的1.0%与5.0%。有研究认为低水分稻谷裂纹的形成一方面与籽粒的形状有关，另一方面与胚乳中的淀粉结构，特别是直链淀粉的含量与分布密切相关［18］。Yadav BK等［5］研究发现稻谷直链淀粉含量越低则爆腰率越低。籼稻属细长型稻谷，且胚乳中直链淀粉含量远较粳稻和糯稻高，因此，干燥处理后更易爆腰。除皖稻54两种干燥处理后爆腰率增加相近外，其他品种稻谷微波干燥后爆腰率均较热风干燥高。由此可见，干燥温度相同时，微波干燥更易造成稻谷爆腰，也就是说热风干燥对保持干燥稻谷的加工品质较为有益。

表2 2种干燥方式对不同稻谷爆腰率的影响

微波干燥时稻谷在微波场中极性水分子随微波场方向的变化而快速反复转向，水分子转动过程中受周围分子的干扰和阻碍，产生类似摩擦的热效应，使稻谷表面与内部同时升温，稻谷中水分子相继蒸发而达到干燥目的。由表2可知，籼稻表观直链淀粉含量较高，而微波干燥后粳稻品种中直链淀粉含量较高的苏秀10号、郑稻18和郑稻19爆腰率也明显增加，也印证了直链淀粉含量对稻谷干燥爆腰率的影响。有研究者利用扫描电镜观察稻谷淀粉粒发现，糯稻淀粉粒之间小孔和洞的数目较籼稻和粳稻多，有利于水的流动［19］。张艳霞等［20］发现稻谷胚乳中存在的小孔与稻谷直链淀粉含量成反比，即糯稻多于粳稻，籼稻最少，水分最不易流动。2种干燥方式后爆腰率增加量均为：籼稻＞粳稻＞糯稻。微波干燥时稻米内部水分不易向表面转移，而稻米表面水分散失快、升温速度快，稻米内外水分含量差距快速增大，内部拉应力增加，最终造成爆腰［21-22］。

2.2 两种干燥方式对稻谷发芽率的影响

种子发芽率是指在测试的天数内正常发芽的种子所占的百分率，粮食的新鲜程度和食用品质好坏可以通过发芽率的高低而体现出来，它也是综合衡量稻谷品质的一个重要指标［23］。热风、微波干燥对不同品种稻谷发芽率影响见表3。由表3可知，所有试验稻谷初始发芽率均高于90%。经干燥后，糯稻和粳稻（除皖稻54）的发芽率无明显变化，而3种籼稻微波干燥后发芽率均显著降低。由于籼稻在微波干燥过程中产生温度和水分梯度，产生湿应力和热应力，裂纹增加，稻谷内部结构急剧破坏，发芽率损失上升。因此，微波干燥对籼稻发芽率影响较大，大大降低籼稻的生命力。

表3 2种干燥方式对不同稻谷发芽率的影响

表4 不同品种稻谷干燥前后RVA谱的变化

2.3 两种干燥方式对稻谷RVA谱的影响

稻谷的RVA谱与其食用品质密切相关。RVA谱的崩解值与胶稠度和米饭口感相关，米饭硬度与消减值呈极显著正相关，与崩解值呈极显著负相关；而米饭黏性恰好相反。即消减值可作为蒸煮米饭软硬度的指标，其值越大则米饭越硬［24-25］。消减值有正负之分，原因在于消减值与稻谷口感质地有关，消减值为负说明该稻谷品种口感偏黏，硬度偏小；消减值为正值即为该稻谷品种硬而糙，但不黏结。已有的研究表明，RVA指标与味度计测定值存在密切的关系。粳稻稻米RVA谱的糊化温度、最终黏度、回复值、消减值与味度计测定的味度值呈显著或极显著负相关，而峰值黏度、崩解值与味度值呈极显著正相关［26］。由表4可知，粳稻与糯稻干燥处理前RVA的峰值黏度和崩解值均高于干燥处理后的稻谷，而最终黏度与消减值均低于干燥处理后的稻谷，说明干燥处理降低了粳稻和糯稻的食味。热风干燥处理后粳稻与糯稻RVA的峰值黏度、最终黏度、崩解值均高于微波干燥处理稻谷，说明热风干燥对粳稻和糯稻食味品质影响较微波干燥小。热风干燥籼稻RVA的峰值粘度与崩解值均较微波干燥处理高，回复值较微波干燥低，表明热风干燥对籼稻食味影响更小，进一步说明热风较微波适于籼稻干燥。

2.4 稻谷表观直链淀粉与精米RVA谱特征值的相关分析

表5、表6给出了鼓风和微波40℃干燥的稻谷在干燥前后各指标间均存在极显著或显著的相关性。表观直链淀粉与爆腰率增加量、精米RVA谱的消减值、回升率呈极显著正相关，与峰值黏度呈显著负相关，这与朱满山等［26］和隋炯明等［27］研究结果相一致。爆腰率增加量与精米RVA谱的消减值、回升率呈极显著正相关，与峰值黏度呈极显著负相关。稻谷粒宽与表观直链淀粉、回升率呈显著负相关；稻谷长宽比与表观直链淀粉、最终黏度、回升率呈显著正相关。微波干燥过程中稻谷粒宽与爆腰率增加量呈显著负相关，也说明稻谷越细长，越容易爆腰，进一步说明，籼稻不适宜于微波干燥。

表5 热风干燥表观直链淀粉与精米RVA谱特征值的相关系数

表6 微波干燥表观直链淀粉与精米RVA谱特征值的相关系数

从表5、表6看出，稻谷爆腰率与表观直链淀粉、消减值呈极显著正相关，与崩解值呈极显著负相关，而经干燥处理后爆腰率、消减值均有所增加，稻谷RVA崩解值也均下降，即干燥后稻谷硬度均变大。通过干燥处理，分辨出粳稻、糯稻消减值均呈负值，干燥后虽有所增大，但仍显示负值，两种稻谷硬度变大但仍偏粘性，不易裂，爆腰率增加较少；而籼稻消减值为正值，干燥后继续增大，说明稻谷硬度变大而糙，不显示粘性，易裂，爆腰率增加明显。

3 结论

3.1 干燥处理会增加稻谷爆腰率并降低其发芽率。籼稻在干燥后最易发生爆腰，热风干燥和微波干燥后籼稻爆腰率平均增加量分别18.0%和39.0%，远高于粳稻10.8%与17.6%和糯稻的1.0%与5.0%，表明微波干燥更易造成稻谷特别是籼稻爆腰。微波干燥后籼稻发芽率显著降低，籼稻639发芽率损失57.5%，说明微波干燥降低部分籼稻的生命力。

3.2 比较鼓风干燥与微波干燥后稻谷，鼓风干燥处理后稻谷RVA的峰值黏度和崩解值略高，最终黏度、回复值也较高。稻谷糊化特性与米饭良好的蒸煮特性密切相关，峰值黏度越大，崩解值越大也是评价稻谷蒸煮品质优劣的重要指标。热风干燥后稻谷峰值黏度、崩解值均高于微波干燥，而且因素之间相关性不如鼓风干燥明显，说明微波干燥处理会降低稻谷的食味和加工品质。

3.3 稻谷热风与微波爆腰率增加量与表观直链淀粉、峰值黏度、消减值均有较好相关性，相关系数分别为 0.848**、-0.919**、0.789**和 0.971**、-0.900**、0.846**。

3.4 微波干燥不适宜于籼稻。

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