新疆糙米加湿调质工艺试验研究

栗 文，兰海鹏，张云秀，唐玉荣，张 宏，范修文，沈柳杨

(1.塔里木大学 机械电气化工程学院，新疆 阿拉尔 843300；2.天津职业大学，天津 300402)

0 引言

新疆是我国的稻谷主产区之一，因其气候干燥，相比其他稻谷生产地区，收获后的稻谷含水率较低，经干燥储藏后稻谷的含水率更低。而稻谷最适宜的碾米含水率为15.5%～16.5%[1-3]，若稻谷的含水率较低，此时糙米籽粒坚硬且脆性大，直接碾米容易产生碎米而且能耗高[4-5]。国内外稻谷加工企业通常采用一次加湿调质技术解决这一问题[6-8]，如果加湿过量会导致稻谷含水率过高，碾米时易形成糠块，出米率低，能耗增加[9]。因此，探求适宜的分段加湿调质工艺参数具有十分重要的意义。

国内外研究糙米加湿调质工艺的国家主要集中在日本、韩国及中国等亚洲国家。在国外，日本的糙米微量调质技术最为先进且起步较早，其糙米加湿调质技术研究和发展的速度较快，已由起初直接喷雾着水进行糙米加湿的方式转变为超声波加湿的方式对糙米进行调质。超声波加湿方式与直接喷雾加湿方式相比，雾滴更细、润糙更均匀，但其雾化量有限且费用昂贵，不适宜我国大部分中小大米加工企业。另一方面，日本人口基数小，稻谷需求量少，现行的稻谷加工工艺体系为直接将收获后的稻谷加工为糙米，控温、控湿储藏，现吃、现买、现碾；而我国人口多，此体系不适用于我国粮食安全储藏的基本国情。东北农业大学贾富国教授根据我国基本国情，以东北稻谷为试验材料，探索适合我国稻谷的加湿调质工艺，研究了糙米加湿水分的渗透规律及糙米含水率与碾米整精米率和碾米能耗的关系；研究了糙米加湿调质工艺参数单次加湿量、润糙间隔时间、润糙温度对整精米率和碾米能耗的影响规律，得到了最佳的糙米加湿调质工艺参数组合[6]。结果表明：单次加湿量1.56%、润糙温度29.6℃、润糙间隔时间64.6min时，碾米的整精米率提高了15.42%，能耗降低26.86%[10]；但尚未对其他稻谷生产地区不同品种的稻谷进行研究，以增加糙米加湿调质工艺以及设备的适用性和通用性。目前，而有关新疆糙米加湿调质工艺研究鲜有报道。

本试验参照东北稻谷的加湿调质工艺，采用响应面分析法设计试验，研究单次加湿量、润糙间隔时间及润糙温度对整精米率和碾米能耗的影响规律，探索适合南疆稻谷的加湿调质工艺参数组合，对促进新疆糙米加湿调质技术的研究与推广，具有重要的研究价值和现实意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选取存储1年、初始含水率为10%、整精米率为38.51%、碾米能耗为623.62 kJ/kg的南疆长粒香稻谷。

1.2 试验仪器

自制糙米加湿调质试验机，可实现糙米流量、加湿量的自动调节且加湿均匀；砻谷机，FC2K型，日本大竹株式会社；试验机采用细雾喷头，BSPT-1/4 LNN型，(美国)，可保障雾滴的雾化细小均匀；恒温恒湿培养箱，WS-380H型，上海冠森生物科技公司，误差范围±0.8%；全自动糙米加工检测仪，SY95-RAT4型(韩国)，计算机自动控制记录整精米率和碾米能耗，误差范围±0.4%。

1.3 试验方法

润糙是将稻谷经垄谷后低含水率的糙米进行加湿调质，增加其含水率，通过控制润糙温度和润糙间隔时间实现润糙工艺；确定合适的参数范围，单次加湿量、润糙间隔时间以及润糙温度各个参数过大或过小都将直接影响整精米率大小和碾米能耗的高低。试验采用GB1350-2009方法测定稻谷含水率，采用砻谷机得到糙米，采用自行研制的伞式匀料糙米加湿调质机试验机进行糙米的加湿调质作业，采用恒温恒湿培养箱进行润糙，采用全自动碾米测定仪检测糙米的整精米率。各组试验重复操作3次，并求取每组试验数据的平均值作为最终试验数据。试验选取整精米率(整精米率是指整米质量与试验用的稻谷总质量的百分比值)为考察指标，试验选取单次加湿量、润糙温度、润糙间隔时间为影响因素。

1.4 试验方案

1)单因素试验：分别固定单次加湿量、润糙温度及润糙间隔时间3个因素中的任意两个因素，研究另一个因素对碾米作业整精米率的影响规律。

2)响应面分析法试验：表1为响应面分析法试验方法；其试验结果如表2所示。

表1 试验因素水平编码

表2 试验结果

续表2

2 结果分析

2.1 单因素试验

2.1.1 单次加湿量

分别固定润糙温度和润糙间隔时间为零水平(30℃和90min)，研究单次加湿量对整精米率的影响规律试验结果，如图1(a)所示。从图1(a)中可以看出：整精米率随着单次加湿量的增加而呈现先增加后下降的规律，整精米率下降的速度大于其增加的速度。由于单次加湿过量，糙米内外水分含量差距增大，产生应力裂纹，碾米时碎米增多，整精米率下降；单次加湿量较低时，糙米的硬度和脆性下降慢，整精米率提高缓慢。

2.1.2 润糙温度

分别固定单次加湿量和润糙间隔时间为零水平(1.25%和90min)，研究润糙温度对整精米率的影响规律，试验结果如图1(b)所示。由图1(b)中可以看出：整精米率随着润糙温度的上升而呈现先增加后下降的规律，整精米率下降的速度小于其增加的速度；润糙温度影响水分子的活跃性，随着润糙温度的增大，水分的渗透速度越来越快，整精米率提高；而润糙温度过高使得糙米的硬度和脆性下降较快，导致碾米时整精米率降低。

2.1.3 润糙间隔时间

分别固定单次加湿量和润糙温度为零水平(1.25%和30℃)，研究润糙间隔时间对整精米率的影响规律，试验结果如图1(c)所示。由图1(c)中可以看出：整精米率随着润糙间隔时间的积累而呈现先增加后下降的规律，下降的速度较为缓慢并小于其增加的速度。随着润糙间隔时间的延长，水分渗透的效果愈来愈好，整精米率提高；但润糙间隔时间过长，导致糙米的硬度和脆性过低，碾米时碎米增多。

(a) 单次加湿量 (b) 润糙温度 (c) 润糙间隔时间图1 单因素试验Fig.1 Experiment of single factor

2.2 试验结果与分析

利用SAS软件处理表2的试验结果，得到各个因素对整精米率影响规律的回归方程，即

方程决定系数R2=0.86，方程拟合良好。

2.2.1 润糙温度和润糙间隔时间的交互作用

将单次加湿量固定在零水平，即1.25%，对回归方程进行降维分析，得到润糙温度和润糙间隔时间对整精米率的交互影响规律，如图2(a)所示。分析试验结果可得：整精米率随润糙温度升高和润糙时间增大而呈现先增大后降低的趋势；将润糙间隔时间或者润糙温度固定在某一水平，整精米率都随相对应的润糙温度或润糙间隔时间都呈现先增大后减小的趋势，整精米率在二因素零水平附近的交叉区域达到最高点。

2.2.2 单次加湿量和润糙间隔时间的交互作用

将润糙温度固定在零水平，即30℃，对回归方程进行降维分析，得到单次加湿量和润糙间隔时间对整精米率的交互影响规律，如图2(b)所示。分析试验结果可得：整精米率随单次加湿量和润糙时间增大而呈现先增大后降低的趋势，将单次加湿量或者润糙间隔时间固定在某一水平，整精米率都随相对应的润糙间隔时间或单次加湿量都呈现先增大后减小的趋势，整精米率在二因素零水平附近的交叉区域达到最高点。

2.2.3 单次加湿量和润糙温度的交互作用

将润糙间隔时间固定在零水平，即90min，对回归方程进行降维分析，得到单次加湿量和润糙温度对整精米率的交互影响规律，如图2(c)所示。分析试验结果可得：整精米率随单次加湿量的增大和润糙温度升高而呈现先增大后降低的趋势，将单次加湿量或者润糙温度固定在某一水平，整精米率都随相对应的润糙温度或单次加湿量都呈现先增大后减小的趋势，整精米率在二因素零水平附近的交叉区域达到最高点。

(a) 一次加湿量

(b) 润糙温度

(c) 润糙间隔时间图2 响应面分析法试验Fig.2 Experiment of response surface analysis

综上所述，试验所研究的糙米加湿调质工艺中影响整精米率的3个因素，任意两者之间存在着交互影响作用，其作用使得碾米的整精米率变得更高。

2.2.4 各参数综合优化分析

通过各参数综合优化分析所得，当单次加湿量为1.28%、润糙温度为30.20℃、润糙间隔时间为105min时，整精米率达到最大值43.63%。

2.2.5 综合优化结果验证试验

按照1.3节试验方法以最优参数值设置验证试验，进行碾米作业，测得5个试验样本的整精米率分别为42.68%、44.59%、42.78%、42.89%、44.81%，平均值为43.55%；碾米能耗分别为437.65、446.29、437.61、442.73、431.47kJ/kg，平均值为439.15kJ/kg，整精米率误差0.22%，故此优化结果可靠。

试验可得，在原试验材料的基础上整精米率提高了13.08%，碾米能耗降低了29.58%。试验可解决糙米碾米作业时整精米率低、能耗高的问题，可以提高新疆大米加工企业的生产效益，可为新疆南疆稻谷的加湿调质工艺提供可靠的理论依据。

3 讨论

上述规律与文献[10]所研究东北糙米加湿调质工艺变化规律相似，但试验结果存在很大的差异。这是由于新疆稻谷的初始含水率较东北稻谷的初始含水率低，二者的外形尺寸和微观结构也存在差异。就各因素变化的临界值而言，两地区糙米加湿调质工艺参数间的差异体存在，新疆糙米相比东北糙米的单次加湿量相对较低、润糙温度接近，润糙间隔时间相对较长。

本文只研究了南疆长粒香稻谷的加湿调质工艺，研究范围还需进一步扩充新疆其他品种的稻谷，以增加研究的应用价值。由于地区间的客观差距，试验结果与东北糙米加湿调质的试验结果仍存在一定差异。

4 结论

试验研究表明：单次加湿量、润糙温度和润糙间隔时间直接影响糙米加湿调质效果，进而影响碾米作业中整精米率的高低；南疆和东北地区糙米加湿调质工艺存在很大的差异；试验得到适宜新疆南疆糙米的加湿调质工艺参数组合为：单次加湿量1.28%、润糙温度30.20℃、润糙间隔时间105 min时，糙米碾米作业的整精米率提高13.08%，碾米能耗降低29.58%。试验结果可为新疆糙米加湿调质工艺的研究和推广提供理论依据。

参考文献：

[1] 杨洲,罗锡文,李长友.稻谷含水率分布及变化规律[J].农业机械学报,2005,36(10):81-84.

[2] 周裔彬,李雪玲.浅析提高稻谷加工出米率的新途径[J].粮食与饲料工业,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] 白士刚,贾富国.糙米加湿调质参数对整精米率影响的研究[J]. 中国粮油学报,2008(3):1-3.

[5] 白士刚,贾富国.糙米加湿调质参数对碾米能耗的影响[J].中国粮油学报,2009(2):5-7.

[6] 贾富国.糙米加湿调质技术[M].北京：中国轻工业出版社出版,2009:9-10.

[7] 山下律也.米の品质と物性测定[J].農業物産研究,1997(3):14-17.

[8] 竹生新治郎ら .米の食味と理化学的性质の关联[J].澱粉化学,2002,30(4):49-65.

[9] 贾富国,邓华玲,郑先哲,等.糙米加湿调质对其碾米性能影响的试验研究[J].农业工程学报,2006,22(5):180-183.

[10] 贾富国,兰海鹏,左彦军,等.糙米二次加湿调质工艺优化与试验[J].农业机械学报,2010(5):95-98，151.

[11] 贾富国,白士刚.糙米加湿调质过程中最佳一次加湿量的研究[J].中国粮油学报,2005,20(6):1-3.

[12] 李耀明,王显仁,徐立章,等.水稻谷粒的挤压力学性能研究[J].农业机械学报, 2007,38(11):56-59.

[13] 贾富国,王福林,白士刚,等.基于同位素示踪技术的糙米加湿后精米吸水率的试验研究[J].农业工程学报, 2007,23(8):227-230.

[14] 孙加龙.稻谷的着水加工[J].华南理工大学学报, 2001,16 (4)：48-50.

[15] 贾富国,南景富,白士刚.糙米的含水率与其碾米性能的影响规律研究[J].东北农业大学学报，2006(10): 665-668.

[16] 贾富国,兰海鹏,左彦军,等.糙米二次加湿调质工艺优化与试验[J].农业机械学报,2010(5):95-98，151.