高 雪，車 剛，萬 霖，王 鑫

(黑龍江八一農墾大學 工程學院，黑龍江 大慶 163319)

0 引言

東北地區(qū)土壤肥沃，是我國重要的水稻主產區(qū)之一，隨著國內外稻米市場對東北大米需求的日益增加， 粳米價格一路上揚[1-2]。國家“十三五規(guī)劃”提出綠色興農，推動農業(yè)發(fā)展綠色化，實現(xiàn)農業(yè)資源的高效利用和提升農產品質量。由于東北地區(qū)的種植期積溫較低，水稻生育遲緩，導致減產不可避免，所以提高優(yōu)質粳稻產后品質尤為重要。東北三省水稻在種植面積、產量、單產及成本收益等方面增長最為明顯[3]。很多學者利用熱風干燥技術，研究了常態(tài)下水稻干燥特性，并建立了數(shù)學模型，分析了干燥后稻米品質，但對室外零度以下暫存的水稻的干燥特性研究較少。東北地區(qū)大量收獲的水稻不能及時干燥，在室外會受凍，降低了稻米的經濟收益。目前，缺乏對受凍水稻干燥特性的研究。鑒于此，本文在多次試驗的基礎上，研究自然溫度-0～-5℃時受凍水稻低溫干燥特性，并分析干燥后稻米品質，為寒地水稻干燥工業(yè)提高經濟效益提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料及設備

1)實驗材料。水稻由黑龍江八一農墾大學實驗基地提供，品種為墾粳5號。室外-5℃處理材料，將樣品脫粒、除雜，24h后進行試驗。3種樣品分別測定初始含水率3次，平均結果分別為19.6%、19.0%、18.2%。

2)實驗儀器。薄層干燥試驗臺如圖1所示。

1.恒溫恒濕機 2.手動調風門 3.風機 4.加熱器機架 5.加熱器 6.第一溫濕度傳感器 7.第1閥門 8.熱風管道 9.管道固定支架 10.第2閥門 11.第1風速傳感器 12.第2溫濕度傳感器 13.第3溫濕度傳感器 14.第2風速傳感器 15.第3閥門 16.第4閥門 17.工作臺 18.稱重傳感器 19.容料室 20.干燥室 21.電控系統(tǒng) 22.數(shù)據處理系統(tǒng)圖1 薄層干燥試驗臺結構

實驗儀器還有：MB45專業(yè)型水分測定儀，美國奧豪斯公司；SATAKE米飯食味計；ES-1000谷粒判別器；FC-2K礱谷機；VP-32精米機，日本佐竹公司； FOSS 近紅外谷物品質分析儀，丹麥 FOSS公司。

1.2 試驗方法

薄層干燥試驗設備采用水平送風、垂直稱重設計，以提高數(shù)據精確度。數(shù)據處理系統(tǒng)利用各點溫濕度傳感器、風速傳感器、稱重傳感器對實時信號進行采集，分析處理后可繪制不同參數(shù)之間的變化曲線。

每次試驗稱取樣品 100g放入容料室， 10min記錄1次質量，并計算出含水率。每個試驗重復3次，取平均值。當受凍水稻含水率(濕基)低于14%左右時停止試驗。試驗因素為初始含水量、熱風溫度、熱風表現(xiàn)速度。以干燥速率、爆腰增值率為干燥特性評價指標，整精米率、直鏈淀粉含量、粗蛋白含量及米飯食味品質為烘后評價指標。

1.3 測量方法

1)稻谷在干燥過程中含水率為

(1)

式中G0—干燥樣品初始質量(g)；

M0—干燥樣品初始含水率(%)；

G(t)—干燥一段時間后樣品的質量(g)；

M(t)—干燥t時間后樣品的含水率(%)。

2)脫水速率為

RA=(W0-Wt)/T

(2)

式中RA—脫水速率(%/h)；

W0—物料的初始含水率(%)；

Wt—干燥t時刻物料的含水率(%)；

T—干燥過程總時間(h)。

3)干燥水分比為

(3)

式中MR—水分比；

M(t)—水分含量(%，干基)；

M0—初始水分含量(%，干基)；

Me—平衡水分(%，干基)。

1.4 統(tǒng)計分析

采用Excel、Origin 7.5軟件進行數(shù)據處理。

2 結果與分析

2.1 干燥條件對受凍水稻干燥特性的影響

2.1.1 熱風溫度對干燥特性的影響

確定風速為0.1m/s,初始含水量為19.0%，研究熱風溫度對受凍水稻干燥特性的影響。溫度對稻谷干燥特性曲線的影響如圖2所示。由圖2可知：在干燥時間50～160min期間，谷物的干燥速率沒有較大差別，含水量下降較快；干燥溫度越高，谷物干燥速率越快，用時越短；熱風溫度為40℃時，干燥效果最為明顯；將谷物含水量將至安全儲藏水分需要300min。

圖2 溫度對稻谷干燥特性曲線的影響

干燥后期，由于水稻內部水分遷移困難，不同溫度條件下的水稻的干燥速率均有降低，呈現(xiàn)降速干燥階段。干燥溫度越低，降水速率越低。總之，熱風溫度對谷物降水速率影響較大。

2.1.2 風速對干燥特性的影響

確定熱風溫度為35℃,初始含水量為19.0%，研究熱風表現(xiàn)速度對受凍水稻干燥特性的影響，如圖3所示。

圖3 風速對稻谷干燥特性曲線的影響

由圖3可知：溫度為40℃時,谷物初始含水率為19.6%；在0～40min期間，谷物含水量下降變化不明顯，受凍谷物外部吸收熱量，熱量還沒向谷物內部傳遞，水分蒸發(fā)沒有開始；60～220min期間，溫度逐漸向谷物內部轉移，加速了干燥速率；風速為0.5m/s的脫水速率明顯快于風速為0.1m/s的谷物降水速率，物料處于恒速干燥階段；干燥后期100min內，谷物降水幅度遲緩；風速為0.5m/s時干燥時間最短。

2.1.3 初始含水量對干燥特性的影響

確定風速為0.3m/s,熱風溫度為35℃%，研究初始含水量對受凍水稻干燥特性的影響，如圖4所示。

圖4 初始含水率對稻谷干燥特性曲線的影響

由圖4可以看出：在不同的初始含水量條件下，谷物完成干燥時間有著明顯差異，初始含水量和干燥時間呈正相關。試驗證明：谷物含水量為19.0%比19.6%時干燥消耗時間短；含水量為18.2%時，干燥時間最短，干燥速率最快；在低溫干燥條件下，干燥速率在干燥初期較大，隨水稻含水率的遞減，干燥速率遞減較快，基本呈線性變化。

2.2 干燥后稻米品質分析

稻米品質可以分為外觀品質和內部品質[4]。本文分析受凍水稻烘后爆腰增值率、整精米率、直鏈淀粉含量及粗蛋白含量，評價稻米食用品質。

2.2.1 外部品質分析

2.2.1.1 爆腰情況分析

干燥過程中，如果稻谷的干燥速度過快，則會形成爆腰[5]。水稻干燥后爆腰率與原始爆腰率的差值定義為爆腰增率[6-7]，也可以稱為爆腰增值率，如圖5所示。分析谷物試驗后的爆腰增值率，對研究谷物干燥特性更有意義。

圖5 爆腰增值率分析

圖5(a)表明：初始水分含量相同、熱風溫度為30℃和 35℃時，稻谷爆腰增值率很?。桓稍餃囟仍黾?，稻谷的爆腰增值率增加較快。其中，熱風溫度為40℃、風速為0.5m/s時，爆腰增率更大，為3.6%；在熱風表現(xiàn)速度相同的條件下，稻谷爆腰率隨著干燥溫度的升高而增加；受凍谷物在 30℃和35℃干燥溫度下，風速對爆腰增率的影響不顯著。

圖5(b)表明：在介質溫度確定為30℃時，稻谷爆腰增值率隨著初始含水率的增加而增加，但變化不顯著；圖5(c)表明：風速越高，稻谷爆腰增值率越大；當風速為0.5m/s、風溫為40℃時，爆腰增率高達3.6%。由此可見，風速與爆腰增率呈正相關性。綜上分析，干燥溫度對受凍稻谷干燥爆腰的影響是最大的，風速次之[8]。

2.2.1.2 整精米率分析

整精米占凈稻谷試樣質量的百分率稱為整精米率[9]。整精米率是評價稻米外部品質一個重要指標。將不同干燥條件下樣品得到的圖像，利用Excel將數(shù)據進行處理并分析，結果如圖6～圖8所示。

圖6 初始含水量對整精米率的影響

由圖6(a)可知：在干燥溫度相同條件下,初始含水量越高，整精米率越低；風溫為40℃、初始含水量為19.6%時，整精米率低至52%。

圖6(b)是風速為0.5m/s時初始含水量與整精米率間的曲線關系。35℃時，初始含水量為18.2%時，整精米率是51%；初始含水率為19.6%時，樣品整精米率下降為48%。

綜合分析得知：當風速相同時，熱風溫度越高，整精米率隨著初始含水率降低而下降的變化趨勢越明顯。

圖7 風速對整精米率的影響

由圖7(a)可知：當初始含水率相同時,熱風風速增大，整精米率隨之下降；當風速最低0.1m/s時,整精米率最大是57%；熱風速度相同時,初始含水量越高，整精米率越低。

由圖7(b)可知：稻米整精米率隨風速的升高而降低，變化不明顯。初始含水量與整精米率呈負相關。初始含水率為19.6%、風速為0.5m/s時，整精米率最低，為46%。結合圖7(a)與圖7(b)分析可知：相同含水量條件下，風速對整精米率的影響低于熱風溫度對整精米率的影響。

圖8 熱風溫度對整精米率的影響

由圖8(a)可知：初始含水量相同時，干燥溫度越高，整精米率越低；在同一干燥溫度下,整精米率與初始含水率的呈負相關；干燥溫度為30℃時,整精米率最大為76%，初始含水率為18.2%的樣品其整精米率變化趨勢比較平穩(wěn)。從圖8(b)可知：如果初始含水率相同,干燥溫度升高，整精米率卻隨之下降,初始含水率為19.6%的樣品，其整精米率下降趨勢比較明顯。圖8(a)、(b)表明，初始含水率越高，整精米率越低。

2.2.2 內部品質分析

2.2.2.1 直鏈淀粉含量分析

直鏈淀粉含量越高，米飯質地越硬，食味越差[10-11]。本文利用Foss近紅外品質分析儀，測得受凍水稻干燥后稻米直鏈淀粉的含量，如表1所示。

表1 不同干燥條件下直鏈淀粉含量

由表1可知：溫度是影響干燥后稻米直鏈淀粉含量的主要因素；干燥溫度越高，直鏈淀粉鏈斷裂越嚴重，含量越少；初始含水率越低，直鏈淀粉含量越多。

2.2.2.2 粗蛋白含量分析

粗蛋白含量高的稻米,其米飯粘性小,硬度大,具有較高的咀嚼性[12]。蛋白質與稻米蒸煮食味品質呈負相關關系,過高的蛋白含量會使稻米食味較差[13]。稻米干燥后粗蛋白含量如表2所示。

表2 稻米干燥后粗蛋白含量

由表2可知：熱風溫度為30℃和35℃時，稻米干燥后粗蛋白含量含量在7%與9%之間，能夠滿足人們食味需求。隨著熱風溫度的升高，粗蛋白含量隨之升高，降低了米飯食味性。

2.2.2.3 米飯食味品質分析

粳稻材料可以利用食味計來快速、準確地評價稻米食味品質[14]，結果如表3所示。

表3 米飯食味值

對編號7、8、9樣品在熱風溫度為40℃、不同初始含水率和風速條件下進行米飯食味品質測試。由表3可以看出：樣品9號在香氣、光澤、完整性、味道、口感等方面的綜合評分最低，為77.4。

4 結論

通過受凍水稻薄層干燥試驗，得出受凍水稻適合低溫干燥，干燥時間相對于常溫水稻干燥時間較長。單因素試驗得出：受凍水稻干燥速率先快后慢，熱風溫度越高，干燥速率越快，干燥時間短。初始含水量越高，干燥時間越長。受凍水稻爆腰增值率與熱風溫度和表現(xiàn)速度呈正相關性，熱風溫度為30℃，熱風表現(xiàn)速度為0.1m/s,初始含水率為18.2%，爆腰增值率最小為0.3%；整精米率最高68%；初始含水率越高，整精米率越低，熱風溫度不能高于35℃，米飯食用品質下降，熱風溫度對整精米率的影響較大。

熱風溫度為30℃和35℃時，稻米干燥后粗蛋白含量在7%～9.5%之間；米飯食味值隨著干燥溫度和風速的增加，綜合得分呈下降趨勢。熱風溫度為30℃、熱風表現(xiàn)速度為0.3m/s、初始含水率為19.0%時，測得米飯食味綜合得分最高。

參考文獻：

[1] 孫強,張三元,張俊國,等.東北水稻生產現(xiàn)狀及對策[J].北方水稻，2010,40(2):72-74.

[2] 王晾晾,楊曉強,李帥,等.東北地區(qū)水稻霜凍災害風險評估與區(qū)劃[J].氣象與環(huán)境學報,2012,28(2):40-45.

[3] 孔祥才.中國東北三省水稻生產變動分析 [J].農村經濟與科技,2015,26(11).6-8.

[4] 邱學嵐.干燥后稻米品質分析[D].哈爾濱：東北農業(yè)大學，2005.

[5] 潘登,張朝庭.稻谷爆腰的機理及應對措施[J].糧食工程,2012(10):53-56.

[6] 鄭先哲,王成芝.水稻爆腰增率與干燥條件關系的試驗研究[J]. 農業(yè)工程學報,1999,15(2):194-198.

[7] 吳連連,宋藜.稻谷爆腰的研究現(xiàn)狀[J].糧食加工,2007, 32(2):53-57.

[8] 張龍,呂建華.稻谷水分含量對其干燥過程中籽粒破碎的影響研究[J].糧食科技與經濟,2015,40(5):53-57.

[9] 郭誼，林保.實驗室條件下稻谷水分對整精米率的影響驗證實驗[J].糧食儲藏,2008(3):42-45.

[10] 施利利,張欣.堊白米含量與稻米品質的關系研究[J].食品科技,2016,41(9):177-181.

[11] 徐潤琪.大米品質評價技術的開發(fā)研究品質的影響[J].四川工業(yè)學院學報,2003(1):45-51.

[12] 楊玉玲,許時嬰.秈米為基質的脂肪替代品—糊化工藝研究[J].中國糧油學報, 2002,17(6):48-50.

[13] 沈鵬,羅秋香,金正勛.稻米蛋白質與蒸煮食味品質關系研究[J].東北農業(yè)大學學報,2003(4):368-371.

[14] 王術,張秀茹.東北粳稻食味特性相關影響因素分析[J].沈陽農業(yè)大學學報,2016,47(4):467-473.

[15] 溫海江,陳武東,車剛,等.一種薄層干燥實驗設備的研制[J].農機使用與維修,2016(6):7-8.

AbstractID:1003-188X(2018)06-0162-EA

Abstract： For large output of rice in northeast China, it has the problem of easily freezing after harvest in the process of storage and quality decreased after drying. This paper studies the frozen rice drying characteristics. Drying frozen rice through reasonable drying technology, under the premise of ensuring the quality of rice drying, reducing moisture content to safe moisture, so as to improve the economic benefits of rice in northeast China and provide reference and technical support for rice drying industry in cold region. In this paper, take frozen rice NO.5 of japonica as testing object, carrying out thin-layer drying experiment. Through single factor experiment, take hot air temperature, air speed, initial moisture content as the test factors, deal with and analysis the experimental results with Matlab and Origin, making evaluation on dry frozen rice quality. The test results show that the hot air temperature is 30℃, hot air velocity is 0.1 m/s and initial moisture content is 18.2%, the whole polished rice rate is higher, waist increment rate is the lowest, hot air velocity and temperature have a great influence on frozen rice drying characteristics. The higher the drying temperature, the lower amylose content; the amylose content increased with the decrease of initial moisture content; the taste value of rice with the drying temperature and wind speed increase, the comprehensive score shows a trend of decline.

Keywords： frozen rice； low temperature drying； drying characteristics