車 剛 張譯文 張燕梁 萬 霖 高瑞麗 王洪超

(黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163319)

蕎麥又名烏麥、三角麥，蓼科雙子葉谷類作物，為食藥作物。其種子呈三棱錐型，最早生長于中國喜馬拉雅山地區(qū)[1-2]。蕎麥營養(yǎng)豐富，含蘆丁、槲皮素和山柰酚等黃酮類物質(zhì)，是中國八大保健食品之一[3-5]。研究顯示，蕎麥所含的蛋白質(zhì)因其氨基酸組成十分均衡具有相當(dāng)高的生物價值[6-8]，蕎麥黃酮具有抗氧化、抗腫瘤、降血糖、降血壓、降血脂、預(yù)防動脈粥樣硬化、保護心血管等功能[9-11]。

隨著貯藏時間的增加，蕎麥會由褐色逐漸變成白色甚至紅褐色，影響品質(zhì)。含水率較高的蕎麥，入倉后容易發(fā)生霉變或出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，導(dǎo)致變質(zhì)。極少量霉變蕎麥籽粒混入正常蕎麥中，會使全部蕎麥加工產(chǎn)品帶有異味[12-14]。

為提高蕎麥貯藏品質(zhì)，宋春芳等[15]對蕎麥采用汽蒸干燥試驗，研究溫度、風(fēng)速、物料厚度對汽蒸蕎麥干燥速率與單位耗熱量的影響，結(jié)果表明，隨溫度升高、風(fēng)速增加、厚度減小，干燥速率相應(yīng)提高。彭薈芳等[16]采用滾筒干燥對蕎麥雪花片質(zhì)構(gòu)進行研究，結(jié)果表明不同工藝條件下，蕎麥雪花片內(nèi)部蜂窩結(jié)構(gòu)的變化是導(dǎo)致蕎麥雪花片質(zhì)構(gòu)特性變化的原因。雖然已有很多研究者[17-18]對蕎麥進行研究，但目前對蕎麥的研究主要集中在單一的干燥方法和質(zhì)構(gòu)分析方面，而用不同的方法對蕎麥進行干燥并對干燥后蕎麥的干燥特性及品質(zhì)進行對比分析的相關(guān)研究較少，且未見振動遠紅外干燥、烘箱干燥、薄層干燥3種常用干燥方法對寒區(qū)蕎麥干燥特性及品質(zhì)影響的研究。試驗擬探求振動遠紅外干燥、烘箱干燥、薄層干燥對蕎麥干燥特性及品質(zhì)的影響，以期為蕎麥深床干燥提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

新鮮帶殼苦蕎麥：黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)實驗基地提供。

1.2 試驗設(shè)備

振動遠紅外干燥機(見圖1)：5GZ-FW型，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)自制；

1. 風(fēng)機 2. 風(fēng)機擋板 3. 電機 4. T型槽 5. 風(fēng)機

薄層干燥試驗臺(見圖2)：GHS-II型，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)自制；

電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：GZX-DH30A型，華宇特科技開發(fā)有限公司；

電子天平：JD300-3型，沈陽龍騰電子有限公司；

谷物判別器；ES-100型，日本株式會社藤原制作所；

谷物水份測定儀，PM8I88型，日本株式會社KETT科學(xué)研究所；

凱氏定氮儀：K-360型，瑞士步琦有限公司。

1. 物料干燥臺 2. 管道固定架 3. 加熱器 4. 熱風(fēng)管道 5. 溫度控制器 6. 手動調(diào)風(fēng)門 7. 風(fēng)機

圖2 薄層干燥試驗臺結(jié)構(gòu)

Figure 2 Thin layer drying test bed structure

1.3 試驗方法

1.3.1 熱風(fēng)干燥 稱取100 g蕎麥放入物料盤中，設(shè)定熱風(fēng)溫度40 ℃，風(fēng)速0.3 m/s，蕎麥脫水至13%及以下停止干燥。

1.3.2 烘箱干燥 稱取100 g蕎麥放入烘箱干燥設(shè)備內(nèi)，設(shè)定溫度40 ℃，功率400 W，蕎麥脫水至13%及以下停止干燥。

1.3.3 遠紅外振動干燥 將蕎麥平攤在物料盤內(nèi)，設(shè)定加熱溫度40 ℃，蕎麥厚度5 mm，振動頻率0.5 Hz，蕎麥脫水至13%及以下停止干燥。

1.4 測定指標

1.4.1 蕎麥含水率計算

(1)

式中：

M(t)——干燥t時間后樣品的含水率，%；

G0——干燥樣品初始重量，g；

M0——干燥樣品初始含水率，%；

G(t)——干燥一段時間后樣品的重量，g。

1.4.2 干燥速率計算

(2)

式中：

DR——干燥速率，%/min；

Mt1——t1時蕎麥的含水率，%；

Mt2——t2時蕎麥的含水率，%。

1.4.3 蛋白質(zhì)含量 采用全自動凱氏定氮儀測定。

1.4.4 發(fā)芽率 樣品經(jīng)清洗、浸種后使用濕熱干燥設(shè)備進行催芽，按式(3)計算發(fā)芽率。

(3)

式中：

G——發(fā)芽率，%；

m——正常發(fā)芽的種子數(shù)；

z——種子總數(shù)。

1.4.5 面積收縮率 蕎麥在干燥過程中的實際收縮率難以測量。本試驗采用與其正相關(guān)的投影面積收縮率作為指標，將經(jīng)不同干燥工藝干燥后的蕎麥樣品分別采用Matlab圖像處理功能來分析圖像中各特征點的像素個數(shù)，利用蕎麥干燥前后的像素值按式(4)計算蕎麥投影面積的收縮率[19]。

(4)

式中：

W——面積收縮率；

Sd——干燥后投影面積；

Sw——干燥前蕎麥投影面積。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2017進行試驗數(shù)據(jù)處理，繪制蕎麥干燥特性曲線圖，利用Matlab 2015b軟件對圖像進行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 對干燥特性的影響

2.1.1 含水率 由圖3可知，干燥后期，3種方式的干燥曲線斜率均變小，呈現(xiàn)持續(xù)平緩的狀態(tài)，干燥速率明顯變低，原因是隨著干燥的進行，蕎麥外殼逐漸變硬，阻止了內(nèi)部水分的排出，與宋春芳等[15]對汽蒸蕎麥含水率的研究趨勢一致。3種干燥工藝中，振動遠紅外干燥所需時間最短，僅需120 min，相比于烘箱干燥減少了80 min，相較于薄層干燥減少了200 min。這是由于振動遠紅外干燥方式采用了往復(fù)振動式物料盤，運動的過程中加快了水分的遷移，加速了水分內(nèi)擴散的過程，干燥時間也隨之縮短。

圖3 干燥工藝對蕎麥含水率的影響

2.1.2 干燥速率 由圖4可知，3種干燥工藝中，振動遠紅外干燥脫水速率最高，烘箱干燥次之，薄層干燥最低。這是由于振動遠紅外干燥方式采用的往復(fù)振動式物料盤，物料在干燥的過程中可以接受到不同距離和角度的多重輻射，水分遷移方向總是由水分較多的內(nèi)部向水分含量較小的外部擴散[20]，從而加快了脫水速率。不同干燥工藝下，蕎麥脫水速率曲線均出現(xiàn)快速上升階段、恒速階段、降速階段3個階段。這與高雪等[21]在受凍稻谷薄層干燥特性的試驗研究中對稻谷干燥速率研究得出結(jié)論一致。這是因為在干燥初期，蕎麥含水率大，表面水分高，脫水隨之上升；干燥一段時間后，脫水速率曲線出現(xiàn)了一段恒速階段，主要是由于干燥開始后，蕎麥表面水分被熱空氣帶走，淺淺表層和內(nèi)部自由水又快速傳遞到表面，內(nèi)部水分擴散又大于蕎麥表面水分蒸發(fā)，導(dǎo)致恒速階段的出現(xiàn)。但隨著蕎麥水分的大量減少，脫水速率呈降低趨勢，主要原因是隨著干燥的進行，蕎麥含水量越來越低，蕎麥殼逐漸變硬，其內(nèi)部水分向外擴散的阻力不斷增大，由此使得脫水速率不斷下降。

圖4 干燥工藝對蕎麥干燥速率的影響

Figure 4 Effect of drying technology on the drying rate of buckwheat

2.2 對干燥品質(zhì)的影響

2.2.1 蛋白質(zhì) 如圖5所示，經(jīng)不同工藝干燥后的蕎麥樣品蛋白質(zhì)含量差距明顯，與未干燥蕎麥樣品相比，3種方式干燥的樣品蛋白質(zhì)含量不同程度地減少，其中，振動遠紅外干燥工藝后的蕎麥蛋白質(zhì)含量最高，與未干燥樣品相差1.87%；經(jīng)烘箱干燥后的蕎麥蛋白質(zhì)含量最低，僅為14.39%。這與王鑫等[22]的研究結(jié)果一致。

2.2.2 發(fā)芽率 由圖6可知，與未干燥的蕎麥相比，烘箱干燥蕎麥發(fā)芽率最低，薄層干燥后蕎麥發(fā)芽率最高。蔡雪梅[23]也曾用不同干燥方式對稻谷進行干燥，并分析不同干燥方式對稻谷品質(zhì)及貯藏性能的影響，發(fā)現(xiàn)熱風(fēng)干燥對稻谷發(fā)芽率影響較小，與試驗結(jié)果一致。

圖5 干燥工藝對蛋白質(zhì)含量的影響

圖6 干燥工藝對蕎麥發(fā)芽率的影響

Figure 6 Effect of drying technology on the germination rate of buckwheat

2.2.3 面積收縮率 由圖7可知，振動遠紅外干燥后蕎麥樣品外形尺寸變化最小，為0.019 15；薄層干燥后蕎麥樣品外形尺寸變化最大，為0.183 44。

圖7 干燥工藝對蕎麥面積收縮率的影響

Figure 7 Effect of drying technology on buckwheat area shrinkage

3 結(jié)論

不同的干燥工藝對蕎麥干燥特性及干燥后蕎麥的品質(zhì)影響不同。干燥特性方面，不同的干燥工藝達到安全水分所需時間不同，振動遠紅外干燥工藝所需時間最短，干燥速率最高；薄層干燥所需時間最長，干燥速率最低。品質(zhì)分析方面，振動遠紅外干燥工藝對蕎麥的外觀品質(zhì)及內(nèi)部品質(zhì)影響均較小，干燥后樣品蛋白質(zhì)含量最高，面積收縮率最低；經(jīng)烘箱干燥后蕎麥樣品蛋白質(zhì)含量最低，同時其活力指數(shù)也最低；薄層干燥后蕎麥樣品面積收縮率最大。在實際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)實際需求選擇相應(yīng)的干燥工藝。