畢文雅，魏 雷，石天玉

(國家糧食和物資儲備局科學(xué)研究院，北京 100037)

稻谷收獲后水分含量通常較高，此時(shí)稻谷自身呼吸旺盛，同時(shí)糧堆生物代謝活動強(qiáng)烈，如不及時(shí)晾曬處理，極易造成發(fā)熱、發(fā)芽、霉變等不良后果[1]。據(jù)農(nóng)業(yè)部門統(tǒng)計(jì)，在一般年份，全國每年因霉變而損失的糧食達(dá)25億kg，嚴(yán)重時(shí)高達(dá)100億kg，由此造成增產(chǎn)不增收，白白浪費(fèi)了人力物力[2]；全國每年因稻谷儲藏過程中陳化變質(zhì)、倉儲害蟲以及霉變影響造成的損失約占總儲存量的3%，達(dá)數(shù)百億斤，每年的損失不低于200億元[3]。稻谷干燥是關(guān)系到質(zhì)量和數(shù)量損失的關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)。

稻谷與其他糧食作物不同，首先，稻谷是一種熱敏性的作物，干燥速度過快或參數(shù)選擇不當(dāng)，會造成米粒內(nèi)部和表層因吸熱或散熱不均勻，出現(xiàn)應(yīng)力集中，直接影響稻谷碾米時(shí)的碎米率，從而影響稻谷的出米率，也就是影響它的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)價(jià)值；其次，稻谷籽粒由堅(jiān)硬的外殼和米粒組成，在干燥時(shí)，其外殼阻礙籽粒內(nèi)部水分向外表面轉(zhuǎn)移，這將導(dǎo)致干燥困難[4-5]。

做好稻谷收獲后的機(jī)械干燥環(huán)節(jié)，選擇有效、合適的干燥工藝，對保證國家糧食安全，減少不必要的經(jīng)濟(jì)損失和提高人們生活品質(zhì)意義重大。變溫干燥工藝是通過在進(jìn)糧工段、排糧工段及干燥段對糧食水分、糧食溫度進(jìn)行在線檢測與監(jiān)測，并將檢測值與控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，調(diào)節(jié)干燥空氣的溫度、濕度、壓力甚至輸熱模式，從而控制干燥速度、提高干燥品質(zhì)及降低單位熱耗的一種烘干工藝[6-7]。

我們設(shè)計(jì)不同變溫干燥工藝參數(shù)，對烘干后的稻谷品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行研究，利用主成分分析綜合評價(jià)法對烘后稻谷品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)，可為不同變溫干燥工藝烘后稻谷品質(zhì)評價(jià)提供參考。

1 材料與儀器

試驗(yàn)材料：于2019年新收獲的吉林高水分粳稻。

儀器與設(shè)備：糧食水分磨、JXFM110錘式旋風(fēng)磨、SY88-TH礱谷機(jī)、JNM-Ⅲ碾米機(jī)、南京飛龍變溫干燥平臺、HE53水分測定儀、JSWL大米食味計(jì)、0.01 g天平。

2 干燥設(shè)計(jì)和檢測方法

2.1 干燥設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用平鋪式干燥方式，物料篩盤尺寸為：90 cm×60 cm，設(shè)備每次處理量約5 kg；熱風(fēng)風(fēng)速為0.6 m/s，緩蘇工藝(1∶3)；采用不同溫度參數(shù)工藝進(jìn)行試驗(yàn)，前期和中期的干燥時(shí)間均為1 h，緩蘇時(shí)間均為3 h，后期干燥及緩蘇時(shí)間通過實(shí)時(shí)監(jiān)測水分，降至14.5%～15.0%，即達(dá)到干燥終點(diǎn)，記錄時(shí)間，待物料冷卻后取樣，用于后續(xù)干燥品質(zhì)的分析。

采用逐步升溫和逐步降溫2種變溫干燥工藝對初始含水量為28%～29%(濕基含水率，下同)的樣品進(jìn)行干燥。具體溫度參數(shù)見表1。

表1 升溫組和降溫組變溫工藝參數(shù)

2.2 檢測方法

水分：采用快速水分測定儀法，稻谷樣品進(jìn)行磨粉制樣，過40目篩90%以上，取篩下物3 g左右進(jìn)行105℃烘干法測定，獲得含水量。每份樣品做3組平行試驗(yàn)，取平均值。

加工品質(zhì)：取20 g左右稻谷，記為M，對其進(jìn)行礱谷，對糙米進(jìn)行稱重，記糙米重M0，挑揀出不完善粒進(jìn)行稱重，記不完善粒重M1，計(jì)算出糙率。

出糙率=(M0+M1÷2)÷M×100%。

取20 g左右糙米，記為M2，對其進(jìn)行碾米，對無粉精米進(jìn)行稱重，記精米重M3，將數(shù)據(jù)錄入大米外觀檢測儀，選擇稻谷類型，進(jìn)行掃描，得出整精米率和碎米率。每份樣品做3組平行試驗(yàn)，取平均值。

食味品質(zhì)：采用JSWL大米食味計(jì)進(jìn)行測定，開機(jī)后預(yù)熱40 min，使用前用精米標(biāo)準(zhǔn)樣品基準(zhǔn)米：食味值83分、蛋白質(zhì)7.6%、水分14.3%、直鏈淀粉18.5%對食味計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)，用標(biāo)準(zhǔn)量杯裝米倒入入料口，進(jìn)行測定，記錄結(jié)果，重復(fù)試驗(yàn)3次，取平均值[8-9]。

3 結(jié)果與分析

3.1 升溫組和降溫組的總用時(shí)和干燥速率

升溫組和降溫組的總用時(shí)以及干燥速率見圖1。

由圖1可知，10組試驗(yàn)的總用時(shí)在10.67～17 h，干燥速率在0.91～1.46%/h。對比總用時(shí)，方案2<方案4<方案6，方案1<方案3<方案5；對比干燥速率，方案2>方案4>方案6，方案1>方案3>方案5，說明三段溫度和越高(155、160、165℃，見表1)，總用時(shí)越短、干燥速率越快。同一對比組，升溫組用時(shí)均比降溫組用時(shí)短(2<1、4<3、6<5、8<7、9<10)，其中方案3、4，方案5、6，方案9、10之間差異性顯著(P<0.05)；升溫組干燥速率均比對比低溫組干燥速率快，其中方案1、2，方案3、4，方案5、6之間差異性顯著(P<0.05)。在三段溫度和為165、160、155℃的6組對比試驗(yàn)中(見表1)，升溫組(2、4、6)均比降溫組(1、3、5)的干燥用時(shí)少2.21 h，干燥速度快0.21%/h；在三段溫度和為150℃的4組試驗(yàn)中(見表1)，升溫組(10、8)比降溫組(9、7)的干燥用時(shí)少0.39 h，干燥速度快0.04%/h。

圖1 總用時(shí)和干燥速率

3.2 升溫組和降溫組的加工品質(zhì)

稻谷各項(xiàng)指標(biāo)見表2。

出糙率即凈稻谷脫殼后的糙米占試樣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其中不完善粒折半計(jì)算。現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)以出糙率作為稻谷的定等指標(biāo)。研究表明，出糙率跟出米率存在正相關(guān)性，在一定程度上反映了稻谷的加工品質(zhì)[10]。由表2可知，10組烘后的出糙率在81.31%～83.80%，比烘前提高3.05～5.54個百分點(diǎn)。同一對比組，升溫組出糙率高于降溫組(2>1、4>3、8>7、10>9)，且差異性顯著(P<0.05)，升溫組出糙率比降溫組出糙率高1.32個百分點(diǎn)左右(除去5、6)，說明升溫組烘后出糙率好于降溫組烘后出糙率。同升溫組，方案2、4、8、10差異性不顯著同降溫組；方案1、3、7差異不顯著，說明本試驗(yàn)中的三段溫度和對出糙率影響不顯著。

整精米即糙米研磨成加工精度為國家標(biāo)準(zhǔn)三級大米時(shí)，長度達(dá)到試樣完整米粒平均長度四分之三及以上的米粒。精米是稻谷加工的最終形態(tài)，整精米率的高低不僅影響稻谷的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，對大米的口感及營養(yǎng)價(jià)值也會產(chǎn)生影響[11]。由表2可見，10組烘后的整精米率在55.55%～69.05%，比烘前提高3.39～16.89個百分點(diǎn)。同一對比組，降溫組整精米率高于升溫組(1>2、5>6、7>8、9>10)，且差異性顯著(P<0.05)，說明降溫組烘后的整精米率好于升溫組烘后的整精米率。升溫組(2、4、6、8、10)間差異性不顯著(P>0.05)，降溫組(1、3、5、7、9)間差異性不顯著(P>0.05)，說明本試驗(yàn)中的三段溫度和對整精米率影響不顯著。

出米率是指從稻谷或糙米中獲得的大米(整粒、破碎粒、細(xì)碎粒)的量[12]。由表2可知，10組烘后的出米率在72.71%～73.54%，比烘前提高15.62～16.45個百分點(diǎn)。升溫組和降溫組之間無差異，說明本試驗(yàn)設(shè)計(jì)對烘后出米率沒有影響。

表2 稻谷各項(xiàng)指標(biāo)

3.3 升溫組和降溫組的食用品質(zhì)

大米食味是指人們對食用的米飯的眼、口、鼻、牙齒的綜合感受。大米食味好壞沒有絕對的尺度，主要是從米的外觀、香味、味道、黏度、硬度及綜合指標(biāo)來評價(jià)。

由于人工感受評價(jià)較為復(fù)雜，且干擾因素太多，在實(shí)際的稻谷品質(zhì)評價(jià)中并不實(shí)用。食味計(jì)的主要原理是將通過特定波長的近紅外光產(chǎn)生的吸光度的差異來準(zhǔn)確測定決定大米食味的直鏈淀粉、蛋白質(zhì)、水分、脂肪酸等成分，然后將不同的成分?jǐn)?shù)據(jù)與試驗(yàn)得到的大米食味資料結(jié)合起來，并通過簡單的數(shù)值來進(jìn)行評分，達(dá)到客觀反映大米食味的目的[13]。由表2可知，10組烘后的食味值在79.67～81.67分，比烘前提高1.34～3.34分。同一對比組，升溫組食味值均高于降溫組(2>1、4>3、6>5、8>7、10>9)，其中方案1、2，方案3，4差異性顯著(P<0.05)，說明升溫組比降溫組更能保持較高食味值。同降溫組烘后食味值，方案9>7>5>3>1，同升溫組烘后食味值，方案10>8>6>4>2，說明本試驗(yàn)中的三段干燥溫度和越高(150、150、155、160、165℃)，烘后的食味值下降越嚴(yán)重，這與徐澤敏等[14]的研究結(jié)果一致。

稻米中直鏈淀粉含量多少是影響其食用品質(zhì)的關(guān)鍵因子和重要指標(biāo)[14]，稻谷中α-淀粉酶和β-淀粉酶活性隨初始含水率和谷溫升高而變大[15]，Matsue等[16]和Xu等[17]的研究表明，直鏈淀粉含量低，食味品質(zhì)好。由表2可知，10組烘后的直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)17.56%～20.08%，比烘前低1.54～4.78個百分點(diǎn)，這是因?yàn)楹媲昂矢撸矸勖富钚源?，支鏈淀粉含量低而直鏈淀粉含量高。同一對比組，升溫組直鏈淀粉含量均低于降溫組(2<1、4<3、6<5、8<7、10<9)，差異性顯著(P<0.05，除去5、6)，且4組升溫組(2、4、8、10)烘后的直鏈淀粉含量均比4組降溫組(1、3、7、9)低，說明升溫組比降溫組烘后的稻谷有更好的食味品質(zhì)。

3.4 升溫組和降溫組的稻谷品質(zhì)綜合評價(jià)

由于稻谷品質(zhì)指標(biāo)眾多，難以從一個方面去評判，采用變異系數(shù)法的綜合評價(jià)法來對稻谷品質(zhì)進(jìn)行賦權(quán)評分，變異系數(shù)法是通過利用各項(xiàng)指標(biāo)所包含的信息計(jì)算權(quán)重的一種客觀賦值方法，其廣泛應(yīng)用于多指標(biāo)綜合評價(jià)[18]。

利用變異系數(shù)法對不同變溫干燥工藝干燥后的稻谷各指標(biāo)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)和權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表3。稻谷整精米率、出米率、直鏈淀粉含量所占權(quán)重較大，分別為0.349 8、0.271 3、0.242 5，能客觀體現(xiàn)在干燥后稻谷品質(zhì)評價(jià)中，這3個指標(biāo)的相對重要情況，也表明這3個指標(biāo)因不同變溫干燥參數(shù)而有較大的差異。

表3 稻谷各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重

根據(jù)主成分分析綜合評價(jià)法得分和排序，F(xiàn)值越大，表明該方案的烘后稻谷品質(zhì)越好，結(jié)果見表4。針對10組變溫干燥工藝烘后的稻谷綜合品質(zhì)排名的順序而言，“方案10”的綜合品質(zhì)得分最高，即其綜合品質(zhì)最佳，其次為方案5、7、3、6；方案8、2、4、1、9的綜合得分均為負(fù)值，表明這5個方案烘后的稻谷綜合品質(zhì)較差，其中“方案9”的綜合品質(zhì)得分最低，故品質(zhì)最差。

表4 因子得分與綜合得分

4 小結(jié)

本試驗(yàn)設(shè)計(jì)不同變溫干燥參數(shù)，進(jìn)行10組升溫和降溫的對比，將稻谷的水分由28%降到15%左右，總用時(shí)在10.67～17 h，干燥速率在0.91～1.46%/h；變溫干燥工藝中三段溫度和越高，總用時(shí)越短、干燥速率越快、食味值越低；烘后出糙率、整精米率、出米率、食味值比烘前高；升溫組比降溫組干燥用時(shí)短、干燥速率快、出糙率高、整精米率低、食味值高、直鏈淀粉低，升溫組和降溫組烘后的出米率無差異；變溫干燥工藝中三段溫度和對出糙率、整精米率影響不顯著；通過綜合評價(jià)得出方案10、5、7、3、6烘后稻谷綜合品質(zhì)較好。