60Coγ射线辐照预处理对小麦干燥特性的影响.pdf

第21卷 第5期 2005年5月 农 业 工 程 学 报 T ransactions of the CSA E Vol . 21 No. 5 M ay 2005 60Co射线辐照预处理对小麦干燥特性的影响 于 勇1,王 俊1,王爱华2,庞林江1,傅俊杰3 (1. 浙江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州310029; 2.杭州蓝天园林集团, 杭州310020; 3.浙江大学农业与生物技术学院,杭州310029) 摘 要:该研究将60Co射线辐照运用于小麦热风干燥前的预处理,对影响干燥过程的各个因素,包括辐照剂量、 热风温度 和初始含水率,对干燥过程及小麦表面温度的影响进行研究。结果表明:经辐照处理的小麦失水速率较未辐照小麦明显加 快,相同时间内水分下降程度提高,其表面温度比未辐照小麦上升加快,且随着辐照剂量增加,小麦的失水速率、 相同时间 内的水分下降程度及表面温度都增高。对小麦的内部显微结构进行观察发现,辐照后小麦干燥特性的变化是由于起内部结 构的变化引起的。此外研究还发现,热风温度和初始含水率对辐照后小麦失水特性也有影响。并对不同辐照剂量下表面温 度与失水速率和含水率的关系进行了分析。 关键词:射线;辐照;预处理;干燥特性;小麦 中图分类号: S375 文献标识码: A 文章编号: 100226819(2005)0520145205 于 勇,王 俊,王爱华,等. 60Co射线辐照预处理对小麦干燥特性的影响J . 农业工程学报, 2005, 21(5): 145- 149. Yu Yong, W ang Jun, W angA ihua, et al . Effect of 60Co gamma irradiation pre2treatment on drying characteristic ofwheat J .T ransactions of the CSA E, 2005, 21(5): 145- 149. (in Chinese w ith English abstract) 收稿日期: 2004208217 修订日期: 2005202223 基金项目:国家自然科学基金(30471000);中国高校博士点科研专 项基金(20020335052);新世纪优秀人才支持计划 作者简介:于 勇(1978- ),男,博士生,主要从事农产品辐照、 检测 及加工贮藏中的应用研究。杭州 浙江大学生物系统工程与食品科 学学院, 310029。Email: yyu_zjusina. com 通讯作者:王 俊(1965- ),男,教授,博士,博士生导师,主要从事 农产品的生物物理学特性及其在加工贮藏中应用研究。杭州 浙江 大学生物系统工程与食品科学学院, 310029。Email: jwangzju. edu. cn 0 引 言 目前的小麦干燥工艺中,往往将收获的小麦直接进 行热风干燥,而不经其他预处理。然而这种干燥工艺在 干燥过程中存在不少问题,如小麦失水速率不高,干燥 所需时间较长,干燥效率较低等等。 为此,许多研究人员 采用改变干燥工艺或采用新干燥技术的方法解决小麦 干燥中所出现的问题。农产品经一定剂量的60Co射线 辐照后会导致其内部组织结构发生变化并产生不同程 度的损伤1- 3,这种变化有可能引起干燥特性的变化, 并最终影响干燥速率和干制品的品质。 王俊等4对辐照 后苹果切片和土豆切片5的干燥特性进行了研究,发现 辐照对苹果、 土豆切片的干燥速率、 切片温度及维生素 C含量等都有较显著的影响。Zhou等 6对辐照后蔬菜 的干燥特性进行了研究,也发现,辐照预处理对蔬菜干 燥速率有显著的影响。然而,目前还没有将 射线辐照 技术运用于小麦干燥预处理方面的研究。 本文以小麦为 材料进行了不同剂量60Co射线辐照预处理后,对小麦 热风干燥特性进行了研究。 1 材料与方法 1. 1 材料 小麦为学校农场同一块田地中收获的小麦(浙麦3 号 ), 收获后按国标法(GB 5497- 85)测定其初始含水 率(26% ,干基 ), 取一定数量的样品在自然条件下分别 凉干至含水率25%、23. 78%、22%、20. 22%、19% (干 基 ), 将达到所需含水率的待测样品用双层密封袋封装, 在4下保存待用。 1. 2 辐照 将待测样品分三批从4环境下取出恢复到室温, 采用60Co射线对样品进行辐照,辐照试验在浙江大学 农业与生物技术学院原子核农学研究所进行,辐照剂量 为0、0. 6、1. 5、2. 4、3. 0 kGy。 1. 3 干燥 干燥试验使用干燥试验箱,低温干燥的热风温度分 别为40、44、50、56、60。所有样品均干燥至小麦安全 低温储藏含水率(13. 5% ,干基或12% ,湿基 . ) 以下。热 风风速恒为0. 8m? s, 用电子天平(精度为0. 1 g)测定 质量,用M TFS食品专用型红外线测温仪测定小麦表 面温度。所有试验样品均设3个重复。 1. 4 显微观察与水分活度 采用XL230 ESEM(Philip)扫描电镜对小麦颗粒 的断裂面进行显微观察; HD2A( 型) (精度0. 015)水 分活度测量仪测量辐照后小麦样品的水分活度。 2 结果与分析 2. 1 辐照剂量对小麦失水特性的影响 从图1可知,与未辐照相比,经过一定辐照剂量处 理后,在相同时间内,小麦失水量增加。且辐照剂量越 大,失去的水分也越多,达到安全贮藏含水率时所需的 干燥时间越短。 从图2可知,与未辐照相比,辐照后小麦 失水速率增加。随着辐照剂量的提高,相同含水率时的 失水速率增加。图1、 图2所表现的实验现象是由于 射线使小麦样品的水分活度提高所造成的(结果见表 1) 。小麦经辐照后水分活度变大,且随着辐照剂量的增 541 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 加,水分活度也增加,这也是小麦干燥速率随着辐照剂 量的提高逐渐升高的原因。 而辐照后水分活度的提高很 可能是因为辐照处理使小麦组织细胞结构产生变化或 破坏的结果。 图1 辐照剂量对小麦失水规律的影响 (热风温度T= 50;初始含水率: 22%干基) Fig. 1 Effect of irradiation dose on dehydration rule for wheat(air temperatureT= 50; initialmoisture content: 22% d. b. ) 图2 辐照剂量对小麦失水速率的影响 (热风温度T= 50;初始含水率: 22% ,干基) Fig. 2 Effect of irradiation dose on dehydration rate of wheat (air temperatureT= 50; initialmoisture content: 22% d. b. ) 表1 经过不同辐照处理的小麦的水分活度 (初始含水率: 22%干基) Table 1 W ater activity of wheat w ith the different irradiation doses(initialmoisture content: 22% d. b. )kGy 辐照剂量00. 61. 52. 43. 0 水分活度0. 7860. 8000. 8420. 8580. 865 图3为对小麦颗粒自然断裂面的表层横细胞进行 的显微观察。 图 3a 为未辐照小麦样品,可见未辐照小麦 的表层横细胞结构完整,细胞壁厚实且细胞质包容在细 胞壁内;图 3b 为辐照剂量为0. 6 kGy的小麦样品,可以 看出经该剂量的 射线处理后的小麦表层横细胞的结 构有所改变,尤其表现在细胞壁变薄并开始出现断裂, 而细胞质仍包容在细胞壁内;图3c为辐照剂量为1. 5 kGy的小麦样品,小麦表层横细胞的结构改变更明显, 部分细胞壁消失且细胞质整体出现外溢,一些地方由于 细胞质的流出出现空腔;图 3d 为辐照剂量为2. 4 kGy 的小麦样品,小麦表层横细胞被进一步破坏,细胞质出 现分散,并与其他细胞质溶合;图 3e 为辐照剂量为3. 0 kGy的小麦样品,小麦表层横细胞进一步受到影响,大 部分的细胞质出现分散和相互溶合。由此,不难发现, 射线辐照会使小麦的表层细胞受到的破坏,其表现为 细胞壁逐渐破裂甚至消失,细胞质外溢并逐渐破裂、 相 互溶合。细胞的破坏程度随着辐照剂量的增加而增大。 正是由于 射线辐照使麦颗粒的细胞结构受到的这种 破坏,细胞质壁出现分离,细胞组织分散,从而使水分从 内部到表层变得容易,进而促进了水分的散失4。 因此, 相同时间内,辐照剂量高的小麦样品,水分下降幅度也 越大,而失水特性图也表现出曲线从同一点出发进而发 散的走势(图 1) 。 图3 不同辐照剂量下辐照对小麦内部组织结构的影响 Fig. 3 Effect of different irradiation doses on cell structure of wheat 641农业工程学报2005年 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 2. 2 热风温度对辐照后小麦失水特性的影响 从图4可知,热风温度对辐照小麦的失水特性有影 响。一定时间内,热风温度越高,水分失去量越多,曲线 也越陡;热风温度越高,达到安全储藏含水率时所需干 燥时间越短。 由图5可知,当含水率相同时,热风温度越 高,失水速率越大。这一影响与未辐照小麦受烘干温度 的影响类似7。然而,研究表明7,随着热风温度的升 高,小麦烘干后的微裂纹会增加,这不利于小麦的加工, 因此在实际应用中,不能盲目提高热风温度以提高烘干 速度。 图4 热风温度对小麦失水规律的影响 (辐照剂量: 1. 5 kGy,初始含水率: 22%干基) Fig. 4 Effect of hot air temperature on dehydration rule for wheat(irradiation dose: 1. 5 kGy; initialmoisture content: 22% d. b. ) 图5 热风温度对小麦失水速率的影响 (辐照剂量: 1. 5 kGy,初始含水率: 22%干基) Fig. 5 Effect of hot air temperature on dehydration rate of wheat(irradiation dose: 1. 5 kGy; initial moisture content: 22% d. b. ) 2. 3 初始含水率对辐照后小麦失水特性的影响 从图6可知,初始含水率对辐照小麦的失水特性有 影响。初始含水率越高,达到安全储藏含水率时所需的 时间越长。从图7可知,初始含水率对辐照小麦的失水 速率也有影响。初始含水率越高,其起始失水速率也越 高,这一现象是可能是由于不同初始含水率的小麦样品 表2 不同初始含水率的小麦的水分活度 (辐照剂量: 1. 5 kGy) Table 2 W ater activity of wheat w ith different initial moisture contents(irradiation dose: 1. 5 kGy) 初始含水率?%1920. 222223. 7825 水分活度0. 7540. 8120. 8430. 8670. 882 的水分活度不同所造成的(表 2) 。可见,辐照剂量相同 的小麦随着初始含水率的增加,水分活度也增加。这使 得初始含水率较高的小麦在干燥初期具有较高的失水 速率。 图6 初始含水率对小麦失水规律的影响 (辐照剂量: 1. 5 kGy,热风温度: 50) Fig. 6 Effect of initialmoisture content on dehydration rule for wheat(irradiation dose: 1. 5 kGy; air temperature: 50) 图7 初始含水率对小麦失水速率的影响 (辐照剂量: 1. 5 kGy,热风温度: 50) Fig. 7 Effect of initialmoisture content on dehydration rate of wheat(irradiation dose: 1. 5 kGy; air temperature: 50) 2. 4 初始含水率及辐照剂量对小麦干燥中表面温度的 影响 从图8可知,小麦的含水率不同,在干燥过程中温 度的变化特性是不同的。 初始含水率低的小麦温度上升 快,且在相同的时间内,小麦的初始含水率越低,其表面 温度的升高量也越多。这是因为相同时间内,初始含水 率高的小麦样品的水分散失量大,水分散失带走的热量 也多,使得表面温度降低。 图8 初始含水率对小麦干燥时表面温度的影响 (辐照剂量: 1. 5 kGy,热风温度: 50) Fig. 8 Effect of initialmoisture content on surface temperature of wheat(irradiation dose: 1. 5 kGy; air temperature: 50) 741 第5期于 勇等: 60Co射线辐照预处理对小麦干燥特性的影响 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 图9 辐照剂量对小麦干燥时表面温度的影响 (初始含水率: 22% ,干基,热风温度: 50) Fig. 9 Effect of irradiation dose on surface temperature (initialmoisture content: 22% d. b. ; air temperature: 50) 从图9可知,与未辐照预处理相比,经一定辐照剂 量处理后的小麦在干燥时表面温度变化是不同的。 干燥 过程的大部分时间内,经相同的时间,辐照处理后的小 麦的表面温度上升快,温度值高。 在相同的时间内,辐照 剂量越大,小麦升温越多。这是由于 射线的辐射使小 麦颗粒的内部组织结构遭到破坏(图3),一段时间内水 分更容易迁移,小麦干燥过程中吸收的热能消耗在水分 迁移上的能量减少,而用于提自身温度的能量增加,使 得表面温度提高。 2. 5 不同辐照剂量下表面温度与失水速率和含水率的 关系分析 从图10a可知,辐照对不同失水速率下表面温度的 变化规律有影响。 一定时间内,在相同的失水速率下,辐 照剂量越高,表面温度越高。 从图10b可知,辐照对不同 含水率下表面温度的变化规律也有影响。 在相同的含水 率下,辐照剂量越高,表面温度越高。 在相同的含水率下 降幅度下,辐照剂量越高,温度上升的越多。 图10 辐照对不同失水速率及含水率下表面温度影响 (热风温度T= 50;初始含水率: 22%干基) Fig. 10 Effect of the irradiation doses on surface temperature under different dehydration rates and moisture contents(air temperatureT= 50; initialmoisture content: 22% d. b. ) 3 结 论 1) 与未辐照预处理小麦相比:辐照后的小麦内部 结构发生改变,细胞壁逐渐破裂甚至消失,细胞质外溢 并逐渐破裂、 相互溶合;这使得小麦在干燥过程中失水 速率增加,小麦达到安全储藏含水率所需时间减少,干 燥过程中小麦表面温度升高。且随着辐照剂量的增加, 小麦细胞被破坏的程度提高,这使得小麦的失水速率提 高,表面温度也提高。 2) 热风温度和初始含水率对辐照小麦的干燥特性 也有影响,热风温度越高,辐照小麦失水速率越大;初始 含水率越高,辐照小麦起始的失水速率越大。 3) 表面温度与失水速率和含水率的关系受到辐照 的影响。 在相同的失水速率下,辐照剂量越高,表面温度 越高;在相同的含水率下,辐照剂量越高,表面温度越 高。 在对小麦干燥特性进行研究的同时,对辐照后烘干 这一加工工艺的经济性和对小麦加工、 食用和蒸煮等品 质的影响也将做进一步的研究。 参 考 文 献 1 徐冠人.核农学导论M .北京:原子能出版社, 1995: 241 - 261. 2 FAO?I A EA?WHO ICGF I . Regulations in the field of food irradiationZ.I A EA2TECDOC2585, 1991. 3 FAO?I A EA?WHO ICGF I .Irradiation of spices,herbs and other vegetable seasoningsZ.I A EA2TECDOC2639, 1992. 4 W ang J, Chao Y. D rying characteristics of irradiated ap2 ple slicesJ . Journal of Food Engineering, 2002, 52: 83- 88. 5 W ang J, Chao Y.Effect of gamma irradiation on quality of dried potato J .Radiation Physics and Chem istry, 2003, 66: 293- 297. 6 Zhou Q C, Jin R H, W eiJ Y, et al .Irradiation preserva2 tion and its dose control for dehydrated vegetable J . A cta A griculture N ucleatae Sinica, 1996, (8), 255- 256. 7 李长友,邵耀坚,上初顺一.小麦薄层干燥特性研究J . 华南农业大学学报, 1995, 16(3): 1- 5. 841农业工程学报2005年 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. Effect of 60Co gamma irradiation pre- treatment on drying characteristic of wheat Yu Yong 1, W ang J un 1, W ang Aihua 2, Pang Linjiang 1, Fu J unjie 3 (1. College of B iosystem s Eng ineering and Food S cience,Zhejiang U niversity, H angzhou310029,China; 2.H angzhou B lue2S ky L andscape Group,H angzhou310020,China; 3.College of A g riculture and B iotechnology,Zhejiang U niversity,H angzhou310029,China) Abstract: W heat, pretreated by gamma irradiation, w as dried by hot2 air. Experi ments w ere conduced to study the influence of three factors(different irradiation dosages, air temperatures, and initial moisture contents of w heat)on the drying characteristics and surface temperature