微波处理对稻谷品质的影响.pdf

中国农业科学 2009,42(1):224-229 Scientia Agricultura Sinica doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2009.01.028 收稿日期：2007-12-28；接受日期：2008-04-18 基金项目：湖北省“十五”重点科技攻关项目（2003AA204B04） 作者简介：张习军（1981），男，湖北咸宁人，硕士研究生，研究方向为微波对稻谷品质的影响。通信作者赵思明（1963），女，四川荣县人， 教授，博士，研究方向为食品大分子及功能特性。TelE-mail：zsmjx 微波处理对稻谷品质的影响 张习军，熊善柏，赵思明 （华中农业大学食品科技学院，武汉 430070） 摘要： 【目的】研究微波对稻谷加工品质、食用品质和储藏品质的影响，为利用微波改善稻谷品质提供理论 基础。 【方法】采用 2 450 MHz 微波处理稻谷，测试不同微波剂量和时间处理后稻谷的品质变化。 【结果】稻谷经 微波处理，温度呈线性上升，随微波剂量下降，升温速度减小。不同的微波处理对稻谷品质的影响有差异，适宜 的微波条件对碎米率、爆腰率影响较小，且有利于提高稻谷的出糙率及整精米率，降低稻谷含水量和游离脂肪酸 含量，改善蛋白质和淀粉的水溶性。 【结论】微波条件对稻谷的品质有影响，适宜的微波条件能提高稻谷的加工性 能和储藏性能，改善大米的食用品质。 关键词：稻谷；热处理；微波；品质 Effect of Microwave on Paddy Quality ZHANG Xi-jun, XIONG Shan-bai, ZHAO Si-ming (College of Food Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070) Abstract: 【Objective】 The effects of microwave radiation on paddy milling quality, storage quality and edible quality were investigated. The objective was to provide optimal process conditions for the industrial application of microwaves to improve the quality of paddy. 【Method】A microwave oven with 2 450 MHz was used to irradiate the paddy, the paddy milling quality, storage quality and edible quality were tested at different microwave doses and times. 【Result】 Paddy temperature increased as energy consumption rose, the velocity constant of temperature rising decreased as the microwave dose decreased. At the suitable microwave energy conditions, brown rice recovery, head yield increased and kernel cracking, broken yield were slightly influenced, the water content and free fatty acid content reduced, and water-soluble protein content and starch were changed. 【Conclusion】 The microwave conditions can influence the paddy quality actively, the suitable microwave conditions could improve the milled quality, raise the edible quality and enhance the stability of rice storage. Key words: paddy; heat treatment; microwave; quality 0 引言 【研究意义】稻谷在储藏过程中因陈化变质、仓 储害虫及霉变等引起的损失每年约 5109 kg。 目前主 要采用化学药剂熏蒸的方法防虫防霉，但由于熏蒸剂 对环境和人类健康的危害以及残留等问题，一些化学 药剂相继被淘汰，广泛使用的磷化氢也因害虫抗性及 环境污染等问题面临禁止使用1。防止稻谷陈化，改 善稻谷品质的常规技术如低温、气调等，受到能源和 材料等限制，实际应用的区域有限。如何解决稻谷储 藏中品质劣变及防虫防霉等问题，目前迫切需要一种 高效、安全、环保的方法。【前人研究进展】与传统 的加热方式相比，微波能快速去除粮食中的水分，起 到干燥效果2，微波对米象3-4、菜豆象5、赤拟谷盗6 等粮食仓储害虫具有致死作用， 且能抑制霉菌生长7。 在杀伤仓储害虫和抑制霉菌的同时，适宜的微波条件 对大米品质影响较小2,8。 【本研究切入点】 微波是 1 1 000 mm 的超高频电磁波， 微波加热迅速、 使用方便， 且不会给环境带来污染，因此在食品的干燥、杀菌、 防虫防霉等领域逐渐得到应用，而微波处理一定程度 1 期 张习军等：微波处理对稻谷品质的影响 225 上也会影响食品中成分的变化9-11。中国主要是以稻 谷的形式储备粮食，稻谷因带有颖壳和果皮层其特性 有别于大米，对微波辐照产生的影响也不相同。目前 缺乏微波处理过的稻谷的加工、食用和储藏品质的研 究。【拟解决的关键问题】采用杀虫、防霉效率高， 且对大米感官没有明显损伤的微波条件处理稻谷，研 究微波对稻谷品质的影响，为稻谷的微波防虫防霉提 供参数。 1 材料与方法 1.1 材料 粳稻： 鄂晚 3 号 ， 2006 年生产稻。 购买后 （82） 保存。 JLGJ4.5 型实验用砻谷机，浙江台州市粮仪厂； JNMJ3 型实验用碾米机， 浙江台州市粮仪厂； WS2L-1 型微波炉（频率 245050 MHz），1201 800 W 功率 分段可调，南京三乐高新技术工程公司；902C 型点温 计，漳州麦特电子有限公司。 1.2 试验方法 1.2.1 稻谷处理 用 4 个 250 ml 玻璃烧杯， 各装 100 g 稻谷（稻谷初始温度预先升至 25），于 1.5、3.0 和 4.5 kWkg-1微波下4分别处理一定时间，备用。 1.2.2 稻谷温度的测定 采用 1.2.1 的方法处理稻谷 后，立即用点温计测定稻谷中层的中心以及同一层面 上离中心等距的周边 4 个点的温度，然后取平均值作 为稻谷温度。 1.2.3 稻谷水分含量的测定 采用 GB 13501999 方法，105烘干法。 1.2.4 出糙率 调整砻谷机轧距， 挑选 100 颗大小均 匀的整粒稻谷进行砻谷得到糙米，稻谷出糙率以糙米 重量占入砻稻谷重量百分比表示12。 1.2.5 爆腰率 参考 GB 13501999 方法，以 100 颗完整糙米中含有裂纹的糙米占有的百分比表示。 1.2.6 整精米率及碎米率 称取一定量的糙米， 进行 碾米。参考 GB 13501999 的方法检验整精米率和碎 米率，整精米率和碎米率分别以整精米和碎米占精米 重量的百分比与稻谷出糙率的乘积表示。 1.2.7 碘蓝值的测定 参考文献13的方法。称取 0.5 g 糙米粉置 50 ml 比色管中， 加入 1 ml 无水乙醇分 散，再加入 10 ml 0.5 molL-1的 KOH，沸水浴中反应 15 min，定容至 50 ml，制成待测液备用。用碘试剂法 测定吸光值。碘蓝值以吸光值与每克绝干糙米的比值 表示。 1.2.8 游离脂肪酸含量的测定 参考 GB/T 15684 1995 的方法。准确称取 5.0 g 糙米粉于 250 ml 锥形瓶 中，加入 40 ml 无水乙醇在 25恒温振荡 10 min，过 滤。取 25 ml 滤液用标准 KOH-乙醇溶液滴定。以每 100 g 绝干稻谷消耗的KOH 毫克数表示游离脂肪酸的 含量。 1.2.9 水溶性蛋白质含量的测定 参考文献14的 方法。准确称取 3.0 g 糙米粉于 50 ml 比色管中，加入 25 ml 蒸馏水振荡均匀，于 4浸提 1 h，然后 4 000 r/min 离心 10 min，离心液过滤得滤液。用 Folin-酚法 测定滤液中水溶性蛋白质含量。数据处理以每克绝干 糙米中水溶性蛋白质含量进行分析。 1.3 数据处理 试验所有数据重复 3 次， 用 Excel 2003 处理数据。 2 结果与分析 2.1 微波对稻谷温度的影响 微波引起电子、离子的移动或缺陷偶极子的极化 及高频振动，使物料在较短的加热时间内达到物料内 外同时加热。微波输入的能量主要用于产生升温、水 分汽化等热效应；同时也会产生降低反应活化能、增 强反应速率及改变化学反应途径等非热效应15。 由图 1 可知，在一定的微波剂量下，稻谷温度随 处理时间延长而升高。 微波剂量越大， 稻谷温度升高越 快。采用线性模型描述稻谷温度与处理时间的关系： T = kt + b 其中，T：稻谷温度（）；k：升温速率常数（/s）； t：微波处理时间（s）；b：稻谷初始温度，本试验均 为 25。 经回归分析，得不同微波剂量下稻谷的升温速率 k 及决定系数 R2见表。由表可知，随剂量增大，升温 图 1 微波处理对稻谷温度的影响 Fig. 1 Effect of microwave on temperature of paddy 226 中 国 农 业 科 学 42 卷 表 不同微波剂量下稻谷温度与微波处理时间的复相关系数 Table Determination correlation between paddy temperature and time at different microwave doses 微波剂量 Microwave dose (kWkg-1) 升温速率常数 Velocity constant of temperature rising (s-1) 决定系数 Determination correlation (R2) 1.5 0.533 0.997 3.0 0.918 0.992 4.5 1.247 0.987 速率增高。较高的剂量下方程的显著性较低，表明微 波剂量越高、温度约偏离线性模型，非热效应逐渐增 大。 2.2 微波对稻谷加工品质的影响 稻谷出糙率、爆腰率、整精米率及碎米率是检验 稻谷加工品质的重要指标，其中稻谷出糙率和整精米 率是国家粮食标准定等级的主要指标。图 2 表明，稻 谷经微波处理后， 稻谷出糙率 （图 2-a） 和整精米率 （图 2-c）均随微波时间的延长而增加，且微波剂量越大增 加幅度越明显。 稻谷经微波处理水分含量下降 （图 3） ， 含水量较低时，稻壳的韧性降低，利于稻谷脱壳15， 使得稻谷出糙率增加。 在较低的微波剂量下， 稻谷的爆 腰率（图 2-b）、碎米率（图 2-d）变化较小，但在 4.5 kWkg-1、60 s 微波条件下，爆腰率和碎米率增加迅速。 稻谷内外水分扩散速度和温度梯度是影响稻谷爆 腰的主要因素16-17。经微波作用后稻谷温度升高，冷 却时稻谷外层遇冷（冷却环境 25）收缩而内部产生 图 2 微波处理对稻谷加工品质的影响 Fig. 2 Effect of microwave on milling quality of rice 热膨胀，从而致使稻谷产生裂纹。同时，由于稻谷 颗粒外部水分蒸发，形成外干内湿的湿度梯度，也 会促进米粒表面裂纹的产生。 2.3 微波对大米食用品质的影响 直链淀粉含量是影响大米食用品质的主要因素之 一。图 4 显示了微波处理后大米碘蓝值的变化。随微 波时间延长，碘蓝值增大，微波剂量越大，碘蓝值越 大。 研究表明， 微波干燥稻谷不会改变淀粉的结构18， 水溶性直链淀粉含量增加2，导致碘蓝值稍有增大， 有助于改善米饭的口感19。 可溶性蛋白质含量高有利于大米的吸水膨胀和糊 化，增加米饭的黏性20。微波处理后稻谷中水溶性蛋 白质含量变化见图 5。在 1.5 kWkg-1微波剂量下，随 微波时间的延长，稻谷中水溶性蛋白质的含量逐渐增 加。在 3.0 kWkg-1和 4.5 kWkg-1微波剂量下，水溶性 蛋白质含量先逐渐增加，后降低，且微波剂量越大， 1 期 张习军等：微波处理对稻谷品质的影响 227 图 3 微波处理对稻谷水分含量的影响 Fig. 3 Effect of microwave on water content of paddy 图 4 微波处理对稻谷碘蓝值的影响 Fig. 4 Effect of microwave on BV of rice 图 5 微波处理对稻谷中水溶性蛋白质含量的影响 Fig. 5 Effect of microwave on water-soluble protein content of rice 下降速度越快。 2.4 微波对稻谷储藏品质的影响 稻谷含水量对稻谷的储藏时间及品质变化有显著 影响，游离脂肪酸含量则是判断稻谷品质优劣的灵敏 指标，过高的游离脂肪酸含量会导致储藏性能变差， 当游离脂肪酸含量超过规定值时，则说明稻谷品质劣 变。 图 3 显示了稻谷经微波处理后的水分含量变化。 随着微波处理时间的延长，稻谷的含水量逐渐下降， 且微波剂量越大，水分含量下降速度越快。较低的水 分含量有利于提高稻谷的储藏稳定性。 图 6 显示了微波处理后稻谷中游离脂肪酸含量的 变化。由图 6 可知，随着微波处理时间的延长，在 1.5 kWkg-1和 3.0 kWkg-1微波剂量下稻谷中游离脂肪酸 含量先上升后下降，而在 4.5 kWkg-1微波剂量下游离 脂肪酸含量随微波处理时间延长呈下降趋势，表明稻 谷经此微波条件处理，储藏稳定性提高。 图 6 微波处理对稻谷中游离脂肪酸含量的影响 Fig. 6 Effect of microwave on free fatty acid content of rice 3 讨论 3.1 微波在粮食工程中的应用 微波在粮食中的应用主要在微波干燥和微波防虫 防霉两方面。本文是在大米防虫防霉条件的基础上， 探索在此条件附近微波对稻谷品质的影响。稻谷的微 波干燥受热温度控制在 50以下21， 宜采用较高剂量 （0.132 kWkg-1）长时间（15 min）的微波参数， 该条件对稻谷的品质影响不大18。采用微波技术对稻 谷进行干燥，与传统的干燥方式相比，能快速去除新 鲜稻谷中水分使其降至储藏的安全水分值。 与稻谷的微波干燥不同，工业微波防虫防霉采用 的微波剂量控制在 0.1070.166 kWkg-1，处理时间 79 min，受热温度控制在 506022。工业化试验 表明，在对虫害致死和霉菌抑制的同时，可降低大米 的水分含量，提高了大米的储藏安全性，且对大米和 米饭的品质影响不大23。本试验中采用的微波剂量较 工业生产高，微波时间较短，高微波剂量短时处理的 微波条件对稻谷品质的影响更大23。 228 中 国 农 业 科 学 42 卷 3.2 微波对稻谷品质的影响 微波对粮食加工品质的影响，目前多以粮食的爆 腰率评价。本文的研究结果显示，微波处理后稻谷的 爆腰率和碎米率变化都较小，且稻谷的出糙率和整精 米率增大，直链淀粉含量略有上升，与前人的研究结 果21一致。 在一定微波条件下蛋白质容易变性，蛋白质水溶 性降低24。本文所测的水溶性蛋白质含量在较低的微 波剂量下升高，在较高的微波剂量下降低。可能是在 微波交变电磁场的作用下稻谷中大分子（例如淀粉） 上的极性基团产生取向性的高频摆动使淀粉粒结构松 散，填充于淀粉细胞间以及淀粉粒之间的蛋白质很 容易溶出，从而增加了水溶性蛋白质的含量。当温度 过高时， 温度引起蛋白质变性， 降低了蛋白质的水溶性。 微波对稻谷中游离脂肪酸含量的影响目前尚未见 报道。由于游离脂肪酸能灵敏地反映稻谷储藏的品质 变化，是检验稻谷陈化的重要指标。由于微波作用可 促使脂肪氧化11，生成脂肪酸等物质，而微波作为一 种射线，能诱发自由基的生成25，产生羟基自由基、 氧自由基、脂质自由基等氧化作用较强的物质26，继 而促进脂肪酸的氧化分解，产生脂质过氧化物，并进 一步分解产生醛、酮、酸等物质，从而导致游离脂肪 酸含量降低。本文所测的微波处理后稻谷中游离脂肪 酸含量在较高的微波剂量作用下降低，而在较低的微 波剂量作用下增加，表明微波条件影响稻谷中游离脂 肪酸的含量。 4 结论 在一定微波剂量下，稻谷温度与微波处理时间呈 直线关系，随微波剂量减小，升温速度常数下降。微 波处理对稻谷的加工品质、食用品质和储藏品质均有 影响。适宜的微波条件（4.5 kWkg-1左右，处理稻谷 2030 s）可以提高稻谷的出糙率和整精米率，改善 加工品质；经微波处理后稻谷水分含量下降，适宜的 微波条件可以降低游离脂肪酸含量，稻谷储藏性能提 高；碘蓝值随微波处理时间的延长而增大，适宜的微 波条件可以增加水溶性蛋白质含量，改善大米的食用 品质。 References 1 梁 权. 引人注目的储粮害虫防治研究进展述评. 粮食储藏, 2001, (1): 6-11. 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