稻谷干燥技術及品質評價的研究進展

王永進　劉坤　陳雪云　宋欣翼　吳志國　張莉　趙璐　邱玉婷

摘要綜述了稻谷干燥技術及工藝、稻谷干燥品質研究方面所取得的成果，并探討了干燥工藝與稻谷干燥品質之間的關系，以期為稻谷干燥技術的研究提供參考。

關鍵詞稻谷；干燥；品質

中圖分類號S509文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）31-0100-03

Research Progress on the Rice Drying Technology and Drying Quality

WANG Yongjin， LIU Kun，CHEN Xueyun，WU Zhiguo* et al

（Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300457 ）

AbstractThis paper summarizes the achievements in rice drying technology， its process and rice drying quality research， and it also discusses the relationship between drying process and rice drying quality with the aim to provide reference for the researchers in future.

Key wordsPaddy；Drying；Quality

稻谷收獲后要及時干燥，否則會對后續的稻谷生產加工和保藏產生重要影響。根據有關部門估算，每年有超過500萬噸的谷物[1]由于不能及時干燥而造成巨大損失，因此，稻谷及時干燥降水對于大米生產加工具有重要意義。

干燥技術是現代工農業生產中必不可少的一項技術，干燥效果好壞會直接影響產品的質量、形態等。干燥技術包含了復雜的傳質傳熱機理，所涉及的學科廣泛，并且與干燥物質的特性息息相關[2]。當前，隨著生活水平的提高，人們越來越重視稻米的品質，從而迫使人們不斷改進干燥技術和干燥工藝。稻谷干燥后的品質如何衡量，標準也有所不同。很多研究者進行了多種評價方式的嘗試，并研究了干燥稻谷品質的影響因素[3-5]。

筆者對稻谷干燥技術及工藝、稻谷干燥品質研究進展進行了總結和相關探討，以期為稻谷干燥技術的研究提供參考。

1稻谷干燥技術與工藝

1.1熱風干燥

熱風干燥作為稻谷干燥的主要方式，是采用一定量的熱空氣經過物料表面并帶走水分，以達到干燥稻谷目的。該技術因易操作、控制等特點，常用來對谷物進行干燥降水[6]。

熱風干燥工藝類型繁多，常見工藝有高溫快速與低溫慢速干燥。隨著溫度升高，雖然去水時間變短，但是其爆腰率上升，造成出米率變低。而低溫慢速干燥，雖然能維持較好的品質，但其不足之處是無法及時干燥稻谷，而導致品質劣化，造成嚴重損失。萬忠民等[5]經試驗認為，若在恒溫條件下，采用溫度為40 ℃大風量工藝，最有利于提高干燥稻谷的品質和經濟效益。與恒溫干燥相比，為了縮短干燥時間，且不影響干燥品質，王繼煥等[7]建議干燥過程中，也可以通過調節空氣溫度來控制干燥過程和干燥效率。江思佳等[8]對變溫干燥工藝進行研究表明，隨著稻谷水分變化，相應采取不同溫度，可明顯加快降水速率，且爆腰率較恒溫干燥要低。但是該干燥操作工序較為復雜。

另外，基于熱風干燥技術的研究，還衍生出分程干燥、流化床干燥、通風聯合干燥、順混流干燥等多種干燥工藝。胡萬里等[9]通過研究快速薄層干燥對稻谷品質影響，針對高水分稻谷，提出分段干燥工藝，又稱分程干燥。即在谷物的不同干燥階段采用不同的熱風溫度、濕度、風速等參數來分段干燥。流化床干燥可有效地干燥高水分稻谷，谷物受熱均勻，干燥后品質好，整精米率高[10]。但是在我國起步較晚，研究較少。此外，對稻谷的順流干燥工藝、順混流干燥工藝和混流干燥工藝進行相應的試驗研究也有相關報道[11-13]。

目前，熱風干燥在稻谷干燥領域依然為主要方式，而不同參數對稻谷內在品質影響的相關研究尚且不足，因此，仍有必要對其進一步研究和探討。

1.2減壓干燥

先將所需干燥的濕稻谷放入密閉干燥器，選擇加熱裝置后在負壓下加熱，使稻谷內部水分迅速汽化，同時用真空泵排出，從而完成對稻谷的干燥，稱為減壓干燥。

該技術的干燥介質可循環使用，真空干燥對于熱敏性谷物有著很好的可控性，并能保證干燥后的稻谷品質。此外，當稻谷進行真空干燥時，可加入低溫和緩蘇工藝，以確保干燥后稻谷具有較好的加工與儲藏品質[14-15]。

近年，受真空干燥設備成本較高、工藝不成熟等因素的限制，其在大規模稻谷干燥中的應用不多。但是，真空干燥有著高效、節能、經濟價值高的特點，因而在稻谷干燥領域仍值得進一步研究和探討。

1.3太陽能干燥

太陽能干燥又稱自然干燥，是農村地區常見的一種稻谷干燥工藝，主要是通過太陽的光熱和空氣的自然風來干燥稻谷。太陽能干燥可分為直接干燥和間接干燥[16]。其中，直接干燥是將太陽光直接照射在稻谷上，稻谷吸熱后，使水分汽化；間接干燥是利用換熱器將光能轉換成熱能，再給干燥器提供動力。徐潤琪等[17]進行稻谷自然干燥最佳條件試驗表明：干燥過程中經常攪拌可加快水分蒸發，且厚層物料較薄層效率高。Meas等[18]針對不同太陽能干燥模式建立了相關模型，能夠進一步優化太陽能干燥中的各項參數。

目前，雖然太陽能干燥具有成本低、能耗少、無污染等明顯優勢。但是，太陽能干燥過程也常因人為或天氣狀況而受到影響，如連續陰雨天、突然暴雨等導致陽光不足，路面混入沙石，影響交通等問題，因而有時候干燥質量難以保證。且因需場地大、干燥時間長，不適合大規模作業和批量干燥稻谷。

1.4微波干燥

頻率915和2 450 MHz的微波常被用來進行稻谷的干燥[4]。微波無需中間介質，可直接被稻谷吸收，引起內部分子迅速碰撞、摩擦產熱，且整體受熱均勻，所形成溫度與濕度梯度同向，促進內部水分的蒸出，從而達到干燥的目的[19]。 徐鳳英等[20]基于微波與玻璃化轉變研究提出，為了提升稻谷品質，可在干燥后期采用低功率微波加緩蘇工藝進行干燥，得到較好的干燥效果。楊慧萍等[21]經研究發現，采用低溫微波干燥，可降低溫度波動對稻谷品質產生的影響，而高溫微波易破壞稻谷品質，不利于后期的儲藏及食用。

采用微波干燥稻谷，效率高、無污染，還可較好地改善稻谷的加工與食用等品質，有助于提高稻谷經濟效益。但是王素雅等[22] 經試驗得出，微波干燥更易使秈稻產生爆腰，不適合干燥秈稻。所以，對微波干燥技術在適宜干燥的稻谷品種方面以及合理利用方面仍需進一步研究。

1.5遠紅外干燥

適宜波長的遠紅外線照射在糧粒表面、稻谷內部會直接吸收紅外輻射，產生熱量，使糧粒本身溫度升高，加速內部水分擴散與蒸發，完成稻谷干燥。Schroeder 等[23]的研究發現，用遠紅外干燥稻谷具有較快的降水速度，在0.49%/min～3.6%/min。張正勇[24]經遠紅外輻射干燥糧食試驗后表明，稻谷干燥前，若對所需干燥的糧食先進行外表皮及內在結構的研究，得到兩者紅外吸收特性差異后，再用波長適宜的遠紅外線，能使干燥速度更快，糧食品質更佳。

雖然遠紅外干燥是高效、節能的新興干燥工藝，但是其對稻谷表面水分的去除速度過慢，國內在糧食的干燥領域和工業應用方面尚顯不足。

1.6聯合干燥

聯合干燥是將數種干燥工藝進行聯合作用。因為一種干燥方法有時無法完成所需的干燥效果，且從低碳、低能耗角度而言，結合不同的干燥工藝往往會使干燥效果更優。一般多為2種工藝的組合，比如熱風與紅外，熱風與微波聯合干燥等。中國農業大學的汪喜波[25]對紅外輻射和熱風聯合干燥進行試驗研究，得到了紅外熱風組合干燥稻谷的優化參數明顯降低了稻谷爆腰率；天津理工學院的焦士龍等[26]經紅外-熱風聯合模擬實驗機得出，用調整好的雙循環紅外-熱風機型既能保證干燥后稻谷的品質，又解決高爆腰問題。但聯合干燥工藝干燥速度較慢，有時無法及時干燥稻谷，造成嚴重損失。為此，有研究者提出可采用干燥-通風聯合作業提高干燥效率，并同時保證使整精米率達到72%以上[27]。崔勇經研究[19]提出，熱風和微波干燥工藝，能分別迅速除去稻谷表面和內部水分，因而采取微波-熱風聯合干燥稻谷，不僅經濟可行，而且能達到效率高、品質好的目的。張鎖龍等[28]通過自主設計超聲波聯合熱風干燥裝置，研究超聲波-熱風聯合技術對稻谷的影響，得出該技術是一種可行、有效的干燥方法。聯合干燥較單一的干燥工藝，既能保證干燥后稻谷質量，又能快速除去表面水分，因此，是目前也是今后干燥技術工藝中會經常采用的方式，是未來發展的趨勢。

2稻谷干燥品質及指標

稻谷干燥品質有諸多標準或參數來反映。該研究將稻谷品質的指標體系主要分為外觀品質、食味品質和營養品質等方面。對于品質指標還有其他提法，如加工品質與儲藏品質等。

2.1外觀品質

稻谷作為重要的糧食商品，首先，其外觀品質是一項重要的指標，主要有反映色澤的堊白度、堊白粒率，以及反映粒形完整性的衡量標準或參數爆腰率、出糙率及整精米率等。

2.1.1爆腰率。

稻谷爆腰率是評價干燥后稻谷品質好壞及干燥工藝是否經濟可行的一項關鍵指標，是外觀品質的最主要影響因素。爆腰，即谷粒表面產生不同嚴重程度的裂紋，從而產生碎裂導致稻米質量產量下降的現象。對其產生機理，有學者從玻璃化轉變理論解釋，稻谷內部存有溫度梯度與水分梯度，會產生相應的熱應力與濕應力，兩者被統稱為干燥應力。相關研究表明，干燥應力過大是導致稻谷爆腰的主要因素[29]。

目前，我國干燥標準規定，干燥機的爆腰率需降到3%以下，以保證糧食品質能符合相應要求。如何降低爆腰率，已經有很多科研工作者做了嘗試。夏寶林等[30]通過試驗研究表明，增加適當的緩蘇工藝能夠有效抑制爆腰產生，提高稻谷品質。劉啟覺[31]在干燥過程增加緩蘇時間，試驗得出，對于低水分谷物，采用低溫慢速干燥，較高溫與恒溫干燥，更有利于減少爆腰率。劉冬梅等[32]在檢測稻谷干燥爆腰的試驗中得出，將干燥溫度控制在45 ℃左右，降水速度在5%以內，不僅稻谷不易爆腰，其品質還可得到提升。

綜合各項試驗表明，高溫快速干燥以及高濕條件下的吸濕作用是造成稻谷爆腰的關鍵因素。因此，在干燥過程中應避免高濕環境，同時把溫度控制在玻璃化轉變溫度之下，以防止稻谷裂紋的形成，破壞外觀品質。

2.1.2出糙率。

稻谷經壟谷去掉穎殼，得到穎果（糙米），穎果的完整粒重量和不完整粒重量的1/2與試樣總重量的比值，稱為出糙率。我國稻谷標定等級時受加工品質的影響較大，而出糙率又作為反映加工品質的關鍵指標。在一定范圍內，谷物出糙率與干燥溫度呈負相關，即當溫度增加時，會相應減少出糙率。

從張玉榮等[29]的熱風、真空干燥等試驗可知，一定范圍內，相同溫度下，高水分谷物經不同技術干燥，其出糙率高低表現為自然干燥>真空干燥>熱風干燥。若繼續增加干燥的溫度，在90 ℃時，其出糙率將因干燥速度快，反而有微小的增加。

2.1.3整精米率。

稻谷壟谷脫殼后的穎果，再經加工處理，長度還保持在完整糙米平均長度的3/4以上的谷物稱為整精米，而整精米與稻谷試樣質量的比值，稱為整精米率，既作為國家糧食標準指標之一，又作為評價稻谷加工品質的重要指標。稻谷的種類和干燥介質是對整精米率造成影響的兩大主要因素[33]。相關研究表明，在稻谷加工過程中，秈稻由于籽粒細而長，耐壓性差，較粳稻更易產生碎米，造成整精米率低、碎米率高[34]。陳江等[14]試驗證實，當采用真空變溫干燥時，溫度先高后低的整精米率要遠大于先低溫后高溫的整精米率。

2.1.4堊白粒率。

堊白為稻谷胚乳中白色不透明的面積占米粒投影面積，為稻米外觀品質的重要指標之一。堊白粒率是指米粒中有堊白米粒的比率。堊白粒率小會造成研磨時易碎，有損谷物的外觀、蒸煮等品質，而且不同干燥工藝和條件對堊白粒率的影響也不同[35]。

除以上幾項主要指標之外，稻谷外觀品質還包括粒型、精米率、碎米率、容積重和千粒重等多項評價指標。

2.2食味品質

食味品質也稱感官品質，是最直接甚至是最重要的品質評價指標，食味品質差異是以氣味、適口性和滋味三者的差異為主[36]，可以選擇硬度、黏著性以及咀嚼性等指標來綜合反映。我國制定了相應標準，《糧食檢驗稻谷、大米蒸煮食用品質感官評價方法》（GB/T15682）中給出稻谷、大米的蒸煮試驗及米飯食用品質評定方法。

對于食味品質的影響因素有很多學者也做了相關研究。有學者通過對大米的質構特性和食味值的試驗結果分析得到，經及時干燥處理的稻谷，其食味值要大于堆放（延時）干燥處理的稻谷的食味值，且大米硬度也高于延時（堆放）干燥工藝處理過的大米[36]。王素雅等[22]研究表明，微波干燥較熱風和自然干燥更易降低秈稻的食味值，因而不適合對秈稻進行微波干燥。

萬忠民等[37]研究表明，應用流化床及薄層熱風干燥稻谷時，一旦高溫持續過久，則稻谷內部的直鏈淀粉量將顯著增加，導致硬度大、適口性差，最終的蒸煮食味品質下降。通過對比不同干燥溫度對稻谷食味品質的影響研究，低溫干燥的食味值要高于高溫干燥，即低溫有利于提高大米的食味品質[36]。若對適口性要求高，可采用低溫微波干燥，使可溶性直鏈淀粉含量較高，米飯口感好[21]。

2.3營養品質

稻谷的營養品質主要有直鏈淀粉含量、蛋白質含量與脂肪酸值，以及維生素、礦物質等。稻谷營養品質過去常被忽略，但近年來隨著人民生活水平的不斷提高，谷物的營養品質也越來越受到關注和重視。能反映營養品質的指標主要有水溶蛋白和直鏈淀粉含量[38-39]，另外，發芽率、脂肪酸值、碘藍值、膠凝值也可作為營養品質的指標參數。

楊慧萍等[21]研究證實，高溫會阻止淀粉粒吸水、膨脹和糊化，使可溶性蛋白含量下降，降低食味品質，但在低溫時基本不變。高溫會減少支鏈淀粉，增加直鏈淀粉[37]，使得稻谷營養品質受損。因此，干燥過程中應盡量避免高溫時間過長。采用間歇干燥，通過增加干燥段數，會提高發芽率，增加脂肪酸值。但是，當溫度過高時，發芽率偏低，脂肪酸值也開始呈下降趨勢[40]。

2.4品質指標間的相互關系

稻谷品質要由以上提到的3項品質的綜合效果來評價，因此搞清楚它們之間的相關性有利于準確快速地判斷出稻谷品質的優劣，對稻谷品質改良也有重要的理論和實踐意義[41]。品質指標間有可能是正相關，也有可能是負相關。比如外觀品質的2個重要指標爆腰率與整精米率就呈正相關，指標會直接影響到產物的產量和經濟效益[42]；劉兵等[43]經過對稻谷干燥后各品質相關性分析得出，稻谷整精米率與硬度、膠黏性、膠著性呈極顯著負相關性；馬暢等[44]通過對東北粳稻食味特性相關影響因素的試驗表明，粳稻的食味品質與食味值和谷蛋白含量密切相關。雖然谷蛋白具有較高的營養價值，但是，當谷物的蛋白質過多，會影響淀粉的吸水糊化和膨脹，降低適口性，影響蒸煮品質。各品質指標間所具有的相互關系充分說明今后關于稻谷干燥品質指標間關系的研究有利于更好地對品質的定性定量的判斷，也能為干燥技術工藝改進提供依據。

2.5干燥技術工藝與品質指標間的相關性

不同的干燥技術工藝對不同的稻谷品質指標參數也會產生影響。相關研究表明，經微波干燥的稻谷，在貯藏時，脂肪酸總量的積累速度要明顯慢于熱風干燥[45]，且功率越大，貯藏后脂肪酸值越低，因而，該技術更有利于稻谷的長期貯藏。又比如真空干燥可顯著降低稻谷爆腰和膨脹，適合熱敏性（對熱敏感、受熱易分解）物料的干燥工藝。但是，在較高的真空度（大于0.06 MPa）或溫度下，稻谷脂肪酸值會逐漸增加，最終影響稻谷品質的優劣和耐儲性[46]。

此外，還有大量研究證實，采用不同的干燥技術和干燥參數會對稻谷的綜合品質造成極大的影響。如干燥參數的改變，恒溫和變溫、高溫低溫以及緩蘇時間的設置，都會使谷物的爆腰率、出糙率、糊化特性、直鏈淀粉含量、脂肪酸值等品質指標發生明顯變化。但是在我國，干燥技術工藝和品質指標間的相關性研究不足，仍需進一步深入研究和探討。

3展望

綜上所述，目前主要是考慮到成本和技術問題，在大規模谷物干燥中，熱風干燥依然是最常使用的干燥方法。而今后基于糧食干燥能耗大、品質保持協同調控的兩大難題，開發新的稻谷干燥技術，研究影響干燥品質的相關因素、熱質傳遞和玻璃化轉變調控的機理、稻谷干燥過程中的變溫緩蘇過程控制規律，尋找能夠更加客觀全面反映稻谷品質的參數指標，建立傳熱傳質模型，明確變溫干燥條件及緩蘇調控參數與干燥機理間的量化關系，積累干燥過程參數與品質參數間協同關系數據，研創聯合干燥工藝技術，實現稻谷干燥技術的節能、環保、穩定、高效的目標，將是未來稻谷干燥技術發展的方向。

安徽農業科學2017年

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