熱風-微波聯合干燥對油菜籽品質的影響

劉 清

吳美芳2

趙玉強1

吳蘇喜2

易翠平2

劉瑞興2

師建芳1

婁 正1

邵 廣1

(1. 農業部規劃設計研究院農業部農產品產后處理重點實驗室，北京 100121；2. 長沙理工大學化學與生物工程學院，湖南 長沙 410114)

熱風-微波聯合干燥對油菜籽品質的影響

劉 清1

吳美芳2

趙玉強1

吳蘇喜2

易翠平2

劉瑞興2

師建芳1

婁 正1

邵 廣1

(1. 農業部規劃設計研究院農業部農產品產后處理重點實驗室，北京 100121；2. 長沙理工大學化學與生物工程學院，湖南 長沙 410114)

通過研究熱風、微波以及熱風-微波聯合干燥對油菜籽水分干燥曲線、酸價、過氧化值及脂肪酸的影響，得到了品質保障下的最佳熱風-微波聯合干燥工藝。結果表明，熱風溫度80 ℃、轉換點水分含量15%、微波功率500 W，可以在12 min/30 s內將油菜籽水分從18%降低至7.51%，油菜籽的酸價和過氧化值含量較低、發芽率較高且芥酸含量最低。

油菜籽；熱風；微波；聯合干燥；品質

油菜籽是中國食用油脂的主要原料，國家糧庫戰略儲備品種。水分含量對其安全儲藏和油品品質至關重要。但新鮮油菜籽水分含量一般在15%～30%，達不到8%以下的安全水分[1]，因此產地快速節能的干燥方法對于提升儲藏油菜籽的品質具有十分重要的現實意義[2]。

油菜籽的傳統干燥方法為日曬[2]，干燥效果取決于天氣、濕度等不可控因素。熱風干燥目前已廣泛應用于農業生產，其均勻性好但能耗大、成本較高，中國很多糧油加工企業都慎用[3]。微波干燥具有加熱快、選擇性好、便于控制和能源利用率高等優點，在農產品加工等多個領域逐漸受到重視[3-4]。文獻[5]報道，微波既能快速經濟地對油菜籽進行干燥，又能保持其種用價值和食用品質，使油菜籽發生有利變異，保持后代品質。與熱風干燥比較，微波干燥恒速干燥期降水速率最大，種子的發芽能力增加，提高菜籽的營養價值[6-8]。研究[6,9-10]報道，熱風-微波聯合干燥具有能耗低、產品品質有保障的特點，已經較為廣泛地應用在食品干燥領域，比如鴨肉粒[9]、胡蘿卜[10]等食品的干燥。

本試驗擬探討熱風-微波聯合干燥方式在保障油菜籽品質的前提下，盡可能降低能耗、提高干燥效率。通過采用熱風和微波以及兩者聯用的干燥方式干燥油菜籽，分析不同干燥方式對油菜籽品質的影響，以探索快速節能的干燥方式，為規模化低耗能干燥油菜籽提供試驗依據。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

新鮮油菜籽：水分含量18%，寧鄉縣綠自然家庭農場提供；

石油醚(沸程30～60 ℃)、正己烷、氫氧化鉀等：分析純，國藥集團藥業股份有限公司。

電熱恒溫干燥箱：101-2A型，天津泰斯特儀器有限公司；

微波爐：TV025LX3-NA型，美的集團有限公司；

電子天平：BSA124S型，賽多利斯科學儀器(北京)有限公司；

電子恒溫水浴鍋：HH-1型，國華電器有限公司；

高速萬能粉碎機：FW1000型，天津泰斯特儀器有限公司；

旋轉蒸發儀：SHZ-DIII型，鞏義市予華儀器有限公司；

色譜儀：GC-14C型，日本島津公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 新鮮油菜籽去除雜質、霉變粒后，初始水分含量為18%，按以下方法干燥。

(1) 熱風干燥：取100 g左右的油菜籽，攤成一層，分別在60，70，80，90，100 ℃下熱風干燥，每隔30 min取樣，冷卻粉碎，測定水分含量。

(2) 微波干燥：取100 g左右的油菜籽，分別在100，300，500，800，1 000 W的微波強度下干燥，每隔10 s取樣，冷卻粉碎，測定水分含量。

(3) 熱風—微波聯合干燥：根據單因素試驗結果，取熱風溫度、轉換點水分含量、微波功率3個因素設計L9(34)正交試驗，其中轉換點水分含量根據相應的干燥曲線結果確定。

因本正交試驗有酸價、過氧化值和發芽率3個指標，考慮酸價和過氧化值為制取食用油的關鍵指標，因此各占0.35的權重；油菜籽如果不做種用，發芽率權重設為0.3，通過式(1)計算綜合評分。

綜合評分=酸價隸屬值×0.35+過氧化值隸屬值×0.35+發芽率隸屬值×0.3。

(1)

其中，隸屬值的計算公式為：

X=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)，

(2)

式中：

X——指標隸屬值；

Xi——試驗值；

Xmin——同一指標試驗最小值；

Xmax——同一指標試驗最大值。

1.2.2 脂肪酸測定 稱取100 g油菜籽樣品，石油醚浸提，1 mol/L氫氧化鉀-甲醇溶液甲酯化，取甲酯化樣品0.4 μL注射進已準備好的氣相色譜，色譜柱為SUPELCO WAX 10(30 m×0.32 mm×0.25 μm)。脂肪酸的百分含量采用歸一化法計算[11]。

1.2.3 發芽率的測定 按GB 5520—2011執行。

1.2.4 常規成分測定

(1) 水分：按GB 5009.3—2010執行。

(2) 酸價：按GB 5009.229—2016執行。

(3) 過氧化值：按GB 5009.227—2016執行。

1.2.5 數據處理 所有數據均重復3次，采用Excel 2003作圖。

2 結果與分析

2.1 熱風干燥對油菜籽的影響

由圖1可知：熱風干燥過程中，隨著干燥時間的延長，油菜籽水分含量逐漸減少，干燥末期曲線變得平緩，脫水難度增加。其中，干燥溫度越高，油菜籽在短時間內的失水速率越快，達到油菜籽的相對安全儲藏水分所需時間越短，干燥溫度為60，70，80，90，100 ℃，達到8%的水分含量所需干燥時間分別為30，20，18，15，15 min。雖然隨著溫度的升高、油菜籽的干燥時間縮短，但高溫同時會破壞生物酶的活性、導致油菜籽的發芽率下降，圖2的結果表明：超過80 ℃，油菜籽的發芽率開始迅速下降，到100 ℃時，發芽率降至16.3%。

圖1 油菜籽的熱風干燥曲線圖

圖2 熱風干燥對發芽率的影響

溫度對油菜籽的酸價、過氧化值等亦有較大的影響，80 ℃以下的熱風溫度范圍，酸價值增長較為緩慢；超過80 ℃，酸價的增長隨著熱風溫度的上升而急劇增加，至100 ℃時，油菜籽的酸價已經超過3 mg/g(見圖3)。同時，對過氧化值的分析發現，油菜籽的過氧化值亦是隨著熱風溫度的增加而增加(見圖4)，基本呈線性關系。

圖3 熱風干燥對酸價的影響

圖4 熱風干燥對過氧化值的影響

2.2 微波干燥對油菜籽的影響

不同微波強度的油菜籽干燥曲線分析表明(見圖5)：100，300，500，800，1 000 W的微波強度將油菜籽干燥到水分含量8%需要時間分別為210，160，73，85，105 s，說明與熱風干燥比較，微波干燥的能量利用率高、加熱時間短。但微波強度超高800 W以后，籽粒局部焦糊增加，整體干燥時間延長，說明油菜籽干燥的微波強度不宜超過800 W。與熱風干燥結果比較，微波干燥油菜籽的發芽率亦高20%左右，與Upinska等[12]報道微波干燥對油菜籽的發芽損傷率低于熱風干燥的研究結果一致。由圖6可知，500 W的微波強度發芽率最高，達到82%；超過500 W，發芽率開始降低。

圖5 油菜籽的微波干燥曲線

圖6 微波干燥對油菜籽發芽率影響

微波干燥對油菜籽的酸價和過氧化值亦有較大影響，圖7和圖8的結果表明，在100～1 000 W的微波強度范圍內，隨著微波功率的增加、酸價和過氧化值基本呈線性增加，但都還在食用油脂的安全范圍內。

圖7 微波功率對酸價的影響

圖8 微波功率對過氧化值影響

2.3 熱風-微波聯合干燥對油菜籽品質的影響

2.3.1 熱風-微波聯合干燥的工藝優化 根據2.1、2.2的結果設計正交試驗(見表1)，表2的綜合評分結果表明，熱風溫度對油菜籽的品質影響最大，其次為微波功率、轉換點水分，正交試驗最佳組合為A3C2B1，即熱風溫度80 ℃，微波功率500 W，轉換點水分15%。

表1 油菜籽熱風-微波干燥正交試驗表

2.3.2 正交試驗條件對油菜籽脂肪酸組成的影響 脂肪酸是菜籽油的主要構成，因此干燥對油菜籽脂肪酸的影響不可忽略。表3的結果表明，不同干燥條件對除芥酸外的脂肪酸均沒有顯著影響。攝入大量芥酸含量高的菜籽油，會刺激大鼠肝臟肥大，對高脂模型大鼠的脂質水平沒有改善作用，甚至有促進作用[13]。因此聯合國糧農組織及世界衛生組織要求雙低油菜籽中的芥酸<5%[14]，本研究采用的油菜籽芥酸含量較高，不屬于雙低油菜籽，但表3結果中最低含量為3.91%，達到低芥酸的要求，說明優化的熱風-微波聯合干燥工藝有利于提高油菜籽脂肪酸的營養價值。此時的干燥工藝為A3C2B1，與正交試驗獲得的最佳工藝組合一致。

表2 正交試驗結果與分析

表3 正交試驗條件下油菜籽脂肪酸組成?

? 上標字母表示同列數據的顯著性差異(P<0.05)；試驗編號同表2。

2.3.3 驗證實驗 取正交試驗最優條件：熱風溫度80 ℃，微波功率500 W，轉換點水分15%；將轉換點水分轉換成熱風干燥(80 ℃，12 min)和微波干燥(500 W，30 s)參數，可以得到油菜籽的含水量為7.51%(n=3)，達到安全儲藏水分要求，且品質得到保障。

3 結論

熱風干燥油菜籽均勻但耗時長、干燥后油菜籽的發芽率較低；微波干燥快速且有利于發芽率的提高，但較高的微波頻率干燥效果往往不均勻；二者隨著干燥強度的增加，油菜籽的酸價和過氧化值在理化指標的安全范圍內均很快升高。熱風-微波聯合干燥可以綜合2種干燥方式的優點：受熱均勻且能縮短油菜籽的熱風干燥時間、降低熱風對籽粒發芽的損傷與油菜籽中的芥酸含量。但本研究僅為實驗室的初步工藝研究，若要應用于產地初加工，還需要對熱風-微波聯合干燥油菜籽的技術理論及相應的干燥設備等進行深入的探討。

[1] 國家糧食局. GB/T 11762—2006 油菜籽[S]. (2011-04-11) [2017-02-15]. http://down.foodmate.net/standard/sort/3/11153.html.

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Effect on quality of rapeseed treating by hot air-microwave drying

LIUQing1

WUMei-fang2

ZHAOYu-qiang1

WUSu-xi2

YICui-ping2

LIURui-xing2

SHIJian-fang1

LOUZheng1

SHAOGuang1

(1.ChineseAcademyofAgriculturalEngineering,KeyLaboratoryofAgro-ProductsPostharvestHandling,MinistryofAgriculture,Beijing100121,China; 2.SchoolofChemicalandBiomedicalEngineering,ChangshaUniversityofScienceandTechnology,Changsha,Hunan410114,China)

By studying the effects of hot air, microwave and hot air-microwave on drying curve, acid value, peroxide valueand fatty acids of rapeseed, the optimum hot air-microwave dry processes under good qualities was obtained. And were as followed: hot air temperature 80 ℃, moisture content in transition point 15%, power of micriowave 500 W; by dring in 12 min/30 s, the moisture content decreased from 18% to 7.51% ,and the rapseed has low acid value and peroxide value, relatively high germination rate and the lowest erucic acid.

rapeseed; hot air; microwave; dry; quality

2013年公益性行業(農業)科研專項經費項目(編號：201303072)

劉清，女，農業部規劃設計研究院高級工程師，博士。

易翠平(1973—)，女，長沙理工大學教授，博士。 E-mail：109823769@qq.com

2017—06—01

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.07.039