3種干燥方法對蕎麥干燥特性及品質的影響

車 剛 張譯文 張燕梁 萬 霖 高瑞麗 王洪超

(黑龍江八一農墾大學工程學院，黑龍江 大慶 163319)

蕎麥又名烏麥、三角麥，蓼科雙子葉谷類作物，為食藥作物。其種子呈三棱錐型，最早生長于中國喜馬拉雅山地區[1-2]。蕎麥營養豐富，含蘆丁、槲皮素和山柰酚等黃酮類物質，是中國八大保健食品之一[3-5]。研究顯示，蕎麥所含的蛋白質因其氨基酸組成十分均衡具有相當高的生物價值[6-8]，蕎麥黃酮具有抗氧化、抗腫瘤、降血糖、降血壓、降血脂、預防動脈粥樣硬化、保護心血管等功能[9-11]。

隨著貯藏時間的增加，蕎麥會由褐色逐漸變成白色甚至紅褐色，影響品質。含水率較高的蕎麥，入倉后容易發生霉變或出現發熱現象，導致變質。極少量霉變蕎麥籽粒混入正常蕎麥中，會使全部蕎麥加工產品帶有異味[12-14]。

為提高蕎麥貯藏品質，宋春芳等[15]對蕎麥采用汽蒸干燥試驗，研究溫度、風速、物料厚度對汽蒸蕎麥干燥速率與單位耗熱量的影響，結果表明，隨溫度升高、風速增加、厚度減小，干燥速率相應提高。彭薈芳等[16]采用滾筒干燥對蕎麥雪花片質構進行研究，結果表明不同工藝條件下，蕎麥雪花片內部蜂窩結構的變化是導致蕎麥雪花片質構特性變化的原因。雖然已有很多研究者[17-18]對蕎麥進行研究，但目前對蕎麥的研究主要集中在單一的干燥方法和質構分析方面，而用不同的方法對蕎麥進行干燥并對干燥后蕎麥的干燥特性及品質進行對比分析的相關研究較少，且未見振動遠紅外干燥、烘箱干燥、薄層干燥3種常用干燥方法對寒區蕎麥干燥特性及品質影響的研究。試驗擬探求振動遠紅外干燥、烘箱干燥、薄層干燥對蕎麥干燥特性及品質的影響，以期為蕎麥深床干燥提供理論指導和技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

新鮮帶殼苦蕎麥：黑龍江八一農墾大學實驗基地提供。

1.2 試驗設備

振動遠紅外干燥機(見圖1)：5GZ-FW型，黑龍江八一農墾大學自制；

1. 風機 2. 風機擋板 3. 電機 4. T型槽 5. 風機

薄層干燥試驗臺(見圖2)：GHS-II型，黑龍江八一農墾大學自制；

電熱恒溫鼓風干燥箱：GZX-DH30A型，華宇特科技開發有限公司；

電子天平：JD300-3型，沈陽龍騰電子有限公司；

谷物判別器；ES-100型，日本株式會社藤原制作所；

谷物水份測定儀，PM8I88型，日本株式會社KETT科學研究所；

凱氏定氮儀：K-360型，瑞士步琦有限公司。

1. 物料干燥臺 2. 管道固定架 3. 加熱器 4. 熱風管道 5. 溫度控制器 6. 手動調風門 7. 風機

圖2 薄層干燥試驗臺結構

Figure 2 Thin layer drying test bed structure

1.3 試驗方法

1.3.1 熱風干燥 稱取100 g蕎麥放入物料盤中，設定熱風溫度40 ℃，風速0.3 m/s，蕎麥脫水至13%及以下停止干燥。

1.3.2 烘箱干燥 稱取100 g蕎麥放入烘箱干燥設備內，設定溫度40 ℃，功率400 W，蕎麥脫水至13%及以下停止干燥。

1.3.3 遠紅外振動干燥 將蕎麥平攤在物料盤內，設定加熱溫度40 ℃，蕎麥厚度5 mm，振動頻率0.5 Hz，蕎麥脫水至13%及以下停止干燥。

1.4 測定指標

1.4.1 蕎麥含水率計算

(1)

式中：

M(t)——干燥t時間后樣品的含水率，%；

G0——干燥樣品初始重量，g；

M0——干燥樣品初始含水率，%；

G(t)——干燥一段時間后樣品的重量，g。

1.4.2 干燥速率計算

(2)

式中：

DR——干燥速率，%/min；

Mt1——t1時蕎麥的含水率，%；

Mt2——t2時蕎麥的含水率，%。

1.4.3 蛋白質含量 采用全自動凱氏定氮儀測定。

1.4.4 發芽率 樣品經清洗、浸種后使用濕熱干燥設備進行催芽，按式(3)計算發芽率。

(3)

式中：

G——發芽率，%；

m——正常發芽的種子數；

z——種子總數。

1.4.5 面積收縮率 蕎麥在干燥過程中的實際收縮率難以測量。本試驗采用與其正相關的投影面積收縮率作為指標，將經不同干燥工藝干燥后的蕎麥樣品分別采用Matlab圖像處理功能來分析圖像中各特征點的像素個數，利用蕎麥干燥前后的像素值按式(4)計算蕎麥投影面積的收縮率[19]。

(4)

式中：

W——面積收縮率；

Sd——干燥后投影面積；

Sw——干燥前蕎麥投影面積。

1.5 數據處理

采用Excel 2017進行試驗數據處理，繪制蕎麥干燥特性曲線圖，利用Matlab 2015b軟件對圖像進行處理。

2 結果與分析

2.1 對干燥特性的影響

2.1.1 含水率 由圖3可知，干燥后期，3種方式的干燥曲線斜率均變小，呈現持續平緩的狀態，干燥速率明顯變低，原因是隨著干燥的進行，蕎麥外殼逐漸變硬，阻止了內部水分的排出，與宋春芳等[15]對汽蒸蕎麥含水率的研究趨勢一致。3種干燥工藝中，振動遠紅外干燥所需時間最短，僅需120 min，相比于烘箱干燥減少了80 min，相較于薄層干燥減少了200 min。這是由于振動遠紅外干燥方式采用了往復振動式物料盤，運動的過程中加快了水分的遷移，加速了水分內擴散的過程，干燥時間也隨之縮短。

圖3 干燥工藝對蕎麥含水率的影響

2.1.2 干燥速率 由圖4可知，3種干燥工藝中，振動遠紅外干燥脫水速率最高，烘箱干燥次之，薄層干燥最低。這是由于振動遠紅外干燥方式采用的往復振動式物料盤，物料在干燥的過程中可以接受到不同距離和角度的多重輻射，水分遷移方向總是由水分較多的內部向水分含量較小的外部擴散[20]，從而加快了脫水速率。不同干燥工藝下，蕎麥脫水速率曲線均出現快速上升階段、恒速階段、降速階段3個階段。這與高雪等[21]在受凍稻谷薄層干燥特性的試驗研究中對稻谷干燥速率研究得出結論一致。這是因為在干燥初期，蕎麥含水率大，表面水分高，脫水隨之上升；干燥一段時間后，脫水速率曲線出現了一段恒速階段，主要是由于干燥開始后，蕎麥表面水分被熱空氣帶走，淺淺表層和內部自由水又快速傳遞到表面，內部水分擴散又大于蕎麥表面水分蒸發，導致恒速階段的出現。但隨著蕎麥水分的大量減少，脫水速率呈降低趨勢，主要原因是隨著干燥的進行，蕎麥含水量越來越低，蕎麥殼逐漸變硬，其內部水分向外擴散的阻力不斷增大，由此使得脫水速率不斷下降。

圖4 干燥工藝對蕎麥干燥速率的影響

Figure 4 Effect of drying technology on the drying rate of buckwheat

2.2 對干燥品質的影響

2.2.1 蛋白質 如圖5所示，經不同工藝干燥后的蕎麥樣品蛋白質含量差距明顯，與未干燥蕎麥樣品相比，3種方式干燥的樣品蛋白質含量不同程度地減少，其中，振動遠紅外干燥工藝后的蕎麥蛋白質含量最高，與未干燥樣品相差1.87%；經烘箱干燥后的蕎麥蛋白質含量最低，僅為14.39%。這與王鑫等[22]的研究結果一致。

2.2.2 發芽率 由圖6可知，與未干燥的蕎麥相比，烘箱干燥蕎麥發芽率最低，薄層干燥后蕎麥發芽率最高。蔡雪梅[23]也曾用不同干燥方式對稻谷進行干燥，并分析不同干燥方式對稻谷品質及貯藏性能的影響，發現熱風干燥對稻谷發芽率影響較小，與試驗結果一致。

圖5 干燥工藝對蛋白質含量的影響

圖6 干燥工藝對蕎麥發芽率的影響

Figure 6 Effect of drying technology on the germination rate of buckwheat

2.2.3 面積收縮率 由圖7可知，振動遠紅外干燥后蕎麥樣品外形尺寸變化最小，為0.019 15；薄層干燥后蕎麥樣品外形尺寸變化最大，為0.183 44。

圖7 干燥工藝對蕎麥面積收縮率的影響

Figure 7 Effect of drying technology on buckwheat area shrinkage

3 結論

不同的干燥工藝對蕎麥干燥特性及干燥后蕎麥的品質影響不同。干燥特性方面，不同的干燥工藝達到安全水分所需時間不同，振動遠紅外干燥工藝所需時間最短，干燥速率最高；薄層干燥所需時間最長，干燥速率最低。品質分析方面，振動遠紅外干燥工藝對蕎麥的外觀品質及內部品質影響均較小，干燥后樣品蛋白質含量最高，面積收縮率最低；經烘箱干燥后蕎麥樣品蛋白質含量最低，同時其活力指數也最低；薄層干燥后蕎麥樣品面積收縮率最大。在實際生產中，應根據實際需求選擇相應的干燥工藝。