季節溫度變化對稻谷品質的影響研究

李 玉

（遼寧省糧食科學研究所，沈陽 110032）

我國是稻谷生產大國，遼寧又是產糧大省，其中2019年遼寧省稻谷產量高達400多萬噸。受收獲時氣候影響，遼寧地區稻谷含水率在22%左右。新收稻谷含水率高，容易造成儲藏過程品質劣變，為保證收獲后稻谷品質穩定和儲藏安全，低溫儲藏一直是糧庫不斷探索和努力的方向[1]。因此，選擇合理的儲藏條件以減少稻谷霉變、保證稻谷品質具有重要意義。本實驗對高水分稻谷在不同溫度條件下進行監測，測定其儲藏過程中的品質指標變化規律，通過實驗數據分析，研究季節溫度與稻谷品質變化的相關性，分析稻谷保質儲藏最佳技術參數，為糧食安全儲藏提供參考。

1 材料與方案

1.1 實驗材料

稻谷：產地遼寧本溪，指標見表1。

表1 稻谷初始指標

1.2 實驗儀器與設備

實驗用設備為模擬實驗儲糧倉，儲糧倉骨架采用不銹鋼材質的角鋼（L50×5）焊接而成；通風式頂部采用不銹鋼材質的角鋼（L40×3）焊接成十字形支撐體；通風板為2 mm厚不銹鋼篩板。單個小方倉截面尺寸1.1m×1.1m，倉高1.8m，其中裝糧高度1.5 m，底部通風層高度300 mm，模擬實驗倉如圖1示。

圖1 模擬實驗倉

1.3 實驗方法

1.3.1 溫度檢測

倉內鋪設垂直測溫電纜9條，每個測溫電纜上每10 cm有一個測溫點，每條16個測溫點，分別排于倉四壁、中心點等不同位置。根據季節溫度變化實測倉內不同點溫度變化，對所測數據及時收集記錄。并在溫度變化相差2℃或以上時對糧食品質進行檢測，尋找糧食品質隨溫度變化的規律。

1.3.2 稻谷品質檢測方法

水分含量：參照 GB 5009.3-2016。

發芽率：參照 GB/T 5520-2011。

裂紋率：參照 GB/T 5496-1985。

脂肪酸值：參照 GB/T 15684-2015。

整精米率：參照 GB/T 21719-2008。

2 結果與分析

2.1 季節溫度變化對稻谷水分的影響

水分是稻谷一個重要的化學成分，稻谷中的水分不僅對種子的生理有很大的影響，而且與稻谷的加工和保管以及稻米的價值都有很大關系[2]。正常情況下，一般稻谷含水量為13%～14%。稻谷干燥后的水分控制在13%左右，貯存后稻米的整精米率可以得到恢復，適當的含水量又是保證稻谷加工順利進行的重要前提。水分過高是稻谷發熱霉變的主要因素。當水分低于11%時，貯藏后期稻米的整精米率很低。糧堆中溫度的不均勻分布是水分遷移的主要原因，實驗中新粳稻水分隨溫度的變化規律如圖2所示。

圖2 稻谷水分隨季節溫度的變化規律

2.2 季節溫度變化對稻谷發芽率的影響

發芽率是衡量種子質量好壞的重要指標，糧食的新鮮程度和食用品質好壞可以通過發芽率高低來體現。由圖3可知，低溫干燥時對稻谷發芽率的影響較小，而當稻谷儲藏隔年后，稻谷的發芽率下降會很明顯。這說明，低溫儲藏對稻谷的新鮮度保持更好，高溫儲藏使稻谷蛋白質變性和凝固，導致了酶活性喪失，所以高溫儲藏不適用于種子保存。稻谷發芽率隨溫度的變化規律如圖3所示。

圖3 稻谷發芽率隨季節溫度的變化規律

2.3 季節溫度變化對稻谷裂紋率的影響

稻谷裂紋率（也稱爆腰率）的高低直接影響碾米后的整精米率，從而影響稻谷的加工品質、產量和經濟價值。由圖4可以看出，稻谷裂紋率隨著溫度的升高而增加。主要是由于稻谷粒局部受熱不均，造成局部收縮，內外濕度梯度過大產生應力變化造成[3]。通過對比稻谷樣品的裂紋率還可發現，季節溫度對裂紋率的影響不顯著。

圖4 稻谷裂紋率隨季節溫度變化規律

2.4 季節溫度變化對稻谷脂肪酸值的影響

脂肪酸值是評價稻谷儲存品質變化的重要指標之一。由圖5可知，稻谷的脂肪酸含量受季節溫度變化影響不明顯。

圖5 稻谷脂肪酸值隨季節溫度變化規律

2.5 季節溫度變化對稻谷整精米率的影響

稻谷整精米率是稻谷分級定等的重要指標之一，直接反映稻谷的工藝品質及碾米產量[4]。由圖6可知，隨著季節溫度的升高，稻谷的整精米率呈下降趨勢，當季節溫度大于20℃時，下降的幅度略微增大。稻谷的整精米率隨著儲藏時間增長而逐漸下降。

圖6 稻谷整精米率隨季節溫度變化規律

3 糧食溫度受季節溫度影響的仿真校驗

3.1 外溫對倉內氣流運動的影響

自然儲藏過程中，糧堆內糧食顆粒孔隙間空氣的流動為自然對流，其和糧堆內部水分的遷移都會影響糧食品質，外溫對糧堆氣流變化的影響如圖7、圖8所示。

圖7 外溫低于糧食溫度時倉內氣流流動方向

圖8 外溫高于糧食溫度時倉內氣流流動方向

3.2 利用MATLAB語言進行數據仿真校驗

本文選擇MATLAB語言進行仿真，MATLAB語言是一種基本不依賴于硬件機型的軟件系統，可以在幾乎所有硬件系統機上運行。在數值運算中，運算的可靠性與數值穩定性要高于其他高級語言。

糧溫隨外溫的可預測與完全可預測性

函數 1：根據公式（1）計算能控矩陣對（A,B）的克萊姆矩陣。如果rankUc=n,則糧溫狀態可預測。

式中：ρo為糧堆密度，ρa為空氣密度，A為倉外溫變換矩陣，B為倉內某一點溫度變換矩陣。

函數 2：根據公式（2）計算能控矩陣對（A,C）的克萊姆矩陣。如果rankUo=n,則糧溫狀態是完全可預測。

式中：A為倉外溫變換矩陣，C為倉內平均溫度變換矩陣。

由于局部熱衡原理，糧食中水蒸氣的分壓力和周圍空氣的壓力是相同的，可以認為達到瞬間平衡或者即時平衡。對溫度變化速度進行仿真制圖如圖9所示。

圖9 溫度變化仿真圖

4 結論

溫度高時，微生物活動劇烈，糧溫降低后，微生物活動微弱，也就是說糧溫高時，糧堆內溫度和濕度耦合促進微生物的呼吸作用，糧溫低時，溫度和濕度耦合抑制了微生物的呼吸作用。

短期季節溫度對稻谷品質的影響并不明顯。溫度升高，稻谷發芽率略微降底，裂紋率增加不明顯，整精米率略降低，稻谷品質略下降。長期儲糧時，由于環境溫度的周期性變化和糧堆內部糧食顆粒的吸濕與解吸濕以及呼吸作用的共同影響，糧食品質會隨季節和溫度變化劣變更明顯，食味變差。因此為保證稻谷品質，應選擇低溫儲藏[5]。