真空干燥条件对稻米食味品质影响的研究

收稿日期：*国家“863”高技术发展计划资助项目(2006AA10Z256)作者简介：徐泽敏，副教授，博士，主要从事农产品加工和贮藏研究，E-mial：[e-mail]通讯作者：吴文福，教授，博士生导师，主要从事农业机械测试与控制研究，E-mail:[e-mail]真空干燥条件对稻米食味品质的影响研究*徐泽敏1吴文福2尹丽妍21.长春大学生物科技学院，长春1300222.吉林大学生物与农业工程学院，长春130022[摘要]通过食味仪测量糙米理化指标数据,借鉴精米模型,利用系数重估得出糙米主要成分与食味值的关系式。采用二次正交旋转组合设计方案，在控制干燥时间至稻谷含水率达15%左右的基础上，建立了糙米食味值的数学模型。研究表明，干燥温度、初始含水率和真空度是影响稻米真空干燥食味品质的3个重要因素,对食味值的影响次序为干燥温度、初始含水率、真空度，且前二者与食味值呈负相关，后者与之呈正相关。关键词：稻谷真空干燥食味品质食味值中图分类号：S226.6StudyonvacuumdryingconditionsinflucingbrownricetastequalityXuZemin1WuWenfu2YinLiyan21.CollegeofBiologicalScienceandTechnologyChangchunUniversityChangchun130022China2.CollegeofBiologicalandAgriculturalEngineeringJilinUniversityChangchun130022ChinaAbstractSetsupthecorrelationbetweenbrownricemaincompositions(protein,amylose,moisture,fatacid)andtastevaluebyparameterestimation.Accordingtoexperimentaldataoftasteanalyzer,whitericemodelusesforreference.Amathematicalmodelforthebrownricetastevaluewasbuiltusingquadraticrotaryunitizeddesigntohelpevaluatethericetastequalityanddevelopthevacuumdrier,baseonthepaddymoisturefallto15percentstoppingdrying.Theresearchresultsshowthatdryingtemperature,Originalmoisture,andvacuumdegreeareintheirsignificanceorderfromthefirsttothethirdthreekeyfactorsaffectingthetastevalueduringpaddyvacuumdrying.Thetastevalueisnegativelyrelatedtothetwoformerandispositivelyrelatedtothelatter.Keywords:RiceVacuumdryingTastequalityTastevalue引言收获后的水稻含水率较高,达20%左右，必须及时干燥，否则易引起发霉变质和食味品质下降等。稻谷是热敏性物质,淀粉含量高，对干燥过程比较敏感，需要在低温45℃以下进行[1-3]，不然稻谷在干燥过程中容易出现爆腰、食味下降等品质劣化现象。爆腰的稻谷作为种子已丧失了生命力。作为食用水稻，在碾米时很容易被碾碎，使整米率严重下降，直接影响大米的市场价值。真空干燥可在较低的温度下实施，有利于保证稻谷的干燥品质。并且，在真空条件下，稻谷的汽化温度降低，可节约能源损耗。稻谷真空干燥的实验研究少有报道。本文研究真空干燥的工艺条件对稻米食味品质的影响,客观准确地评价和分析干燥后稻米食味品质变化规律，以期为合理干燥工艺及选择合理的干燥参数提供依据。食味是稻米品质的重要评价指标。当前常用的测定方法是采用专家模糊评判,这种方法受个人主观因素、试验条件的影响较大,其结果缺乏通用性。因此,对稻米食味的测定需要用标准仪器。我国对食味品质的分析评测刚刚起步，探索了近红外技术及人工智能神经网络等许多方法评测稻米的品质[4-5]，但目前还没有研制出成型的评定仪器。日本对稻谷食味品质的研究走在前沿，制造了多种分析稻米食味、口味品质的分析检测仪器。食味值是反映稻米食味好坏程度的指标,可用食味仪测量得到。该指标越大,食味越好，其最大值为100%。食味仪是日本学者根据神经模糊原理,通过建立稻米的理化指标含量(直链淀粉、蛋白质、水分和脂肪酸)与食味关系,研制的稻米食味测量仪器[6]。采用近红外线分析法正确地分析决定大米味道的主要因素，并以上述分析数据和应用模糊理论测量出的官能值为基础，用人脑神经网情报处理系统破析出的食品味道测量公式来判断食味值。1稻米食味分析及食味值测定本实验采用新型米粒食味计（RCTA11A，日本佐竹公司），把不同真空干燥条件下干燥的稻谷（吉粳91号，公主岭收购），经砻谷机（CLS.ＪＬＧ—１型，成都粮食储藏科学研究所）脱壳后用食味仪测其食味值,方法如下：用电子天平称300g糙米颗粒,直接倒入食味计测试盒里，然后放入食味计中测试,约1min，计算机屏幕显示出食味值。每个样品测试3次,计算机自动取平均值。结果如表1。表1糙米的理化指标和食味值Table1Physicochemicalindexesandtastevaluesofbrownrice实验序号含水率/%直链淀粉含量/%蛋白质含量/%脂肪酸值/%食味值/%113.8019.27.515.277214.8020.38.915.265313.7019.27.514.877414.7019.98.314.170514.5019.37.71476615.0019.27.514.278714.50208.516.168815.0020.18.714.467915.3019.88.515711014.7020.18.614681114.7020.79.415.3611214.3020.4915.8641314.0019.37.614.8771414.5019.47.915.2741512.7020.48.816.4651614.3019.17.415.172171019.67.71973借鉴郑先哲的精米食味值模型[1]，通过系数重估法得出食味值与糙米的直链淀粉、蛋白质、脂肪酸含量及含水率的关系式为1.002.05.0)1515(5598FWPAT(1)式中T——糙米食味值，%A——糙米直链淀粉含量，%P——糙米蛋白质含量，%W——糙米含水率，%F——糙米脂肪酸含量，%直链淀粉含量与其特性关系到米饭的黏度与食味,直链淀粉含量与米饭硬度正相关,与黏度负相关。干燥过程中,稻谷中α-淀粉酶和β-淀粉酶活性随原始水分和谷温升高变大,如果长时间高温干燥使支链淀粉含量下降而直链淀粉含量升高,导致大米的可溶性变差,硬度增加,口感变劣,食味下降。蛋白质含量对大米的食味有显著影响,蛋白质含量高的稻米,米饭的硬度大,黏度小,食味值下降。脂肪含量直接影响到米饭的适口性、滋味、光泽和气味等,因而对食味品质有重要影响。初始含水率越高的稻谷,干燥时其脂肪受脂解酶作用而分解。随干燥时温度升高,这种分解作用越大。脂肪分解产生游离脂肪酸,脂肪酸又进一步氧化分解成为醛基化合物。因此,高温干燥后稻米因脂肪酸含量增加而易于陈化,与食味负相关。稻谷的安全含水率是14.5%，其含水率与食味值正相关。当含水率为14%～16%时,米饭的硬度、黏度和附着性最合适,食味最好,干燥后稻米食味下降,也有含水率过低的原因,并且高含水率稻米的米饭比低含水率的香味浓度高[4]。2真空干燥条件对糙米食味值的影响2.1稻谷真空干燥模型在降水实验[7]的基础上，将刚收获的经自然晾干稻种(吉粳91号)调质处理后，配成含水率一定的样品备用。干燥时,将样品200g放入真空干燥箱里(ZK—82A型真空干燥箱，2XE—2型旋片真空泵)进行干燥,每隔20min测一次重量直至含水率达15%左右时停止干燥,取出样品自然冷却后,放在密闭塑料袋中保存，每个样品做两个平行样。将稻谷样品用砻谷机脱壳后制成糙米,以备食味分析使用。表2试验因素水平编码表Table2Factorsandlevelsoftesting水平初始含水率z1/%真空度z2/MPa干燥温度z3/℃-r180.0335-119.620.038370220.0540124.380.06243r260.0745本实验采用二次旋转组合设计方案，以食味值作为试验指标，对三因素五水平试验设计进行无量纲线性编码代换。水平编码表见表2。实验方案及结果见表3，表中x1～x3为z1～z2的编码值，Y为食味值实验值，Y’为预测值。表3二次回归正交旋转实验方案及结果Table3Testschemeanditsresultsinquadraticrotarydesign实验序号x1x2x3Y/%Y’/%1-1-1-177782-1-1170673-11-178784-111716951-1-1767361-116871711-17776811167679-r00717310r006870110-r06769120r071711300-r77781400r6164150006866160006766170006566180006566190006466200007066210006866220006466230006866对表3的数据进行处理，用sas软件求出回归方程各因子系数，通过对各因子系数和回归方程的显著性检验可建立如下的二次回归数学模型232221323121321626.1626.1803.125.05.025.0313.4639.0955.0477.66xxxxxxxxxxxxY编码转换为：)2(177.0324.11221318.0875.6069.075.8721.13403.601186.11316.510232221323121321zzzzzzzzzzzzY用SAS软件进行方差统计分析,回归结果显著，并且拟合的很好，可认为是最优方程，该方程可用于描述各因素对糙米食味值的影响规律。2.2试验因子间交互作用分析采用降维法选取一个因素固定于零水平，求余下两个因素的交互作用，分别作图可以直观地分析各因子间的互作效应。用Matlab软件得出曲面图。图1初始含水量与真空度交互作用图Fig.1Theinterplayofmoisture(Z1)andvacuumdegree(Z2)图1反映了在干燥温度保持40℃不变的情况下，稻谷初始含水量与真空度的互作效应。在一定的真空度下，食味值随初始含水量的增高而逐渐降低,但变化幅度不大。这说明烘干时间过长对稻谷的食味品质有影响。若初始含水量恒定，随着真空度的提高，食味值逐渐增加，说明在真空条件下，水的汽化温度降低，有利于稻谷的干燥与储藏。图2真空度与干燥温度交互作用图Fig.2Theinterplayofvacuumdegree(Z2)andtemperature(Z3)图2反映了稻谷初始含水量为22%的情况下，干燥温度与真空度的互作效应。在一定的真空度下，干燥温度越高，食味值越低,且变化幅度很大。这说明干燥温度对稻谷的食味品质影响显著，稻谷烘干时温度不宜过高。若干燥温度恒定，随着真空度的提高，食味值略有增加。图3初始含水量与干燥温度交互作用图Fig.3Theinterplayofmoisture（Z1）andtemperature（Z3）图3反映了在真空度保持在0.05Mpa不变的情况下，稻谷初始含水率与干燥温度的互作效应。在干燥温度较低、低于零水平时，随着初始含水率提高，食味值变化不显著。当干燥温度高于零