稻谷干燥技術(shù)的研究進(jìn)展

李逸鶴

（江蘇財(cái)經(jīng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 糧食與食品藥品學(xué)院，江蘇淮安 223003）

水稻作為我國(guó)三大主要糧食作物之一，全國(guó)每年水稻總產(chǎn)量在2億t以上，占全國(guó)糧食總產(chǎn)量的31.2%。目前，我國(guó)每年由于干燥不及時(shí)而影響其正常使用的稻谷超過1000萬t[1]。因此，研究如何高效、快速地干燥稻谷對(duì)減少稻谷損失具有重要意義。

稻谷作為熱敏型作物，對(duì)干燥溫度較為敏感。同時(shí)，稻谷的穎殼堅(jiān)硬，在烘干過程中水分不宜向外擴(kuò)散，增加了稻谷的烘干難度[2]。因此，高效的稻谷烘干技術(shù)可以提高烘干效率，使耗能減少，達(dá)到節(jié)能減耗的效果。目前，我國(guó)已建成5500多個(gè)糧食產(chǎn)后服務(wù)中心，極大地緩解了稻谷烘干的緊迫需求。但與世界農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，在烘干技術(shù)和烘干設(shè)備方面還存在一定差距。因此，稻谷烘干技術(shù)的研究對(duì)提高我國(guó)稻谷烘干領(lǐng)域的發(fā)展水平具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 稻谷干燥的意義

稻谷干燥是將稻谷中水分降到一定水平，使之實(shí)現(xiàn)安全儲(chǔ)藏。因此，稻谷干燥處理是保證稻谷質(zhì)量、提高經(jīng)濟(jì)效益和推動(dòng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要手段之一。

1.1 提高稻谷的儲(chǔ)藏品質(zhì)

剛收獲的稻谷水分含量高，如果不能及時(shí)干燥，會(huì)出現(xiàn)霉變、發(fā)芽等劣變現(xiàn)象，從而使稻谷的儲(chǔ)藏品質(zhì)降低[2]。稻谷干燥后，降低了稻谷霉變、發(fā)芽等風(fēng)險(xiǎn)，有利于稻谷的長(zhǎng)期保存。

1.2 提高稻谷加工品質(zhì)

加工高水分稻谷時(shí)，有難脫殼、碎米多、低出米率、低產(chǎn)量、高耗能和高生產(chǎn)成本等問題，而干燥后的稻谷強(qiáng)度增加，物料易分離，提高了加工效率和產(chǎn)量。因此，稻谷干燥處理可以使稻谷加工品質(zhì)得到改善、經(jīng)濟(jì)價(jià)值得到提高[3]。

1.3 提高稻谷的食用品質(zhì)

在高溫高濕的環(huán)境中，稻谷的組成成分會(huì)發(fā)生改變，如稻谷中游離脂肪酸含量增加、稻谷籽粒出現(xiàn)玻璃化轉(zhuǎn)變等現(xiàn)象，從而降低其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和食味品質(zhì)[4]。干燥后稻谷避免了潮熱、霉變等現(xiàn)象的出現(xiàn)，保證了稻米的新鮮程度，改善了稻米的食味品質(zhì)。

2 稻谷干燥技術(shù)的研究進(jìn)展

稻谷籽粒自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及組成成分的干燥特性，使得稻谷干燥難于其他谷物[3]。目前國(guó)內(nèi)干燥稻谷的主要方法有自然晾曬干燥、熱風(fēng)干燥、干燥-緩蘇分程干燥、真空干燥、微波干燥、遠(yuǎn)紅外干燥和過熱蒸汽干燥等。

2.1 自然晾曬干燥方法

自然晾曬干燥是將收獲后的稻谷平鋪在曬場(chǎng)上，利用太陽光產(chǎn)生的熱能使稻谷內(nèi)部的水分受熱蒸發(fā)，從而降低稻谷水分[5]。該干燥方法簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、易操作，但所需晾場(chǎng)面積大、干燥周期較長(zhǎng)、受環(huán)境因素影響大，且稻谷中雜質(zhì)含量易增加，籽粒易破碎，干燥后水分不可控，不能適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)的需要。

2.2 熱風(fēng)干燥方法

熱風(fēng)干燥方法是一種常用的稻谷干燥方法，是以高溫空氣作為干燥介質(zhì)，利用空氣中的熱量將物料中的水分帶出，從而降低水分。該方法干燥效果好、干燥時(shí)間短、設(shè)備簡(jiǎn)單、處理量大和干燥溫度可控，但能耗高、對(duì)物料品質(zhì)影響較大且干燥不均勻。熱風(fēng)干燥的最大影響因素是干燥溫度，通過改變干燥溫度可以控制烘干進(jìn)程及烘干效果。當(dāng)干燥溫度為40 ℃時(shí)，可以提高烘干效果，改善烘干后的稻谷質(zhì)量，增加其經(jīng)濟(jì)價(jià)值[6]。相對(duì)濕度也會(huì)影響熱風(fēng)干燥的效果，相對(duì)濕度越低，則干燥的周期越短，干燥的速率越高。

2.3 干燥-緩蘇分程干燥方法

干燥-緩蘇分程干燥方法是將高水分谷物通過干燥-緩蘇-干燥的處理方式進(jìn)行分段干燥。緩蘇階段有助于物料內(nèi)部水分向表面擴(kuò)散，從而提高干燥階段的速率[3]。該方法干燥稻谷品質(zhì)好、時(shí)間短、成本低，但耗能多、任務(wù)量大。分程干燥可以對(duì)高水分的稻谷進(jìn)行高效干燥，可縮短干燥時(shí)間，干燥效果均勻、質(zhì)量好，同時(shí)，可顯著降低稻谷爆腰率。其中，緩蘇時(shí)間對(duì)稻谷爆腰率的降低有顯著影響[4]。

2.4 真空干燥方法

真空干燥方法是在真空狀態(tài)下，通過加熱使高水分稻谷中的水分快速逸失，從而降低稻谷的水分。在真空狀態(tài)下，水的相變溫度比常壓低，使得水分易于蒸發(fā)。在低壓下，物料和環(huán)境之間水分梯度較大，加快了稻谷的水分?jǐn)U散速度，從而加快了物料的干燥[7]。該方法具有干燥速度快、干燥效果好、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，但也存在設(shè)備成本高、環(huán)境要求高等缺點(diǎn)。真空干燥的平均速率高于熱風(fēng)干燥，且可以提升稻谷干燥后的品質(zhì)。在真空恒溫干燥環(huán)境中，初始稻谷水分含量越高，干燥速率會(huì)越快，而干燥時(shí)間會(huì)明顯縮短。

2.5 微波干燥技術(shù)

微波干燥技術(shù)通過高頻電磁波使稻谷內(nèi)部水分子等極性分子的運(yùn)動(dòng)增速，產(chǎn)生摩擦熱，使稻谷內(nèi)部和表面快速升溫，促使稻谷內(nèi)部的水分快速蒸發(fā)逸出，最終實(shí)現(xiàn)干燥目的。因此，針對(duì)高水分且表皮堅(jiān)硬的谷物更適合使用微波干燥方法。在合適的微波功率、干燥時(shí)間及干燥溫度≤50 ℃的工藝參數(shù)下，可以使稻谷爆腰率降低，提升整精米率，提高稻谷的干燥品質(zhì)和食用價(jià)值[8]。該方法具有升溫快、用時(shí)短、選擇性好、能源利用率高等優(yōu)點(diǎn)，但易干燥不均勻，干燥品質(zhì)不宜控制，不適宜進(jìn)行規(guī)?；Z食干燥應(yīng)用。因此，利用微波對(duì)稻谷進(jìn)行大規(guī)模干燥也是未來研究的方向之一。

2.6 遠(yuǎn)紅外干燥方法

遠(yuǎn)紅外干燥方法是利用合適波長(zhǎng)的遠(yuǎn)紅外線作用于稻谷表面，谷物內(nèi)部吸收遠(yuǎn)紅外線，轉(zhuǎn)化為熱能，提高稻谷的溫度，使內(nèi)部水分快速蒸發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)糧食的干燥[5]。該方法具有干燥效率高、干燥品質(zhì)好、能耗低、殺蟲滅菌等優(yōu)點(diǎn)，但其脫水性較差，使得其在應(yīng)用中受限。通過合適的波長(zhǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)紅外干燥，可以提高烘干速率，提升谷物質(zhì)量。在干燥溫度＜45 ℃的情況下，紅外干燥能迅速降低稻谷水分，且能耗比普通熱風(fēng)干燥降低70%[1]。

2.7 過熱蒸汽干燥方法

過熱蒸汽干燥方法是以水蒸汽為干燥介質(zhì)，通過水蒸汽與物料直接接觸以減少物料的水分含量，從而干燥物料。此方法可以使能源利用率提高，凈能耗降低，且干燥效率明顯優(yōu)于熱風(fēng)干燥[9]。同時(shí)，可以很好地協(xié)調(diào)干燥能耗和稻谷品質(zhì)之間的平衡關(guān)系。但是，針對(duì)大批量稻谷干燥，該方法操作要求復(fù)雜，尾氣能量回收還需進(jìn)一步研究。因此，目前該方法進(jìn)行商業(yè)應(yīng)用較少。

2.8 聯(lián)合干燥方法

聯(lián)合干燥方法是通過多種干燥方法聯(lián)合干燥，充分發(fā)揮各種干燥方法的優(yōu)勢(shì)，最終實(shí)現(xiàn)提升物料干燥品質(zhì)、提高干燥效率的目的。該方法也是現(xiàn)今國(guó)內(nèi)干燥技術(shù)領(lǐng)域的主要研究方向之一。目前，常用的聯(lián)合干燥方法有熱風(fēng)微波聯(lián)合干燥、熱風(fēng)紅外聯(lián)合干燥、滲透熱風(fēng)聯(lián)合干燥、熱風(fēng)真空聯(lián)合干燥等。通過聯(lián)合干燥方法可以降低爆腰率，改善產(chǎn)品品質(zhì)，提高干燥速率，減少能量消耗，節(jié)約時(shí)間與成本[8]。因此，聯(lián)合干燥方法目前被廣泛應(yīng)用，同時(shí)也是未來主要的發(fā)展方向之一。

3 稻谷干燥效果的評(píng)價(jià)

稻谷干燥效果的好壞對(duì)其后續(xù)加工、食用存在重要影響。因此，在稻谷干燥時(shí)，不僅要實(shí)現(xiàn)高效、快速干燥，還要保證稻谷干燥后品質(zhì)良好，而爆腰率、整精米率和食味品質(zhì)是干燥后稻谷品質(zhì)的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)[4]。

3.1 爆腰率

爆腰是指稻谷籽粒表面存在不同程度的裂紋，其存在會(huì)增加碎米率，影響出米率，同時(shí)也會(huì)使成品的外觀欠佳，蒸煮性變差，從而影響到成品的質(zhì)量。干燥方法和干燥條件是稻谷粒產(chǎn)生爆腰的重要因素，因此爆腰率是稻谷干燥效果的一項(xiàng)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，也是重要的檢驗(yàn)項(xiàng)目。干燥稻谷時(shí)，干燥溫度高會(huì)使稻谷籽粒產(chǎn)生較大的溫度梯度和水分梯度，導(dǎo)致稻谷籽粒出現(xiàn)應(yīng)力集中而使表面產(chǎn)生裂紋，最終形成爆腰[3]。稻谷干燥后爆腰率的增值不得超過3%，但較高的溫度和較高的濕度會(huì)增加稻谷的爆腰率。研究表明，干燥溫度為45 ℃、降水速率＜5%時(shí)，稻谷不易發(fā)生爆腰現(xiàn)象，且干燥后稻谷的品質(zhì)得到了提高[10]。干燥時(shí)引入緩蘇工藝可以有效降低稻谷爆腰率，改善稻谷的質(zhì)量。

3.2 整精米率

整精米是稻谷經(jīng)過脫殼制成糙米，然后通過碾米加工成標(biāo)準(zhǔn)三級(jí)米（符合GB/T 1354—2018規(guī)定）時(shí)，達(dá)到完整米粒3/4及以上長(zhǎng)度的米粒，整精米率則是指整精米占凈稻谷試樣質(zhì)量的百分比。同種稻谷，整精米率越高，則食用品質(zhì)、出米率和經(jīng)濟(jì)價(jià)值越高，因此整精米率是評(píng)價(jià)干燥后稻谷品質(zhì)的主要指標(biāo)之一，對(duì)稻谷的經(jīng)濟(jì)價(jià)值有直接影響。稻谷的品種及烘干介質(zhì)決定稻谷整精米率的高低，在適宜的處理?xiàng)l件下，聯(lián)合干燥方法可以提升稻谷干燥品質(zhì)，提高整精米率[7]。

3.3 食味品質(zhì)

稻谷的食味品質(zhì)指咀嚼蒸煮后的大米給食用者口腔、味覺等留下的感官印象，是評(píng)價(jià)稻米品質(zhì)的最終指標(biāo)[8]。稻谷干燥溫度過高會(huì)使稻谷中的游離脂肪酸含量增加，加劇陳化，淀粉糊化被抑制，這也是干燥后稻谷食味品質(zhì)降低的根本原因。因此，低溫干燥處理的稻谷食味品質(zhì)要優(yōu)于高溫干燥處理，為保證稻米干燥后的食味品質(zhì)，干燥溫度不應(yīng)超過45 ℃[6]。同時(shí)，及時(shí)干燥處理的稻谷的食味品質(zhì)要優(yōu)于延時(shí)處理的稻谷。

4 結(jié)語

干燥是稻谷收獲后的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，稻谷干燥可以有效降低糧食資源浪費(fèi)，是實(shí)現(xiàn)節(jié)糧減損的有效途徑，對(duì)保障糧食安全有重要意義。因此，稻谷干燥領(lǐng)域的研究和創(chuàng)新有利于改善稻谷的儲(chǔ)藏品質(zhì)和加工品質(zhì)，推動(dòng)糧食干燥設(shè)備的良性進(jìn)步，促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展。在“綠色低碳、節(jié)能減排”的發(fā)展趨勢(shì)下，稻谷干燥技術(shù)的高效、節(jié)能、保質(zhì)也必將成為未來主要的發(fā)展方向。