活性米微波干燥工艺研究大学论文Word文件下载.docx
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2.1实验材料4
2.2设备和仪器4
2.3试验与测定方法4
3试验结果和分析6
3.1Box-Behnken组合试验6
3.1.1回归方程8
3.1.2回归模型方差分析9
3.1.3各因素对各项性能指标影响主次分析10
3.2因素对性能指标影响规律分析11
3.2.1各因素对温度的影响11
3.2.2各因素对含水率的影响12
3.2.3各因素对爆腰率的影响13
3.2.4各因素对γ-氨基丁酸含量的影响14
3.2.5各因素对色度的影响15
3.2.5.1各因素对色度L*值的影响15
3.2.5.2各因素对色度a*值的影响17
3.2.5.3各因素对色度b*值的影响19
3.3优化分析20
4连续式干燥试验确定及验证22
5结论23
参考文献24
致谢26
1前言
1.1本研究的目的与意义
近年来，随着环境污染的日趋严重，人们越来越关心自己的健康。
活性米是将糙米发芽至一定的芽长，所得到的一种由幼芽和带糠层的胚乳组成的糙米制品[1]。
其实质是糙米中所含有的大量酶被激活和释放，并从结合态转化为游离态的酶解过程[2-4]。
糙米发芽后的营养更为丰富，特别是活性米能富集大量的γ-氨基丁酸（γ-aminobutyricacid，GABA）[5]。
GABA具有增强脑细胞的代谢，降血压，活化肾功能、改善肝功能，防止肥胖等生理功能[6-7]。
同时，发芽后的糙米糠层纤维被软化，从而改善了糙米的蒸煮性、口感和消化性[8-9]。
活性米含水量较高，易霉变，不易贮藏，如处理不当会造成营养成分的损失，使食用品质下降[10-11]。
干燥制成为活性米安全贮藏的必要处理环节[12-13]。
因此采用适宜的干燥方式，使活性米在脱水的同时能最大程度地保留其营养成分与感官质量，尽可能减少干燥过程对活性米营养成分的破坏及感官方面的影响[14]。
由于活性米具有诸多的良好的生理功能，将是人们生活首选的主食产品，但是我国居民对活性米的了解很少，在国内市场上尚未看到活性米销售。
导致这种现象的问题主要是：
一、糙米在口感赶不上精白米，因此一直未能成为人们的日常主食；
二、活性米的生产在我国并未有成熟的生产工艺，工业化程度也不高，因此它的价格偏高，普通群众没有如此高的购买力，所以很少有厂家生产。
针对以上两个问题，我国不少企业和学校研究机构合作，开展了活性米的研究，也取得了不少的科技成果。
本文探讨了活性米微波干燥工艺的问题，因为在活性米生产过程中，干燥工序是整个生产工序中耗能最多，想要降低活性米的生产成本就必须降低干燥过程的能耗。
因此，活性米干燥相关工艺的研究，为活性米及其制品的开发及推广提供科学的理论依据。
成熟活性米工艺的建立，可提供新一代功能性的主食产品，既可以有效的减少国家营养资源的浪费，又能够在巨大的市场需求中创造新的物质财富，提高我国人民的生活质量。
由此可见，其社会和经济意义是十分显著的。
我国是稻谷及其衍生制品的生产和消费大国，进行活性米产业化项目的研究，将为大米综合利用、提高稻米附加值、开发功能性食品提供良好的新途径，同时也对推动农产品精深加工、提高人民生活质量及健康水平有着重要的现实意义。
1.2国内外研究现状
目前，活性米干燥方法有真空冷冻干燥、热风干燥和微波干燥[15]，然而真空冷冻干燥的成本较高，不利于生产推广；
热风干燥是应用最多、最经济的干燥方法，但经热风干燥的食品，其色、香、味难以保留，维生素等热敏性营养成分或活性成分损失较大；
微波技术作为一种现代绿色干燥技术在食品中的应用越来越广泛，具有加热速度快，节能高效，能高度保持食品原有的营养成分及色、香、味、形等优点[16]。
已经在蕨菜、胡萝卜、苹果、金针菇等果蔬的脱水加工方面得到广泛应用[17-21]。
针对活性米微波干燥特性及工艺，国内外学者做了大量研究，并取得了一定的成果。
1.2.1国内研究现状
郑艺梅，郑琳[22]等研究了以下几种活性米的干燥方式：
a、60℃下一阶段真空微波干燥；
b、60℃下三阶段真空微波干燥，即干燥一粉碎一干燥；
c、60℃热风干燥d、600C真空干燥；
e、冷冻干燥。
研究结果认为：
a，b两种方法样品在60℃下被干燥的速度高于c，d.eo酶活性的保存情况：
真空微波干燥方法保存效果最好冷冻干燥次之，真空干燥更次，热风干燥效果最差。
发芽后的糙米生理活性很高，含水量大，如处理不当会造成许多营养成分和食用品质的下降。
金增辉研究得出糙米芽体可用50℃~60℃的温度进行低温干燥，最好用真空干燥技术，干燥终点芽体水分为15士0.5%，并冷却至室温。
董铁有，朱文学[23]等共同研究了顺流通风状态下厚层糙米的微波干燥问题，实验结果表明:
随着微波功率的增加，糙米的温度和干燥速度随之增加。
如果微波的功率被控制在0.05009kw/kg范围内，风速被控制在0.12020m/s范围内，则可以保证不出现爆腰和发芽率降低等质量问题。
且糙米的有效干燥厚度大约为0.130m，此值大于同等条件下稻谷的有效干燥厚度。
在微波加热的条件下干燥糙米的效率要高于稻谷干燥的效率。
胡中泽，高冰，柳志杰[24]共同研究了热风干燥和微波干燥对活性米中γ-氨基丁酸含量的影响。
试验结果表明:
热风干燥条件下，影响因素的主次关系为干燥时间、热风温度、物料量，最佳干燥条件为热风温度40℃，干燥时间8h，物料量1.5kg/m2；
微波干燥条件下，影响因素的主次关系为微波功率、干燥时间、物料量。
最佳干燥条件为微波功率0.245kw，干燥时间l0min，物料量5kg/m2。
林鸳缘，曾绍校，郑向华[25]研究了微波功率、装载量和微波比功率对活性米干燥特性的影响。
结果表明，在装载量相同的情况下，微波干燥过程中，活性米的含水率呈线性下降;
微波功率越高，干燥曲线斜率越大，所需干燥时间越短。
微波干燥过程中，干燥速度曲线近似水平，其干燥可看成为恒速干燥。
微波比功率为4W/g时，干燥所需的时间较为适中，且便于生产调控。
1.2.2国外研究现状
美国和日本学者在干燥对稻谷品质影响方面做过许多研究工作。
Kunze,Shei[26]等人对稻谷干燥后的外观品质（爆腰）做了大量研究，认为高温快速干燥和高湿环境的吸湿作用是导致稻谷爆腰的主要因素。
H.chen等人分析了稻谷不同品种、收获后存放时间、初始含水率在各种千燥条件（温度、湿度、干燥时间）对整米率变化的影响，并建立了干燥条件与整米率变化之间的数学模型，他们认为品种和干燥介质温度是影响整米率下降的主要因素。
A.Iguaz.,Nattap等研究了干燥温度和干燥时间对稻谷品质的影响。
干燥温度越高、干燥时间越长，糙米的爆腰率越高、精米的整米率（HRY）越低，爆腰率与HRY呈负相关。
Haghighi等通过对生物物料的传热传质模拟和应力分析研究了生物物料的破裂，他们考虑了物料的粘弹性性质，应用有限元计算了谷物干燥过程中，其内部最大应力出现的时间、位置。
Lague研究了稻谷收获前由于白天日照干燥、夜间再受潮而引起的应力变化。
Sarker等人从90年代开始，一直在进行稻谷应力裂纹（爆腰）的研究，认为谷物干燥时存在湿度梯度和温度梯度，这些热湿梯度使谷物内部形成拉压应力，谷物因此产生裂纹。
1.3本研究的主要内容
本文通过介绍Box-Behnken组合试验，探究了微波干燥条件对活性米干燥特性及其对干后品质的影响，获得最佳的活性米干燥工艺参数。
并对该工艺进行进一步的验证，以获得高效率、高品质的活性米干燥工艺一套。
2实验材料及方法
2.1实验材料
试验材料活性米由黑龙江金都米业有限公司提供。
2.2设备和仪器
BJ-200型高速多功能粉碎机（杭州五星包装有限公司）、HZS-H水浴振荡器（哈尔滨市东联电子技术开发有限公司）、SHZ-D（Ⅲ）循环水式真空泵（巩义市予华仪器有限责任公司）、WD800型LG微波炉（天津乐金电子电器有限公司）、WXD10S-17型连续式微波微波设备（南京三乐微波技术发展有限公司）、6010型紫外-可见分光光度计（惠普上海分析仪器有限公司）等。
2.3试验与测定方法
质量测定：
由JA5002型电子天平（上海蒲春计量仪器有限公司）测量，精度为±
0.01g。
温度测量：
红外线温度计TES-1326S，精度为±
0.2℃。
水分测定：
按GB5497-1985方法在DZF-6030A真空干燥箱内测定。
爆腰率测定：
从经过微波处理的活性米籽粒中随机取出100粒，从中挑出有裂纹的粒数，即为活性米的爆腰率（每个样品做三次试验，结果取平均值）。
色度测定：
由DC-P3型全自动测色色差计测定。
γ-氨基丁酸、蛋白质、脂肪、维生素的含量外送测定（农业部谷物及制品质量监督检验测试中心，哈尔滨）。
单因素试验所用微波干燥装置是WD800型LG微波炉，微波工作频率为2450MHZ，可定功率（800W、640W、480W、320W、160W）输出工作。
试验前按GB5497-1985标准测出活性米的初始含水率，测得活性米原始含水率为33.3%。
参照谷物入库贮藏标准，把活性米的最终含水率定为14%-15%的范围内，按试验要求设定不同微波功率和不同质量对活性米进行微波干燥试验，记录每一时间段的活性米的质量和温度。
干燥后的样品冷却后测其水分、爆腰率、色度、γ-氨基丁酸、蛋白质、脂肪、维生素的含量作为最终检测指标。
在单因素试验研究的基础上，选用干燥功率X1、干燥时间X2、排湿风速X3及缓苏比X4为试验因素，活性米的温度Y1、含水率Y2、爆腰率Y3、γ-氨基丁酸含量Y4和色度L*值Y5、a*值Y6和b*值Y7作为评价指标，进行Box-Behnken中心组合试验。
因素水平编码表和试验方案分别如表1、2所示。
表1因素水平编码表
编码
因素
干燥功率
干燥时间
排湿风速缓苏比
X1/W·
g-1
X2/min
X3/m·
s-1X4
-1
2
11:
3
4
21:
1
6
31:
5
3试验结果和分析
3.1Box-Behnken组合试验
在单因素试验的基础上，选定对稻米活性成分影响显著的干燥功率X1、干燥时间X2、排湿风速X3及缓苏比X4作为试验因素，以温度、含水率、爆腰率、γ-氨基丁酸含量和色度为评价指标，采用4因素3水平Box-Behnken中心组合优化工艺参数。
试验方案和试验结果分别如表2所示。
表2试验方案及试验结果
试验
序号
X1
W·
X2
min
排湿风速
X3
m·
s-1
缓苏比
X4
温度
Y1
℃
含水率
Y2
%
爆腰率
Y3
γ-氨基丁酸
Y4
mg/100g
78.1
14.9
40.1
14.4
79.2
14.2
62.0
13.2
95.5
45.9
14.3
105.0
14.1
60.0
14.8
95.4
15.0
64.5
16.0
6
0
1
86.7
55.0
7
92.0
14.7
40.3
15.9
8
85.0
50.0
15.7
9
89.5
15.4
48.2
16.5
10
96.5
67.7
11
87.2
14.5
48.0
16.2
12
96.0
54.9
15.1
13
82.3
50.5
13.5
14
104.0
49.7
15
79.5
52.8
13.3
16
93.0
17
88.1
15.2
45.0
16.6
18
97.0
64.6
16.4
19
84.2
47.0
20
90.0
13.8
65.8
21
81.4
57.0
14.6
22
98.0
51.3
14.0
23
80.6
52.0
13.1
24
103.0
25
53.0
17.1
26
94.0
55.5
17.5
27
96.9
44.0
18.0
28
98.8
57.6
17.3
29
97.5
17.2
色度L*
Y5
色度
a*
Y6
色度b*
Y7
61.38
-1008.34
22.27
58.38
-1185.09
22.80
58.36
-1302.57
21.30
51.67
-1319.62
20.74
56.80
-1251.56
20.20
56.50
-1260.83
20.00
57.60
-1222.14
23.00
57.10
-1230.91
58.80
-1225.56
20.60
54.38
-1301.75
19.70
58.37
-1181.15
23.40
56.00
-1262.78
22.57
60.80
-1102.85
22.70
54.70
-1337.74
21.10
60.50
-1103.90
22.50
54.30
-1377.02
21.00
58.10
-1147.21
23.70
55.45
-1290.77
21.40
57.90
-1299.43
21.60
55.40
-1299.06
60.00
-1121.93
20.73
52.00
-1300.45
19.23
59.00
-1000.37
23.74
55.00
-1344.32
22.24
61.30
-1060.86
61.00
-1090.54
23.50
-1120.25
22.90
-1171.60
-1072.40
3.1.1回归方程
应用Design-expert6.0.10软件对试验结果进行分析处理，温度两因素交互项模型有意义（p<
0.0001）；
含水率两因素交互项模型有意义（p<
爆腰率两因素交互项模型有意义（p=0.0003）；
γ-氨基丁酸含量两因素交互项模型有意义（p<
色度（L*值、a*值、b*值）两因素交互项模型有意义（p<
0.0001）。
各因素对各性能指标影响的回归模型如
（1）、
（2）、（3）、（4）、（5）、（6）、（7）所示，式中Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7以及X1、X2、X3、X4各参数的含义见表2。
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
（7）
3.1.2回归模型方差分析
对
（1）、
（2）、（3）、（4）式回归模型进行方差分析，其结果如表3所示。
表3回归模型的方差分析
指标
来源
平方和
自由度
均方
F值
临界值
回归
1664.97
166.50
F2=53.33
F0.05（10,18）=2.41
剩余
56.20
3.12
拟合
43.35
3.10
F1=0.96
F0.05（14,4）=5.88
误差
12.85
3.21
总和
1721.17
3.72
0.62
F2=30.01
F0.05（6,2
升级会员 