全 文 ：文章编号 :100028551 (2005) 012041205
60 Coγ射线辐照处理对晚粳稻低温干燥特性的影响
于　勇1 　王　俊1 　王爱华2 　罗剑毅1 　傅俊杰2
(11 浙江大学生物系统工程与食品科学学院 ,浙江 杭州　310029 ;21 浙江大学农业与生物技术学院 ,浙江 杭州　310029)
摘 　要 :本研究对晚粳稻经60 Coγ射线辐照预处理后进行低温热风干燥 ,探索了辐照剂量、热风
温度和初始含水率对干燥过程及稻谷表面温度的影响。结果表明 ,经辐照处理的稻谷失水速
率加快 ,相同时间内水分下降程度提高 ,其表面温度上升较快 ;稻谷的失水速率、相同时间内的
水分下降程度及表面温度等都随着辐照剂量而增加 ,增高。辐照对稻谷在不同失水速率和含
水率时其表面温度的变化规律也进行了研究。
关键词 :辐照 ;低温干燥 ;稻谷
INFLUENCE OFγ2IRRADIATION ON LOW TEMPERATURE
DRYING OF J aponica RICE
YU Yong1 　WANGJun1 　WANG Ai2hua2 　LUO Jian2yi1 　FU Jun2jie2
(11 College of Biosystems Engineering and Food Science , Zhejiang University , Hangzhou , Zhejiang ,310029 ;
21 College of Agriculture and Biotechnology , Zhejiang University , Hangzhou , Zhejiang ,310029)
Abstract :Hot2air influence of different doses of irradiation , temperature of hot air , initial moisture content of rice
(late2cropping season japonica rice ) on the rates of dehydration and surface temperature were studied. It is
concluded that three factors : irradiation dosage , hot2air temperature and initial moisture content of rice , affect the
rate of dehydration and surface temperature of rice. Compared with non2irradiation sample , inradiated samples had
faster dehydration rate and surface temperature increase during the drying. The rate of rice dehydration , and the
surface temperature of the rice are increased with the increasing of irradiation dose. Effect of irradiation doses on
changes of surface temperature , moisture content and dehydration rate were also measured.
Key words :irradiation ; low temperature drying ; rice
收稿日期 :2004202202
基金项目 :国家自然科学基金 (30471000)和中国高校博士点科研专项基金资助 (20020335052)
作者简介 :于勇 (1978 - ) ,男 ,博士生 ,主要从事农产品辐照、检测及加工贮藏中的应用研究。E2mail :yyu2zju @yahoo. com. cn目前的稻谷干燥工艺中 ,往往将收获的稻谷直接进行热风干燥 ,而不经其他预处理。然而这种干燥工艺在干燥过程中存在不少问题 ,如稻谷失水速率不高 ,干燥所需时间较长 ;而且稻谷的表面温度不高 ,达到一定表面温度 ,干燥机械所需耗费的功率较多[1 ] ,干燥效率较低等等。为此 ,许多研究人员采用改变干燥工艺或采用新干燥技术的方法解决稻谷干燥中所出现的问题。本文以晚粳稻为材料进行了不同剂量60 Coγ射线辐照预处理后 ,稻谷热风干燥特性的研究。农产品经一定剂量的60 Coγ射线辐照后会导致其内部组织结构发生变化并产生不同程度的损伤[1～3 ] ,这种变化有可能引起干燥特性的变化 ,并最终影响干燥速度和干制品的品质。王俊等对辐照后苹果切片[4 ]和土豆切片[5 ]的干燥特性进行了研究 ,发现辐照对苹果、土豆切片的干燥速度、切片温度及VC 含量等都有较显著的影响。Zhou Q C[6 ]对辐照后蔬菜的干燥特性进行了研究 ,也发现辐照预处理对
14　核 农 学 报　2005 ,19 (1) :41～45Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
蔬菜干燥速度有显著的影响。然而 ,目前还没有将γ射线辐照技术运用于稻谷干燥预处理方面的研究。
1 　材料与方法
111 　材料
稻谷为学校农场同一块田地中收获的晚粳稻 ,收获后按国标法 ( GB 5497285) 测定其初始含水率
(30 % , 干基含水率 ,d. b. ) ,取一定数量的样品在自然条件下分别凉干至 30 %、28 %、25 %、22 %、20 %
(d. b. )含水率 ,将达到所需含水率的待测样品用双层密封袋封装 ,在 4 ℃下保存待实验使用。
112 　辐照
将待测样品分 3 批从 4 ℃环境下取出恢复到室温 ,采用60 Coγ射线对样品进行辐照 ,辐照实验在浙江
大学农业与生物技术学院原子核农学研究所进行 ,辐照剂量为 0、2、5、8、10kGy。
113 　干燥
干燥实验使用干燥试验箱 ,低温干燥的热风温度分别为 30 ℃、35 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃。所有样品均
干燥至稻谷安全低温储藏含水量 (1415 % , d. b. 或 1215 % ,湿基含水率 ,w. b. ) 以下。热风风速恒为
018mΠs 干燥箱电机转速为 2800rΠmin ,用电子天平 (精度为 ±011g)测定质量 ,用 MTFS 食品专用型红外线
测温仪测定稻谷表面温度。
2 　实验结果与分析
211 　辐照对晚粳稻失水特性的影响
将初始含水率为 25 %(d. b. )的稻谷用 0 (对照) 、2、5、8、10kGy 进行处理 ,然后进行热风干燥 ,热风温
度为 40 ℃,获得其失水特性见图 1。与未辐照相比 ,经过一定辐照剂量处理后 ,在相同时间内 ,稻谷失水
量增加。结果表明在一定时间内 ,辐照剂量越大 ,失去的水分也越多 ,达到安全贮藏含水量 (1415 % ,d.
b. )以下所需的干燥时间越短。从图 1 可知 ,辐照剂量对稻谷的失水速率也有影响。与未辐照相比 ,辐
照后稻谷失水速率增加。随着辐照剂量的提高 ,相同含水率时的失水速率增加 ,特别在高水分时 ,随着
辐照剂量的提高 ,失水速率明显提高。
212 　热风温度对辐照后稻谷失水特性的影响
初始含水率为 25 %(d. b. )的稻谷经 5kGy 辐照剂量处理后 ,在热风温度 30 ℃、35 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃
下进行干燥 ,其失水特性见图 2。热风温度对稻谷的失水特性有影响。一定时间内 ,热风温度越高 ,水
分失去量越多 ,曲线也越陡 ;热风温度越高 ,达到安全储藏含水量 (1415 % ,d. b. ) 以下所需干燥时间越
短。图 2 表明热风温度对辐照稻谷的失水速率也有影响。当含水率相同时 ,热风温度越高 ,失水速率越
大。
213 　不同初始含水率的稻谷辐照后的失水特性
将稻谷用 5kGy 辐照剂量处理后 ,对初始含水率分别为 30 %、28 %、25 %、22 %、20 %(d. b. )的稻谷
进行热风干燥 ,热风温度为 40 ℃,失水特性见图 3。初始含水率对辐照稻谷的失水特性有影响。初始含
水率越高 ,达到安全储藏含水量 (1415 % ,d. b. )以下所需的时间越长。这与未辐照的稻谷的失水规律相
似。从图 3 可知 ,初始含水率对辐照稻谷的失水速率也有影响。一定时间内 ,在相同含水率下 ,初始含
水率越低 ,其失水速率越高。而初始含水率越高 ,其起始失水速率也越高。
214 　辐照稻谷干燥中表面温度的试验
初始含水率分别为 20 %、22 %、25 %、28 %、30 %(d. b. )的稻谷采用 5kGy 的辐照剂量进行辐照处理 ,
然后在 40 ℃的热风干燥中测量稻谷的表面温度 ,获得表面温度变化特性。稻谷的含水率不同 ,在干燥
过程中温度的变化特性是不同的。初始含水率低的稻谷温度上升快 ,且一段时间内 (一般为开始 1 个小
时) ,在相同的时间内 ,稻谷的初始含水率越高 ,其表面温度的升高量也越多。
初始含水率均为 25 %(d. b. ) 的稻谷分别采用 0、2、5、8、10kGy 的辐照剂量进行辐照处理 ,然后在
24 核　农　学　报 19 卷
40 ℃的热风干燥中测量稻谷的表面温度 ,获得表面温度变化特性见图 4。从图 4 可知 ,与未辐照预处理
相比 ,经一定辐照剂量处理后的稻谷在干燥时表面温度变化是不同的。干燥过程的大部分时间内 ,经相
同的时间 ,辐照处理后的稻谷的表面温度上升快 ,温度值高。在相同的时间内 ,辐照剂量越大 ,稻谷升温
越多 ,但温差不大。
图 1 　辐照剂量对稻谷失水速率的影响
(热风温度 :40 ℃;初始含水率 :25 % ,d. b. )
Fig. 1 　Effect of irradiation on dehydration rate
(air temperature :40 ℃; initial
moisture content : 25 % ,d. b. )
图 2 　热风温度对稻谷失水速率的影响
(辐照剂量 :5 kGy ,初始含水率 :25 % ,d. b. )
Fig. 2 　Effect of air temperature on dehydration rate
(irradiation dose : 5 kGy ; initial moisture
content : 25 % ,d. b. )
图 3 　初始含水率对稻谷失水速率的影响
(辐照剂量 :5 kGy ,热风温度 :40 ℃)
Fig. 3 　Effect of initial moisture content on
dehydration rate (irradiation dose : 5 kGy ;
air temperature : 40 ℃)
图 4 　辐照剂量对稻谷干燥时表面温度的影响
(初始含水率 :25 % , d. b. ,热风温度 :40 ℃)
Fig. 4 　Effect of irradiation dosage on surface
temperature of rice seed (initial moisture content :
25 % , d. b. ; air temperature : 40 ℃)
215 　辐照对稻谷不同失水速率和含水率下表面温度的变化规律的影响
不同辐照剂量下 ,失水速率与表面温度和含水率与表面温度的关系见图 5、图 6。从图 5 可知 ,辐照
对不同失水速率下表面温度的变化规律有影响。一定时间内 ,辐照剂量越高 ,在相同的失水速率下 ,表
面温度越高。从图 6 可知 ,辐照对不同含水率下表面温度的变化规律也有影响。在相同的含水率下 ,辐
照剂量越高 ,表面温度越低。在相同的含水率下降幅度下 ,辐照剂量越高 ,温度上升的越少。
34　1 期 60Coγ射线辐照处理对晚粳稻低温干燥特性的影响
图 5 　辐照对不同失水速率下表面温度影响
(热风温度 T = 40 ℃;初始含水率 :25 % , d. b. )
Fig. 5 　Effect of the irradiation on surface tempera2
ture under different dehydration rate (air temperature
T = 40 ℃; initial moisture content : 25 % ,d. b. )
图 6 　辐照对不同含水率下表面温度影响
(热风温度 T = 40 ℃;初始含水率 :25 % ,d. b. )
Fig. 6 　Effect of irradiation on surface temperature
under different moisture content (air temperature
T = 40 ℃; initial moisture content : 25 % ,d. b. )
3 　讨论与结论
311 　辐照剂量对稻谷干燥的影响
采用 HD2A( Ⅱ型) (精度 01015) 水分活度测量仪对初始含水率为 25 % (d. b. ) ,分别经过 0、2、5、8、
10kGy 剂量辐照后的稻谷进行水分活度的测量 (见表 1) 。可见 ,稻谷经辐照后水分活度变大 ;随着辐照
剂量的增加 ,水分活度也增加。
这可能是因为辐照处理使稻谷组织细胞结构产生变化。辐照后稻谷的细胞受到破坏 ,液泡内液体
流出 ,细胞质壁出现分离。随着辐照剂量的增加 ,细胞的破坏程度也增大。由于辐照使细胞受到破坏 ,
细胞内的流体 (以水为主)流失 ,细胞组织内自由水增加 ,细胞质壁出现裂缝 ,使水分从内部到表层变得
容易 ,进而促进了水分的散失[4 ] 。因此 ,特别是表现在干燥初期 ,辐照剂量越大失水速率越大 (图 2) ;相
同时间内 ,辐照剂量高的 ,水分下降幅度也越大 ,因此 ,失水特性图表现出曲线从同一点出发进而发散的
走势 (图 1) 。
然而 ,辐照过的稻谷在干燥过程中 ,随着细胞内的水分不断向外迁移 ,一些干物质 (如淀粉) 由于细
胞的破坏也随着水分不断向表层迁移[7 ] 。且辐照剂量越大 ,细胞的破坏程度加大 ,干物质迁移到表层的
也越多。这使得表层变得越来越致密 ,阻碍了水分的散失 ,抵消了内部由于细胞被破坏对水分散失的促
进 ,而且这种阻碍表现的很明显。因此 ,在干燥的中后期 ,不同辐照剂量的稻谷的失水速率相差不大 (图
2) ;且他们的失水特性曲线基本保持相同的走势 (图 1) 。
312 　初始含水率对稻谷干燥的影响
辐照剂量为 5kGy ,初始含水率分别为 20 %、22 %、25 %、28 %、30 %的稻谷进行水分活度的测量
(见表 2) 。可见 ,且随着稻谷初始含水率的增加 ,水分活度也增加。这使得初始含水率较高的稻谷在干
燥初期具有较高的失水速率。此外 ,由于辐照剂量相同 ,稻谷内部组织细胞破坏的程度相似 ,但是由于
高初始含水率的稻谷在干燥时从内部迁移到表层的水分较多 ,因此相应迁移到表层的干物质也较多 ,进
而较多地阻碍水分的散失 ,因此在相同含水率下 ,初始含水率越高 ,其失水速率越低 (图 6) 。
313 　辐照对温度特性的影响
经过相同辐照剂量处理但初始含水率不同的稻谷 ,其内部组织细胞被破坏的程度类似 ,但是在相同
条件下干燥过程中 ,由于相同时间内初始含水率大的稻谷散失水分也较多 ,水分散失时会带走较多的热
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量 ,因此表面温度也较低。初始含水率相同但经过不同辐照剂量处理的稻谷 ,在干燥过程中 ,由于辐照
剂量越大细胞被破坏的程度越高 ,稻谷内水分活度变大 ,迁移能力加强 ,相同的时间内 ,用于消耗水分迁
移蒸发的能量相对减少 ,而用于升温的能量增多 ,导致辐照剂量大的稻谷的表面温度高 (图 4) 。
表 1 　经过不同辐照处理的稻谷的水
分活度(初始含水率 :25 %,d. b. )
Table 1 　The water activity of rice after
different dose irradiation
(initial moisture content : 25 % ,d. b. )
辐照剂量
irradiation (dose)
(kGy)
0 2 5 8 10
水分活度
water activity
01786 01800 01816 01830 01845 表 2 　经过 5kGy 辐照处理对稻谷的水分活度的影响Table 2 　The water activity of rice withthe different initial moisturecontent after 5kGy irradiation初始含水率initial moisture content( %) 20 22 25 28 30水分活度
water activity
01712 01755 01816 01826 01842
　　但当经不同辐照剂量处理的稻谷在相同条件下达到相同失水速率时 ,稻谷失水时散热情况相同 ,稻
谷主要受到内部组织细胞破坏的影响 ,因此辐照剂量大的稻谷的其表面温度明显增大 (图 5) 。而当经
不同辐照剂量处理的稻谷在相同条件下达到相同含水率时 ,辐照剂量大的稻谷由于失水速率较大 ,水分
散失较快[8 ] ,水分散失带走较多热量的作用较显著 ,其表面温度较低 (图 6) 。
314 　辐照对稻谷加工品质的影响
表 3 　不同辐照剂量预处理后稻谷的加工品质
Table 3 　The milling qualities of irradiated rice
辐照剂量
irradiation dose
(kGy)
糙米率
rate of brown rice
( %)
整精米率
rate of head
milled rate ( %)
0 80 5918
2 7918 5912
5 8014 6010
8 8018 6014
10 8012 5918将初始含水率为 25 % ( d. b. ) 热风干燥风温度为40 ℃,用 0 (对照) 、2、5、8、10kGy 进行处理的稻谷采用日本 Satake 公司生产的 Satake dehuller 和 Satake TM205 实验用稻谷出米机和碾米机测定稻谷的糙米率和整精米率。实验结果 (表 3) 表明 ,辐照对稻谷的糙米率和整精米率没有明显的影响。综上所述 ,辐照对稻谷的干燥特性有有利的影响 ,它可以提高稻谷烘干时的失水速率、加快稻谷烘干 ,并能提
高稻谷烘干时的表面温度 ;而同时 ,辐照并不影响稻谷的
加工品质。
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