CN103828914A - 谷物的脉冲微波干燥防虫防霉保鲜方法 - Google Patents
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Abstract
一种脉冲微波干燥谷物防治仓储害虫和霉菌的保鲜方法，其特征在于：在谷物储藏之前，增加脉冲微波干燥工序和冷却工序，所述的脉冲微波干燥工序中的微波脉宽为0.01s～3000s，脉冲间歇时间为0.01s～3000s，脉冲处理总时间为1～120min，使谷物出微波炉的温度为42～60℃，谷物出微波炉的含水量小于14%；所述的冷却工序采用自然冷却或真空冷却或流化床冷却。
Description
技术领域
本发明属于谷物的储藏保鲜领域，具体涉及一种应用脉冲微波技术干燥谷物、杀灭谷物害虫、抑制霉菌、保持谷物品质的方法。
背景技术
在我国，每年因谷物含水量过高而造成的霉变、发芽等损失的粮食高达5%，再加上陈化变质、仓储害虫、脱粒、晾晒等造成的损失，损失率高达15%，远远超过联合国粮农组织规定的5%的标准，因此，谷物的干燥防虫防霉技术在粮食储藏中起到举足轻重的作用，对保障粮食的质量安全具有重要意义。
微波属于高频电磁波，有一定穿透力，可有效的降低食品水分、杀死害虫和防止霉菌滋生，微波技术已作为一种高效安全的干燥防虫防霉技术在谷物储藏中得到应用。传统微波干燥及防虫防霉技术利用普通微波处理谷物，朱德权在“微波干燥谷物的试验研究”一文中利用微波的热效应，谷物吸收电磁波的能量后，谷物内表同时升温、蒸发带走水分，达到干燥的目的，同时害虫和霉菌吸收电磁波的能量后，体温升高，功能变化而死亡。本发明的申请人在总结大量研究工作的基础上发明了“大米或谷物的微波在线杀虫方法”和“一种节能型谷物的微波防虫防霉的方法和专用设备”两项谷物微波防虫防霉技术相关专利（参见中国发明专利申请公开说明书，专利公开号为CN1528154和CN1813550）。采用以上两种专利的普通微波作用于谷物时，可以使大米或稻谷中害虫及虫卵的致死率达到100%，霉菌致死率达到80%以上，对粮食和环境无污染，保持了谷物原有的营养、品质、外观及风味。按照所披露的方法处理完物料后，物料含水量有所降低，物料温度约为54～68℃，处理后物料需进入冷却仓进行冷却后保存。上述方法中能有效的抑制害虫及霉菌，并能降低一定的含水量。本发明的申请人还发明了“谷物的微波真空保鲜方法”（参见中国发明专利申请公开说明书，专利公开号CN102334542A），采用该专利所述的方法，克服了现有谷物微波防虫防霉技术冷却时间过长的缺陷，避免了二次污染的隐患。
脉冲微波技术充分利用了微波非热效应，周蔚红在“电磁脉冲灭菌研究”一文中用脉冲微波和普通微波对酱油进行杀菌，脉冲微波不仅可以取得普通微波同样的杀菌结果，而且具有杀菌时间更短，温升和能耗较低，效率较高的特点。同样，谷物的脉冲微波干燥防虫防霉保鲜方法，不仅可以取得普通微波同样的防虫防霉结果，还具有干燥速率快、综合效果好等特点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有普通微波干燥防虫防霉技术的谷物干燥速率低、干燥效果不够好等问题。提供一种谷物的脉冲微波干燥、防治仓储害虫和霉菌的保鲜方法，采用本发明处理谷物，可在1～120min内将谷物的含水量降低到国家储藏标准，并能将谷物中的害虫、虫卵及霉菌等有害生物彻底杀死，同时能较好地保持谷物的风味和营养。
本发明通过以下技术方案实现：
一种脉冲微波干燥谷物防治仓储害虫和霉菌的保鲜方法，其特征在于：在谷物储藏之前，增加脉冲微波干燥工序和冷却工序，所述的脉冲微波干燥工序中的微波脉宽为0.01s～3000s，脉冲间歇时间为0.01s～3000s，脉冲处理总时间为1～120min，使谷物出微波炉的温度为42～60℃，谷物出微波炉的含水量小于14%；所述的冷却工序采用自然冷却或真空冷却或流化床冷却。
其中：
所述的谷物包括稻米、小麦、豆类、玉米和面粉等；
所述的仓储害虫包括赤拟谷盗和米象等仓储害虫；
所述的霉菌包括寄生曲霉（Aspergillus parasiticus）等。
具体地，本发明所述的脉冲微波工艺是指微波频率为2450MHz，剂量为2～10w/g，输出功率为0.2～1kw，处理时间为1～120min，脉冲微脉宽为0.01s～3000s，脉冲间歇时间为0.01s～3000s，谷物厚度为1～12cm。
本发明的有益效果：
与现有微波干燥防虫防霉技术相比较，本发明具有以下特点：
1、干燥、防虫防霉同时完成。采用本发明的脉冲微波工艺，通过改变微波功率、脉冲宽度、间歇时间和处理总时间可同时满足干燥、防虫防霉工艺要求。普通微波谷物干燥工艺参数为：微波处理剂量小于0.2w/g，干燥温度一般小于50℃，防虫防霉效果较差。普通微波谷物防虫防霉工艺参数为：微波处理剂量大于0.3w/g，处理时间小于25min，温度范围为54～68℃，虽然具有较好的防虫防霉效果，但因处理时间短，难以满足干燥要求，若延长处理时间，温度将超过70℃，会造成谷物品质劣变。
2、干燥速率快。采用本发明的脉冲微波工艺，可实现谷物的快速干燥，干燥速率可达到0.059%/s，普通微波的干燥速率为0.0004～0.001%/s。
3、脉冲微波输出功率可以连续调节，以适应不同谷物的需要。可以根据不同谷物的干燥工艺要求改变微波输出功率、脉冲宽度、间歇时间和处理总时间来调节干燥速率及防虫防霉等参数，以便达到最好的干燥防虫防霉效果。
附图说明
图1：是脉冲微波对霉菌致死率的影响。图1中：图1（a）是脉宽对霉菌致死率的影响，间歇时间100ms，总时间40s，剂量10w/g；图1（b）是间歇时间对霉菌致死率的影响，脉宽300ms，总时间40s，剂量10w/g；图1（c）是总时间对霉菌致死率影响，脉宽300ms间歇时间100ms，剂量10w/g；图1（d）是微波剂量对霉菌致死率的影响，脉宽300ms，间歇时间100ms,总时间40s。
图2：脉冲微波对米象虫卵孵化率的影响。图2（a）是脉宽对米象虫卵孵化率的影响，间歇时间100ms，总时间40s，剂量10w/g；图2（b）是脉冲间歇对米象虫卵孵化率的影响，脉宽300ms，总时间40s，剂量10w/g；图2（c）是总时间对米象虫卵孵化率的影响，脉宽300ms间歇时间100ms，剂量10w/g；图2（d）是微波剂量对米象虫卵孵化率的影响，脉宽300ms，间歇时间100ms，总时间40s脉宽300ms，间歇时间100ms，总时间40s。
检测方法
所述谷物品质的检测方法参考“张习军，熊善柏，赵思明.微波处理对稻谷品质的影响[J],中国农业科学，200942（1）：224-229”
所述大米品质的检测方法参考“车丽，谢静，吴考等.大米的真空冷却[J]，中国粮油学报，2012，5（27）：1-4”
所述米饭品质的检测方法参考“莫紫梅，许金东，赵思明.米饭品质的研究进展[J]，粮食与饲料工业，2008,11:5-8”
所述米饭感官品质的评价标准参考“熊善柏，赵思明，李建林等.米饭理化指标与感官品质的相关性研究[J],华中农业大学学报，2002,1（21）：83-87”。
试验仪器
脉冲微波炉：QW-1HO，广州科威微波炉有限公司生产。
数显点温计：JNDA82Ⅱ，乐清市精达仪表厂生产。
电饭煲：MB-FZ40V，广州美的集团生产。
具体实施方式
实施例1 稻谷的脉冲微波干燥
（1）将放有稻谷的烧杯放置脉冲微波炉的中心，调节微波功率为500w，微波剂量为10w/g，微波间歇时间为100ms，调整脉冲宽度时间为300ms，微波处理时间分别为30s、40s、50s、60s、70s，用数显点温计测定谷物温度，取五次测量的平均值为谷物最终温度，自然冷却后测得谷物的含水量，谷物品种为鄂中5号，初始含水量为15.4%，初始温度为13.50℃，测量结果如表1。
表1不同处理时间的干燥效果
由表1可知，用脉冲微波干燥谷物，谷物水分减少速率为0.029～0.059%/s，可在1min内迅速降低谷物水分。
（2）将放有50g稻谷的纸杯放置脉冲微波炉的中心，调节微波炉参数，用数显点温计测定谷物温度，测量结果如表2所示。
表2不同初始含水量的干燥实验
不同初始含水量的谷物经脉冲微波处理后，谷物色泽金黄，气味正常稻谷清香，由表2可知，谷物水分显著下降，初始含水量越高，干燥时间越长，谷物温度越高。
（3）将放有50g稻谷的纸杯放置脉冲微波炉的中心，初始含水量为20.1%，初始温度为14.4℃，处理时间为100min，用数显点温计测定谷物温度，测量结果如表3。
表3不同微波条件的干燥实验
初始含水量相同的谷物经脉冲微波等时间处理后，谷物色泽金黄，气味正常稻谷清香，由表3可知，谷物含水量明显下降，谷物温度为50～60℃，谷物含水量下降量、温度随着微波功率增加而增加。
（4）称取200g大米放入微波炉中心，调节微波功率为500w，微波剂量为5w/g，脉宽300ms，处理时间为60s，调整微波间歇时间。取出大米，冷却至室温，用纯净水淘洗三次，按比例为1:1.38加入纯净水，于电饭煲中采用精煮模式蒸煮，采用8人评分小组进行感官测定，测定结果如表4。
表4不同脉冲微波间歇时间米饭感官品质
由表4可知，脉冲间歇时间对大米的色泽、香气、口感、滋味均无显著性影响，随间歇时间的延长大米的爆腰率和碎米率会有所降低，导致较长间歇时间处理后米饭形态得分升高。
实施例2 脉冲微波对大米品质的影响
称取80g大米置于封口袋中，一端封口，一端留微孔于微波炉中进行处理，调整微波炉处理条件如下所示：
（1）脉冲微波处理：总时间30s，脉冲宽度300ms，间歇时间50ms，微波剂量为7.5w/g，自然冷却。
（2）普通微波（H）处理：微波剂量为7.5w/g，总处理时间为30s，自然冷却。
（3）普通微波（L）处理：微波剂量为0.027w/g，总处理时间为8.5min，自然冷却，使大米出微波炉的温度为42～60℃。
大米经上述方法处理后，测量大米出微波炉温度。自然冷却至室温，检测爆腰率、增碎率等指标并记录，结果如表5。
表5微波处理对大米品质的影响
由表5可知，相对于脉冲微波，普通微波处理更易导致大米的温度升高，增加碎米率和爆腰率，使大米品质降低。长时间的微波处理对大米的品质影响较大。普通微波处理大米温度随微波剂量的增加而加大，大米颗粒内外具有较大的温度梯度，从而导致大米具有较高的碎米率和爆腰率。本发明的脉冲微波采用间歇式的作用方式，从大米内部加热，可以将谷物的水分从内部扩散到表层，在间歇时间可以利用释放的热量，将水分及时排出，并降低大米升温速率，有利于保持大米原有的品质。
天然稻米的碘兰值可以反应大米中直链淀粉的含量，微波处理后大米的碘兰值均显著增加，以普通微波（L）处理的增幅最小，脉冲微波与普通微波（H）处理之间无显著差异。水是大米体系中主要的极性分子，对微波效应具有较强的吸收作用，水分子吸收微波能量后将一部分能量转化成热能导致微波作用后大米的含水量均显著降低。
大米感官与米饭感官均有下降，这是因为微波处理大米后，均会使大米增碎率和爆腰率增加，而且普通微波（H）和普通微波（L）处理后的大米，爆腰率与增碎率明显大于脉冲微波处理后的大米，在蒸煮过程中，米饭容易断裂，也影响了米饭的形态。
实施例3 脉冲微波对霉菌致死率的影响
取500g大米于超净工作台中灭菌30min后，将配好的1×106cfu/mL寄生曲霉孢子（Aspergillusparasiticus，购自中国工业微生物菌种保藏管理中心，菌种保藏号CICC2310）悬浮液5mL，加入到已杀菌（为常用仓储粮食的方法，本实施例没有特别要求）的大米中，30℃恒温培养48h后，取出备用。调整微波炉参数，采用本发明设计的脉冲微波处理方式处理含寄生曲霉的大米，使大米出微波炉的温度为42～60℃，以未处理大米做空白对照，采用标准平板菌落计数法检测袍子致死率，结果如图1所示。
由图1可知，随脉冲宽度的增加，寄生曲霉致死率增加，脉宽300ms以上时，寄生曲霉致死率达到80%以上，随间歇时间的增大，寄生曲霉致死率呈下降趋势，间歇时间小于150ms，寄生曲霉致死率达到100%。剂量小于5w/g或者处理总时间10s～20s之间时，寄生曲霉致死率为负值，可能在该条件下激活了细胞生长代谢所需要的酶类，导致休眠孢子萌发，脉冲微波剂量大于5w/g或者处理总时间大于20s，霉菌致死率急剧增加。由此可知，适宜的脉冲微波剂量、脉宽、间歇时间、处理总时间，才能取得更好的霉菌致死效果。
实施例4 脉冲微波对谷物仓储害虫致死率的影响
（1）脉冲微波对赤拟谷盗致死率的影响
取500g米糠，均匀平铺于烧杯中，放入30头赤拟谷盗，将含有赤拟谷盗的烧杯放置脉冲微波炉中心，调节微波炉输出功率为0.5kw，微波间歇时间为100ms，调整脉冲宽度为300ms，处理时间为10s、20s、30s、40s、50s，冷却方式为真空冷却，使稻谷出微波炉的温度为42～60℃，计算赤拟谷盗存活情况如表6所示。由表6可知，总微波处理时间为40s以上，可使赤拟谷盗致死率达到100%，致死率按公式（1）计算。
表6脉冲对赤拟谷盗存活的影响
（2）脉冲微波对米象致死率的影响
取羽化1～2天的米象成虫30头，装入自封口袋中，转入0.5kg大米中，保鲜膜封口，自然状态下培养5min，将混有米象的大米放入微波炉中进行脉冲微波处理，调节微波炉输出功率为0.5kw，微波间歇时间为100ms，调整脉冲宽度为300ms，处理时间为10s、20s、30s、40s、50s，采用真空冷却（专利公开号CN102334542A）使大米出微波炉的温度为42～60℃。将处理后的米象倒入白色搪瓷盘中，用软毛笔轻触其腹部，无反应者视为死亡，致死率按上述公式（1）计算，结果如表7所示。
表7脉冲微波作用总时间对米象的影响
由表7可知，随脉冲微波总时间的延长米象致死率显著增加，脉冲微波总时间为50s以上时米象致死率为100%。
实施例5 脉冲微波对米象虫卵孵化率的影响
按照实施例4中脉冲微波对仓储害虫的影响所述的方法处理大米后备用，取成年健壮的米象约400头接种，产卵4天后挑出成虫，将含卵大米进行脉冲微波处理，处理方法同实施例4，将处理后的含卵大米80g放入广口瓶中，用洗净消毒的白布封口。30℃恒温培养，每天喷淋适量水雾，控制培养箱内湿度在60%以上，以未处理大米做对照。以样品中米象头数和对照样品中头数的比值作为虫卵孵化率，并记录结果如图2。
由图2可知，随脉冲宽度的增大，米象虫卵的孵化率降低，100ms～300ms之间孵化率降低最快，300ms以后孵化率降低到1%左右，即米象虫卵的致死率达到了99%以上。随脉冲间歇时间的延长，米象虫卵的孵化率升高，但都未达到100%，可见较长的间歇时间对米象虫卵有致死作用。脉冲微波总时间的延长，米象虫卵孵化率呈下降趋势，40s以后米象虫卵孵化率小于1%。随脉冲微波剂量的增大，米象虫卵孵化率呈下降趋势，7.5w/g以后米象虫卵的孵化率接近1%，剂量到10w/g时虫卵的孵化率为0%。
实施例6 脉冲微波剂量对米饭感官品质的影响
分别取200g大米放入微波炉，调节微波间歇时间为100ms，调整脉冲宽度为300ms，处理时间为40s，调节微波剂量如表。处理后，取出大米，自然冷却至室温，留作备用。称取备用大米200g，纯净水淘洗三次，按比例（质量比）为1:1.38加入纯净水，于电饭煲中采用精煮模式蒸煮，蒸煮后采用8人评分小组进行感官测定。具体感官评价标准如表8所示。
表8脉冲微波剂量下米饭的感官品质
由表8可知，几种不同剂量条件下大米的色泽、香气相差不大。随脉冲微波处理剂量的增大，大米温度升高，大米碎米率及爆腰率增大，蒸煮过程中米饭易发生断裂，导致米饭的形态得分降低。米饭的口感、滋味以5w/g剂量时最高，适当的脉冲微波剂量处理可改善米饭的感官品质。
实施例7 脉冲脉宽、间歇时间对大米（或绿豆）温度的影响
取500g大米或绿豆，均匀平铺于烧杯中，将烧杯放置脉冲微波炉的中心，调节微波炉输出功率为500w，处理时间为40s，微波间歇时间为100ms，调整脉冲宽度分别为100ms、200ms、300ms、400ms、500ms，用数显点温计测定大米或绿豆的温度，测量结果如表9。由表9可知，所选用的脉冲宽度范围内大米（绿豆）温度小于60℃。
表9脉冲宽度对大米、绿豆温度的影响
取500g大米（或绿豆），均匀平铺于烧杯中，将烧杯放置脉冲微波炉中心，调节微波炉输出功率为500w，处理时间为40s，脉冲宽度为300ms，调整脉冲间歇时间分别为0ms、50ms、100ms、150ms、200ms，用数显点温计测定大米（或绿豆）温度，测量结果如表10。由表10可知，所选用的脉冲宽度范围内大米（或绿豆）温度小于70℃，且普通微波加热温度高于脉冲微波。
表10脉冲间歇时间对大米或绿豆温度的影响
实施例8 脉冲微波对谷物综合品质的影响
将放有谷物的烧杯放置脉冲微波炉中心，调整微波炉参数。参考实施例1-7的检测方法，记录谷物含水量、温度、碎米率、米象致死率和米饭口感，结果如表11。
表11脉冲微波对谷物综合品质的影响
由表11可知，用脉冲微波炉处理谷物，可使谷物含水量达到国家粮食储藏标准，同时可以彻底杀死米象和霉菌，保证米饭口感，并且谷物温度不高，增碎率较低。
Claims (4)
1.一种脉冲微波干燥谷物防治仓储害虫和霉菌的保鲜方法，其特征在于：在谷物储藏之前，增加脉冲微波干燥工序和冷却工序，所述的脉冲微波干燥工序中的微波脉宽为0.01s～3000s，脉冲间歇时间为0.01s～3000s，脉冲处理总时间为1～120min，使谷物出微波炉的温度为42～60℃，谷物出微波炉的含水量小于14%；所述的冷却工序采用自然冷却或真空冷却或流化床冷却。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的谷物包括稻米、小麦、豆类、玉米和面粉。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的仓储害虫包括赤拟谷盗和米象。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的霉菌包括寄生曲霉。
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