第 1 章 文獻綜述

1.1 課題研究目的與意義
中國是一個人口眾多的國家，同時也是一個自然災(zāi)害頻發(fā)的國家，2003 年的“非典”、2008 年汶川地震、2013 年的雅安地震及 H1N1 流感病毒蔓延等事件對人民的正常生活造成了極大影響，同時這些突發(fā)事件帶來的應(yīng)急狀態(tài)下成品糧供應(yīng)不足，也引發(fā)了一系列問題。而目前我國糧油倉儲設(shè)施建設(shè)仍不平衡，應(yīng)急保障能力薄弱，糧食物流“瓶頸”尚未突破，比如成品糧應(yīng)急儲備庫建設(shè)的相關(guān)技術(shù)、糧食現(xiàn)代物流尤其是成品糧（半成品糧）流通等技術(shù)問題，仍沒有取得實質(zhì)性的突破。國家對糧油的宏觀調(diào)控也要求各地特別是主銷區(qū)和庫存薄弱地區(qū)，要根據(jù)市場需求及糧食應(yīng)急需要，進一步充實成品糧油地方儲備庫存，增強市場調(diào)控能力。京、津、滬等大中城市及敏感地區(qū)，要適當增加小包裝成品糧油應(yīng)急儲備數(shù)量。李克強總理指出，要做好“廣積糧、積好糧、好積糧”三篇文章。因此，做好成品糧的應(yīng)急儲備，顯得更為重要。
近年來，隨著人們生活水平不斷提高，人們對大米的食用品質(zhì)及食用安全性要求越來越高。如何做好稻米在儲藏、加工、市場流通等環(huán)節(jié)的防控減損工作已顯得尤為重要。大米水分控制在 15.5%~16.5%蒸煮米飯保持較高的食味值[1]，能保證整精米率及保持米的質(zhì)構(gòu)和酶活力，增加米飯的食味品質(zhì)，且水分偏高的大米的食味值要高于水分低的大米。馬濤等[2]研究表明較高水分的糙米較低水分糙米的食味值偏高，對中高水分的稻谷加水，糙米食味值略有增加但變化不明顯。因此保持大米本身的水分對大米的食味值非常重要。大米自身的水分保證米粒自身充足的結(jié)合水，使米粒的親水凝膠顆�？臻g結(jié)構(gòu)不被破壞。馬濤等[2]的研究表明當米粒本身含水量低于 14%，米粒吸水時腹部急速吸水與背部產(chǎn)生水分差，兩部分體積產(chǎn)生偏差瞬間引起表面龜裂，即開花現(xiàn)象，使米粒失去彈性。楊國劍[3]的研究表明，水分 11%的稻谷較 14%的稻谷整精米率下降 5%-6%，同時指出，儲存期稻谷水分的喪失，會導(dǎo)致一些對水分有依賴的微量元素、營養(yǎng)成分發(fā)生變化，導(dǎo)致稻谷干枯易碎。包金陽等[4]研究表明高水分糙米比低水分糙米有較高的食味值，但儲存過程中的品質(zhì)劣變速度也顯著高于低水分糙米。因此合理控制大米的含水量及儲存方式以達到既能兼顧大米安全儲藏又能保證其加工品質(zhì)及食味品質(zhì)，減少大米損失，消除劣變大米對消費者造成的安全隱患，同時提高企業(yè)經(jīng)濟效益，具有重要的現(xiàn)實意義。
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1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1 大米儲藏保鮮技術(shù)研究進展
我國稻米產(chǎn)量居世界第一，是大米的主要消費大國，據(jù) 2012 年中國統(tǒng)計年鑒，我國水稻種植面積占總耕地面積的 18.52%，種植范圍廣，產(chǎn)量達 20 100 萬噸，位居世界之首。國家糧油信息中心預(yù)測，2012 至 2013 年度，中國稻谷消費量為 20 150萬噸，較上年度增加 310 萬噸，增幅為 1.5%，首超 2 億噸，稻米的生產(chǎn)、需求及進口均呈增加之勢。2012 年，中國大米進口量同比增長超過 4.5 倍，達到創(chuàng)紀錄的 260 萬噸，這使中國成為僅次于尼日利亞的全球第二大大米進口國。大米是一種多孔性介質(zhì)，比表面積大，是成品糧中最難保存的品類之一，由于稻殼和皮層在大米加工時均被去除，胚乳直接接觸外界環(huán)境，米粒是富含淀粉和蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)的親水膠體物，加之稻谷加工時的機械損傷，極易受濕、熱、氧、蟲、霉等影響而變質(zhì)，特別在高溫高濕條件下，大米陳化，霉變速度加快，酸度增加、黏性下降、品質(zhì)劣變[5]。因此，大米的儲藏保鮮技術(shù)一直是國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點。
大米保鮮是為了防止大米在倉儲、流通過程中生蟲、長霉以及延緩其陳化及品質(zhì)劣變速度。大米儲藏主要包括以下幾種方法：常溫儲藏、低溫儲藏(自然低溫和機械制冷)、氣調(diào)(自然缺氧、充 CO2、充 N2、真空)儲藏、化學(xué)儲藏等。目前，對于大包裝（25 Kg）大多采用常溫儲藏，部分采用低溫儲藏，氣調(diào)儲藏因?qū)Πb材料要求較高，主要用于一些家庭裝的小包裝（如 2.5 Kg、5 Kg、10 Kg）。化學(xué)儲藏因涉及藥物殘留問題，現(xiàn)已很少使用。一些新的保鮮技術(shù)如輻照技術(shù)、噴涂技術(shù)、納米技術(shù)和微波技術(shù)等已開始應(yīng)用研究，但應(yīng)用到大米實際流通過程的還不多見。
（1）常溫儲藏
常溫儲藏是目前應(yīng)用最廣泛也是較為普遍的大米儲藏方式，也是最不利于保質(zhì)保鮮的儲存方式。稻谷收獲后，通過自然干燥或干燥塔將大米干燥至安全水分以下，然后碾磨成大米包裝進行常溫保存等。常溫儲藏主要是利用大米的水分含量低，不容易滋生霉菌，延緩大米品質(zhì)劣變。然而，常溫儲存與不同地域的氣候條件有很大關(guān)系，會造成大米失水或吸潮等一系列變化，繼而引發(fā)品質(zhì)劣變。采用這種方法大米的量與質(zhì)的損失都比較嚴重，且容易滋生微生物和遭到蟲害、鼠害等外界因素的危害。
（2）低溫儲藏
糧食低溫儲藏是利用自然低溫條件或通過機械制冷設(shè)備，降低儲糧環(huán)境溫度，確保糧食在儲藏期間的糧堆溫度維持在低溫(15℃)或準低溫(20℃)下的一種糧食儲藏技術(shù)。低溫儲藏應(yīng)充分發(fā)揮各項儲糧技術(shù)措施的綜合優(yōu)勢，靈活運用自然低溫，結(jié)合適時通風和機械制冷等技術(shù)的協(xié)同效應(yīng)。同時在實施低溫儲藏過程中，引入遠程監(jiān)控等智能化信息裝備，實時檢測和自動分析糧堆內(nèi)外溫度、濕度等各參數(shù)的變化情況[6]。低溫儲藏對于大米的儲藏保鮮具有明顯的優(yōu)越性：低溫減弱大米糧堆的生命活動，可有效解決大米度夏難的問題，并且可作為處理高水分大米的應(yīng)急手段；總之，低溫儲藏是目前公認的有效的和符合綠色環(huán)保要求的儲藏保鮮技術(shù)，從長遠來看，有很好的經(jīng)濟和社會效益。
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第 2 章 不同儲存條件大米品質(zhì)變化

引言
一般水稻加工時水稻整體水分在 13%-15%之間，脫殼碾磨之后，成品米的水分在 15.5%左右。目前的研究表明較高水分的大米制米過程中的整精米率會有較大提高，適度加工等，出米率高，本身口感、新鮮度也比低水分時好，營養(yǎng)價值高，市場價格高，企業(yè)效益好。在可能的條件下需要低溫、準低溫儲糧，才能起到較好的保水保質(zhì)效果。因此本文以較高水分大米為試驗材料研究其在低溫、準低溫及其它條件下的品質(zhì)變化�？疾熘笜酥饕斜碚鞔竺灼焚|(zhì)的敏感指標水分、脂肪酸值、直鏈淀粉及感官指標、色差值，蒸煮米飯質(zhì)構(gòu)指標及米粒在不同儲藏環(huán)境下微觀結(jié)構(gòu)的變化，霉菌及毒素幾個方面考察大米的品質(zhì)變化。

2.1 試驗材料與方法
2.1.1 試驗材料
（1）試驗原料
臨稻 16：粳型常規(guī)水稻，2012 年 10 月中旬采購于濟南市歷城區(qū)華山鎮(zhèn)，經(jīng)齊河縣國家軍糧儲備庫加工成試驗大米。由北京古船米業(yè)提供的 25 Kg 塑料編織袋包裝。
龍粳 31：粳型常規(guī)水稻。2012 年中旬購于黑龍江建三江農(nóng)場，委托黑龍江建三江益華米業(yè)加工成試驗大米。由北京古船米業(yè)提供的 25 Kg 塑料編織袋包裝。
七星一號：清香型中長粒米。2012 年中旬購于黑龍江建三江農(nóng)場，委托黑龍江建三江益華米業(yè)加工成試驗大米。由北京古船米業(yè)提供的 25 Kg 塑料編織袋包裝。
（2）主要儀器與設(shè)備

2.1.2 試驗方法
1．化學(xué)指標測定水分測定方法：GB/T 21305-2007《谷物及谷物制品水分的測定》及參考 ASAE 標準。
脂肪酸值測定：按照 GB/T20569-2006《稻谷儲藏品質(zhì)判定規(guī)則》的附錄 A 稻谷脂肪酸值測定方法進行。
蛋白質(zhì)測定方法：GB 5009.5-2010《食品中蛋白質(zhì)的測定》第二法：分光光度法及近紅外光譜法。
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2.2 試驗結(jié)果分析
2.2.1 儲存條件對大米水分的影響

同一時間段下，經(jīng)方差分析，低溫庫內(nèi)變低溫儲存大米的水分與常溫對照儲存大米的水分存在極顯著差異（P<0.01）。常溫對照大米冬春季節(jié)因受外界低溫低濕條件影響嚴重失水，每一儲存階段降水都呈極顯著差異，較高水分大米臨稻 16和七星一號在儲存的第一個月水分已經(jīng)降至 15.5%以下，高水分大米龍粳 31（初始水分 17.54%），在儲存的第三個月水分降至 15.5%以下。同一儲藏條件下，三品種大米不同時間段內(nèi)試驗組低溫儲存大米總體降水緩慢，水分越高的大米，同一儲存條件降水幅度越大，儲存過程中，大米處于解吸狀態(tài)，不斷失水。低溫庫內(nèi)大米水分緩慢降低，在冬季的幾個月份每一階段降水不明顯，四月份以后當?shù)蜏貛靸?nèi)溫度上升到 15℃以后，每一階段降水差異極顯著（P<0.01），但總體降水量很低，經(jīng)過 10 個月的儲存三品種大米水分基本仍維持在 15.5%以上，達到很好的保水儲藏效果。因此，北方冬季儲糧主要是要合理控制儲存環(huán)境的濕度，以達到保水的儲藏效果，大米一旦出現(xiàn)大幅度降水，待環(huán)境溫濕度升高時，為達到與環(huán)境的濕度平衡，大米就會大幅度吸水，大米吸水程度與大米水分含量呈負相關(guān)。如圖 2-1 所示，常溫對照大米在 5 月份到 8 月份之間，隨外界環(huán)境溫濕度的升高，出現(xiàn)明顯的吸水過程，大米水分不斷增加，同時夏季高溫高濕環(huán)境造成霉菌滋生，霉菌的代謝活動產(chǎn)生大量水分也附著在米粒表面，導(dǎo)致大米品質(zhì)嚴重劣變，喪失食用價值及商品價值。因此，冬季常溫儲糧主要做好保水工作，而夏季控溫控濕是防止大米霉變的關(guān)鍵條件，較高水分大米過夏儲存環(huán)境必須采取控溫控濕的措施，或輔助其它的保鮮技術(shù)手段。
三品種大米不同儲存條件下的水分如圖 2-2、2-3、2-4 所示。

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第 3 章 不同儲存條件大米微觀結(jié)構(gòu)觀察 ...........................................44
3.1 試驗材料與方法 .................................... 44
3.1.1 試驗材料 .......................................... 44
3.1.2 試驗方法 ...................................... 44
3.2 試驗結(jié)果分析 ............................................. 44
3.2.1 儲藏條件對米粒表面微觀結(jié)構(gòu)的影響 ................................................. 44
3.2.2 儲藏條件對米粒去胚部位微觀結(jié)構(gòu)的影響 ......................................... 45
3.2.3 儲藏條件對胚乳橫切面細胞表面微觀結(jié)構(gòu)的影響 ............................ 46
3.2.4 儲藏條件對胚乳橫切面淀粉粒微觀結(jié)構(gòu)的影響 ................................ 47
3.3 本章小結(jié) ......................................... 49 

第 4 章 低溫儲存大米出庫緩蘇試驗及 CFD 模擬研究

引言
糧溫與環(huán)境溫差較大的情況下，極易引起糧食結(jié)露或米粒出現(xiàn)裂紋，米粒裂紋會使碎米增多，商品價值降低，食用品質(zhì)下降。米粒迅速吸濕或迅速散濕都能造成大量爆腰，據(jù)試驗，水分 15.64%的粳米在相對濕度 50%的條件下平攤 8 h，降水 2.48%，爆腰率由 2%增加到 100%，水分 11%的糙米，在相對濕度 100%的條件下，經(jīng) 2 h 也全部爆腰[66]。劉木華等[67]從玻璃化轉(zhuǎn)變的角度解釋了米粒裂紋的產(chǎn)生機理：谷物在儲存等過程中，溫度的變化及水的增塑作用使谷物表面過渡到橡膠態(tài)。而未過渡到橡膠態(tài)的內(nèi)部則產(chǎn)生拉應(yīng)力，因此表面的很小變形足夠引起內(nèi)部很大拉應(yīng)力，裂紋很容易在物料內(nèi)部產(chǎn)生。如果裂紋從內(nèi)部生長到表面則引起顆粒破碎。
糧食作為一種熱不良導(dǎo)體，堆糧的導(dǎo)熱系數(shù)較低，不利于散熱或升溫。在溫、濕度差較大的成品糧進出倉過程中，采取“緩蘇”操作可有效避免結(jié)露或米粒裂紋的發(fā)生，即對糧食進行一段時間的緩慢升溫或降溫的溫度緩沖，同時伴隨微弱的濕熱傳遞。緩蘇過程要避免糧食的大幅度降水，不但要考慮溫度的影響，也應(yīng)考慮濕度的影響作用。對于低溫存儲的成品糧夏季出倉來說，由于庫內(nèi)較長時間儲存的糧食本身不存在溫差，糧食本身內(nèi)部不存在濕熱交換，糧食需要吸收周圍環(huán)境的暖氣流完成緩蘇，因此暖氣流的溫度很大程度上決定了緩蘇的效率。
將 CFD 技術(shù)用于緩蘇過程還未見報道。本文試圖用 CFD 模擬緩蘇過程，并通過試驗進行驗證。

4.1 試驗材料與方法
4.1.1 試驗材料
臨稻 16： 2012 年 10 月中旬采購于濟南市歷城區(qū)華山鎮(zhèn)，經(jīng)齊河縣國家軍糧儲備庫加工成試驗大米。
龍粳 31： 2012 年 10 月中旬購于黑龍江建三江農(nóng)場，委托黑龍江建三江益華米業(yè)加工成試驗大米。
七星一號： 2012 年中旬購于黑龍江建三江農(nóng)場，委托黑龍江建三江益華米業(yè)加工成試驗大米。
以上試驗大米統(tǒng)一由北京古船米業(yè)提供的 25 Kg 塑料編織袋包裝。從 11 月份開始儲存于低溫庫（15℃以下，60%-70%）中，2013 年 7 月中旬部分用于緩蘇試驗。
4.1.2 試驗方法
（1）霉菌菌落總數(shù)測定同 2.1.2
（2）水分測定方法同 2.1.2
（3）細菌總數(shù)測定：GB/T 4789. 2-2003，食品衛(wèi)生的微生物學(xué)檢驗菌落總數(shù)的測定。
為探索最佳的緩蘇條件，即在最短的時間內(nèi)實現(xiàn)糧食內(nèi)外升溫，并且達到保水不結(jié)露的效果。首先以夏季單袋 25 Kg 包裝大米低溫儲存出庫展開試驗：傳感器分布如下：

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第 5 章 結(jié)論與展望

5.1 結(jié)論
（1）三品種大米經(jīng)過 10 個月的儲存后，一定濕度條件下，低溫存儲大米（15℃以下）水分呈現(xiàn)緩慢的失水趨勢，仍維持在 15.5%以上。較高水分大米在低溫(15℃以下)、維持一定濕度條件下（60%-70%之間），儲存 10 個月可以達到保水保質(zhì)的儲存效果；在儲存 5 個月后，脂肪酸值急劇增加，品質(zhì)仍宜存。較高水分大米冬季儲存可以達到保質(zhì)的目的，但失水較為嚴重。較高水分大米夏季解除低溫后，一個月后發(fā)生霉變，因此，其市場流通需在一定溫濕度條件下才可以達到保水保質(zhì)的效果；一定濕度條件下，較短期的準低溫（20℃）儲存，不會造成較高水分大米發(fā)生嚴重品質(zhì)劣變；25℃，55%儲存，可以達到保質(zhì)的效果，但不能保水。因此通過有效地利用自然低溫，適當控制濕度，在高溫季節(jié)通過機械制冷控制在低溫、準低溫的儲存環(huán)境，可以達到保水保質(zhì)的儲存效果。
（2）儲藏期間大米蛋白質(zhì)和直鏈淀粉的含量幾乎不發(fā)生變化，以近紅外米粒食味計測定的食味值，可以區(qū)分不同單一品種大米的食味品質(zhì)，低溫儲存的三品種大米，食味值在不同的儲存段，差異不顯著（P>0.01），，而常溫對照組大米，7月份之后由于大米發(fā)生霉變，食味值下降，差異極顯著（P<0.01），但測得食味值仍較高，可能是經(jīng)紅外光譜測定食味值時，定標模型并未考慮霉變的大米所致。因此，單純依靠食味值不能準確判定大米的品質(zhì)，應(yīng)結(jié)合感官評定。儲存過程中大米 L 值降低，b 值升高，a 值變化不顯著，無明顯規(guī)律。蒸煮米飯的硬度增大，黏性、彈性下降，內(nèi)聚性略有增加。
（3）通過對米粒不同部位微觀結(jié)構(gòu)掃描，得出以下結(jié)論：儲藏過程中米粒表面及去胚部位裂紋空隙增大，淀粉粒裸露，易造成霉菌滋生，加工程度影響大米的儲藏特性，大米自身的水分變化影響大米表面的微觀結(jié)構(gòu)。胚乳橫切面蛋白質(zhì)膜包裹的復(fù)合淀粉體周圍分布眾多小孔，隨著儲藏時間的延長，小孔增多變大，并且細胞表面被包裹的復(fù)合淀粉體之間的界限變得模糊，蛋白質(zhì)膜明顯翹起。15℃儲藏，胚乳細胞表面及淀粉粒的排布變化不明顯，20℃以上儲存及自然儲存大米微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變化。由此推斷，米粒表面、去胚部及胚乳橫切面的變化可能與儲藏過程中發(fā)生的氧化和過氧化作用有關(guān)。
（4）低溫儲存大米出庫緩蘇過程，梯度升溫過程與米袋內(nèi)溫濕度變化呈現(xiàn)一定規(guī)律，可以用 Peel-Reed 模型擬合。通過 CFD 軟件模擬緩蘇過程的溫度變化，模擬值和試驗值出現(xiàn)相似的變化規(guī)律，但在三個不同的位置，模擬值均高于試驗值�？赡芘c選定的算法及測定的大米的物性參數(shù)有關(guān)，另外傳感器的精度也會影響試驗的精確性。由對比結(jié)果可知，選用 CFD 可以預(yù)測大米緩蘇過程的升溫過程，直觀顯示升溫過程米袋內(nèi)部的溫度變化情況，可節(jié)約溫濕度傳感器的布點數(shù)量。
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參考文獻（略）

本文編號：11961