现代工业技术在粮油储藏管理中的应用——以论微波技术为例

马志霞，刘松森

天津市大港区粮食购销有限公司，天津 300270

微波是指频率为300MHz～300GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1m（不含1m）～1mm 之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波的统称。微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”。微波作为一种电磁波也具有波粒二象性。微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收3个特性。对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而对金属类东西，则会反射微波。其在粮油储藏管理中，能使仓库内迅速产生大量的热量，有利于稻米的干燥，不使之发芽，从而有利于储存[1-2]。本文为此具体探讨了微波技术在稻米储存中的应用。

1 当前稻米储藏的主要方法

当前贮粮过程中主要采用敌敌畏熏蒸，或在粮食中投放杀虫剂，虽可使粮食免遭虫害，但对粮食和环境却造成不同程度的污染。现将安全可靠的贮粮方法介绍如下：1）晒粮：新打下的粮食，晒干到水分等于或低于贮粮要求的安全水分标准[3]；2）装缸：将事先备好的瓦缸清扫干净，把晒干的粮食装进缸里，距缸沿5cm时停装；3）铺纸：取旧报纸，剪成圆形，其直径与缸的内径相等，铺在缸中，以防止粮食被草木灰污染；4）撒灰：用粗箩或细筛把草木灰或作物秸秆灰箩细或筛细，撒到缸中，按实，厚5cm。近年来我国粮食科技自主创新能力显著增强，取得了一批重要科技成果。粮食储藏的应用技术已居于国际先进水平，解决了中国粮食储藏数量大，周期长，地域辽阔的储藏需求，生态储粮技术和7个储粮区域研究正在深化；深加工和综合利用技术为标志的粮油食品加工技术也取得了较快发展；生物杀虫剂、气调储粮技术、利用现代信息技术解决粮情检测和调控技术研究即将取得突破[4]。比如2010 我国最新研制成功的具有自主知识产权的“绿色环保粮食储藏新技术”，可解决高水分粮食在仓库内干燥、防霉、防虫等多年未解难题。粮食储备权威专家今天在此间通报这一重大成果时说，该技术一旦推广，每年可为国家节约近40亿元仓储费用[5]。

2 微波的性质

微波的基本性质通常呈现为穿透、吸收、信息性3个特性。对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而对金属类东西，则会反射微波。

2.1 穿透性

微波比其它用于辐射加热的电磁波，如红外线、远红外线等波长更长，因此具有更好的穿透性。微波透入介质时，由于介质损耗引起的介质温度的升高，使介质材料内部、外部几乎同时加热升温，形成体热源状态，大大缩短了常规加热中的热传导时间，且在条件为介质损耗因数与介质温度呈负相关关系时，稻米内外加热均匀一致。

2.2 吸收性

物质吸收微波的能力，主要由其介质损耗因数来决定。介质损耗因数大的物质对微波的吸收能力就强，相反，介质损耗因数小的物质吸收微波的能力也弱。由于各物质的损耗因数存在差异，微波加热就表现出选择性加热的特点。物质不同，产生的热效果也不同。水分子属极性分子，介电常数较大，其介质损耗因数也很大，对微波具有强吸收能力。而蛋白质、碳水化合物等的介电常数相对较小，其对微波的吸收能力比水小得多。因此，对于食品来说，含水量的多少对微波加热效果影响很大。

2.3 信息性

由于微波频率很高，所以在不大的相对带宽下，其可用的频带很宽，可达数百甚至上千兆赫兹。这是低频无线电波无法比拟的。这意味着微波的信息容量大，所以现代多路通信系统，包括卫星通信系统，几乎无例外都是工作在微波波段。另外，微波信号还可以提供相位信息，极化信息，多普勒频率信息。这在目标检测，遥感目标特征分析等应用中十分重要

3 微波对稻米储藏主要品质的影响

3.1 对淀粉的影响

我们知道，微波是频率在300 兆赫到300 千兆赫的电波，被加热介质稻米中的水分子是极性分子。它在快速变化的高频点磁场作用下，其极性取向将随着外电场的变化而变化。造成分子的运动秀相互摩擦效应，此时微波场的场能转化为介质内的热能，使稻米温度升高，产生热化和膨化等一系列物化过程而达到微波加热干燥的目的。淀粉是谷类食品的主要成分，谷类食品的品质与其淀粉含量、种类及存在状态密切相关[2]。有研究研究发现不同品种大米淀粉的微波效应不尽相同，在相同的微波条件下，微波功率对大米的直链淀粉含量影响不大，而对余赤米影响显著。

3.2 对蛋白质的影响

微波的量子能量还不够大，不足与改变物质分子的内部结构或破坏分子之间的键。再有物理学之道，分子原子核原子核在外加电磁场的周期力作用下所呈现的许多共振现象都发生在微波范围，因而微波为探索物质的内部结构和基本特性提供了有效的研究手段。为此微波对稻米中蛋白质的影响与稻米水分含量、微波时间及加热过程中稻米内部温度有关。研究表明，大豆水分含量增加，微波加热时大豆内部温度降低，其磷脂的损耗量也相应减少[1]。但长时间的微波加热会增加磷脂的损耗，其原因可能在于微波加热导致磷脂分解，并使磷脂与蛋白质或碳水化合物作用形成其它络合物。酶是一种蛋白质分子，受到微波作用能导致其活力的变化。大量的研究表明，在2 450MHz的频率下，微波对脂肪氧化酶、过氧化物酶、多酚氧化酶、胰蛋白酶、过氧化氢酶等酶具有很好的钝化效果，且微波能量越大，酶残余活性低，钝化效果越好，然而也有研究发现一定功率的微波能有效地激活白兰瓜种子萌发期的淀粉酶活力。

3.3 对脂类的影响

脂类主要包括脂肪、磷脂、糖脂等。脂肪分子是非极性分子，由.OH和脂肪酸的.COOH 相结合组成，不含有极性基团。因而单纯的脂肪分子对微波的吸收很少。磷脂和糖脂都是有极性的分子，对微波具有吸收作用。与低脂肪含量的稻米相比，对大豆、花生、油菜籽、葡萄种子等脂肪含量较高的稻米来说，其中的脂肪特性可能更易受到微波处理的影响。经微波处理后，提取的葡萄种子油共轭双烯值、过氧化值提高，大豆毛油的游离脂肪酸含量低、生育酚含量高且油色较浅，精炼损失少品质好。微波预处理稻米籽粒对稻米中脂肪酸的组成有一定影响，如芥酸和硫甙的含量降低，但影响不十分显著，棕榈酸、亚油酸、油酸、花生酸等特征性脂肪酸变化不显著，经红外光谱分析微波处理也不能改变稻米中脂肪酸的顺反式结构。

3.4 对防虫防霉的影响

微波杀菌是利用了电磁场的热效应和生物效应的共同作用的结果。微波对细菌的热效应是使蛋白质变化，使细菌失去营养，繁殖和生存的条件而死亡。微波对细菌的生物效应是微波电场改变细胞膜断面的电位分布，影响细胞膜周围电子和离子浓度，从而改变细胞膜的通透性能，细菌因此营养不良，不能正常新陈代谢，细胞结构功能紊乱，生长发育受到抑制而死亡。此外，微波能使细菌正常生长和稳定遗传繁殖的核酸[RNA]和脱氧核糖核酸[DNA]，是由若干氢键松弛，断裂和重组，从而诱发遗传基因突变，或染色体畸变甚至断裂。

3.5 对水分的影响

稻米含水量对稻米耐储藏时间和品质有显著影响。随着微波时间的延长，稻米的含水量逐渐下降，且微波剂量越大，水分含量下降速度越快。较低的水分含量有利于提高稻米的储藏稳定性。比如微波所产生的电磁场可加速被萃取组分的分子由固体内部向固液界面扩散的速率。例如，以水作溶剂时，在微波场的作用下，水分子由高速转动状态转变为激发态，这是一种高能量的不稳定状态。此时水分子或者汽化以加强萃取组分的驱动力，或者释放出自身多余的能量回到基态，所释放出的能量将传递给其他物质的分子，以加速其热运动，从而缩短萃取组分的分子由固体内部扩散至固液界面的时间，结果使萃取速率提高数倍，并能降低萃取温度，最大限度地保证萃取物的质量。

总之，微波与其他学科互相渗透而形成若干重要的边缘学科，其中如微波天文学、微波气象学、微波波谱学、量子电动力学、微波半导体电子学、微波超导电子学等，已经比较成熟。微波声学的研究和应用已经成为一个活跃的领域。在粮食储藏中，微波技术提高稻米的加工性能和储藏性能，改善大米的食用品质，值得临床推广。

[1]冯有胜，单振秀.微波对菜籽油部份理化卫生指标影响的研究[J].西南师范大学学报:自然科学版，2003，3(28)：505-507.

[2]胡小泓，梅亚莉，李丹.微波处理油菜籽对油脂品质影响的研究[J].食品科学，2006，27(1)：372-374.

[3]黄炜，陈凤，陈永军.高压静电场对大米食用品质的影响[J].粮食与饲料工业，2001(9)：7-9.

[4]金浩，孙肖冬，华祝田，等.不同储藏条件下稻米整精米率变化的研究[J].粮食储藏，2006(6)：42-44.

[5]李天真.原粮品质与整精米率相关性的研究[J].粮食流通技术，2005(3)：33-34.