小米吸水動(dòng)力學(xué)研究

西農業(yè)科學(xué)2015,43(9):116-111,1126Journal of Shanxi Agricultural Sciencesdoi:10.3969/iss1002-2481.201509.12小米吸水動(dòng)力學(xué)研究單璐,冀佩雙,吳桐,呂國濤,張麗珍(山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院山西太原030006摘要:運用 Peleg模型研究了小米在不同溫度和時(shí)間浸泡條件下的吸水性質(zhì),并對其吸水動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析。結果表明在浸泡的初始階段小米以很高的速率吸收水分隨后小米含水量的變化逐漸趨于平緩最后小米含水量達到平衡; Peleg方程對小米在不同溫度下的吸水過(guò)程能夠較好地擬合,R均大于099,且相對誤差均小于5%其中,速率常數K1與容量常數K2均隨溫度的升高而降低;將溫度與其對應的速率常數K進(jìn)行阿尼烏斯方程擬合,R2為097,擬合度較高并得到小米在浸泡過(guò)程中的活化能為11.003 kJ/mol關(guān)鍵詞:小米;水分吸收;Peeg方程;活化能中圖分類(lèi)號:S515文獻標識碼:A文章編號:1002-2481(2015)09-111604Study on the Water absorption during the Steeping of MilletSHAN Lu, JI Pei-shuang, WU Tong, LYU Guo-tao, ZHANG Li-zhenCollege of Life Sciences, Shanxi University, Taiyuan 030006, China)Abstract: Using the model of Peleg, absorption properties and kineties of millet were studied under diferent soaking temperatures(25-60C)and times(10 g-150 min). The results showed that millet absorbed water with a high rate at the initial stage of soaking, thenthe change of water content tended to flatten gradually, and finally millet moisture reached to balance. The millet water absorption curvefit the Peleg equation very well, different temperature correlation coefficients were above 0.99, and the relative errors were less than 5%In the Peleg model, the rate constant K, and capacity constant K, decreased with increasing of temperature. Furthermore, temperature andrate constant fitted the Arrhenius equation very well, the correlation coefficient was 0.97, at the same time, getting the millet activationenergy in soaking which was 11.003 kJ/moL.Key words: millet; water absorption; Peleg equation; activation energy谷子( Setaria italica(L) Beauv.)屬禾本科狗尾學(xué)進(jìn)行研究,為小米深加工時(shí)的浸泡過(guò)程提供理論草屬植物叫小米是谷子脫殼后的產(chǎn)物,營(yíng)養價(jià)值很依據。高且各種營(yíng)養元素比例適宜,消化率很高,在我國北方常被加工成稀飯食用深受人們的喜愛(ài)浸泡可1材料和方法以使水分進(jìn)入小米的內部,對加工過(guò)程中小米淀粉1.1試驗材料及儀器的糊化和制成品的口感產(chǎn)生一定的影響,其是小小米為市售的“汾珍”牌晉谷21號;去離子水;米在加工制作時(shí)必不可少的步驟,而合理的浸泡時(shí)ME204電子天平,梅特勒-托利多儀器(上海)有間與溫度則可以使小米充分吸水并減少小米水溶限公司;DHG-9040s電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱,寧波東性物質(zhì)的損失。 Peleg方程是描述農副產(chǎn)品吸水浸南儀器有限公司;HH4數顯恒溫水浴鍋,江蘇金泡時(shí)最常用的經(jīng)驗性模型,國內外學(xué)者運用 Peleg壇市環(huán)宇科學(xué)儀器廠(chǎng)。方程對糙米和發(fā)芽糙米、薏米水稻杏仁干1.2水分吸收面條以及不同豆類(lèi)P1等材料的吸水動(dòng)力學(xué)進(jìn)行取150mL的去離子水于250mL的錐形瓶,將研究,結果表明,方程能對吸水過(guò)程進(jìn)行較好擬合。錐形瓶置于水浴鍋中,在預設溫度下平衡05h準本試驗運用 Peleg方程模擬小米的水分吸附曲確稱(chēng)取顆粒完整飽滿(mǎn)的10000g小米置于錐形瓶線(xiàn),以確定小米的吸水特性,并對小米的吸水動(dòng)力中,溫度分別設置為25,30,40,50,60℃,在10s收稿日期:201506-09中國煤化工基金項目:“十二五”國家科技支撐計劃課題(2014BAD07B01);山西省國際科技合作項目作者簡(jiǎn)介:單璐(190-),女,山西古交人在讀碩士,研究方向植物功能成分研究及利見(jiàn)。CNMHG1116單璐等:小米吸水動(dòng)力學(xué)研究150min時(shí)間內定期取出小米,用濾紙吸干表面水溫度為60℃時(shí),小米含水量明顯高于其他溫度浸分,迅速稱(chēng)量,精確到00001g,重復3次,水分含泡;同一浸泡溫度下,小米的水分含量在0~20min量以樣品干基計。內快速增加,20~60min內水分含量變化逐漸平13Peeg方程的建立與參數的分析緩,60min后,小米的水分含量基本維持穩定。Peleg于1988年提出如下2個(gè)參數非指數的經(jīng)驗性方程式。M1=M±K+K,其中,M6(%)為110826,是樣品的初始含水25℃量;M(%)為樣品在t時(shí)刻的含水量;K1為速率常數(h·%1);K2為容量常數(%-)。式中的±取+,表示吸水,取-表示失水。將式(1)變形得到式(2),以t為自變量,(M-6080100120140160M)為因變量得到線(xiàn)性方程,該方程的截距和斜率圖1不同時(shí)間、溫度浸泡對小米水分含量的影響分別為速率常數K1與容量常數K2。探究不同溫度22小米吸水動(dòng)力學(xué)方程的建立與參數分析下 Peleg方程中2個(gè)參數與溫度的關(guān)系。從表1可以看出,不同溫度下,小米浸泡過(guò)程t=k1+k(2)中水分的吸收可以用 Peleg方程較好擬合,R2均大M1-M014 Arrhenius方程的擬合與活化能的計算于0.99,且相對誤差均小于5%。另外, Peleg方程中阿侖尼烏斯方程是一個(gè)反映化學(xué)反應速率常的參數K1與K2,隨著(zhù)溫度升高呈下降的趨勢,以溫數隨溫度變化關(guān)系的經(jīng)驗型公式。度為自變量,分別以2個(gè)參數為因變量擬合曲線(xiàn),可以得到K1與K2關(guān)于溫度良好的線(xiàn)性曲線(xiàn)(圖I=KexpI-E(3)2),線(xiàn)性方程分別如下。將式(3)變形得到式(4),以1T為自變量,hny=-3×105x+0.0037(R2=09891)(6)(1/K1)為因變量得到線(xiàn)性方程,可以得到小米吸水y=-0.000x+0.055(R2=08288)(7)過(guò)程的活化能E和頻率因子KPeleg方程中,K,K2分別為速率常數和容量常數,在小米的吸水過(guò)程中分別反映小米的吸水速率In=InKo-r與保水能力K1,K2均與溫度呈負相關(guān)關(guān)系,研究表該式中,K為頻率因子(h),E為活化能(k明,在溫度為25~60℃的范圍內,溫度越高,小米mol),R為氣體常數(8.3145kJ(molK),T為絕對吸水速率越高,且達到平衡時(shí)小米的含水量越大。溫度(K)。速率常數K1隨溫度上升而減小的趨勢與糙米、發(fā)1.5數據處理芽糙米、薏米門(mén)、鷹嘴豆門(mén)的報道結果相同,與糯用式(5)進(jìn)行相對誤差分析,以此來(lái)判定 Peleg米、秈米粳米和泰國香米則相反。容量常數K2方程的擬合程度與預測水平。隨時(shí)間的變化關(guān)系則暫無(wú)定論,K2隨溫度的升高而E=M-M變大或者變小的報道均可見(jiàn)。另外,Abu- GhannamM,×100%(5)等和 Maharaj等叮研究表明,溫度不會(huì )對K2產(chǎn)生式中,M表示試驗測定水分含量,n為某一溫影響, Sopade等和徐杰等對糙米的研究結果表度下所取時(shí)間點(diǎn)總個(gè)數M。為 Peleg方程預測值。明,溫度對K2產(chǎn)生的影響并不是恒定的。當E<10%時(shí), Peleg方程具有較好的擬合性和預將式(6)和式(7)帶入式(1)中,得到小米在測性。25~60℃內的吸水動(dòng)力學(xué)方程:M1=11.0826+t2結果與分析(0.0037-3×10T+(0.055-0.0002T))。其中11026為小米初始含水量M%),T為溫度(℃),21小米浸泡過(guò)程中水分含量的變化t為時(shí)間(h)。這個(gè)方程反映了浸泡過(guò)程中小米的水由圖1可知,浸泡可以使小米含水量明顯增分含量隨溫中國煤化工千可預測25加。浸泡相同時(shí)間溫度越高則含水量越大,當浸泡60℃浸泡減CNMH(量。1117山西農業(yè)科學(xué)2015年第43卷第9期表1小米在不同溫度下的Peeg方程及各參數溫度/℃K(h%)Peeg方程相對誤差%250:002900488M=11.0826+t(00029+00488t3.96500478M=11.0826+t(0.0028+0.0478t099931459000240.0472M=110826+(00024+0.0472)0002200458M=110826+t(00022+0.0458)99882.3000001800400M=11.0826+(00018+00400)099863x10°x+00037y=-0.0002x+005R2=098910.050R2=082880002000200.0400035溫度圖2小米Peeg方程參數K,K與溫度的關(guān)系23 Arrhenius方程的擬合與活化能在25~60℃下的吸水動(dòng)力學(xué)方程:M2=11.0826+阿侖尼烏斯方程式是反映速率常數K1與溫度t(00037-3×103T+(0055-00002T))。的關(guān)系式,以1T×103為自變量,n(K1)為因變量對速率常數K1與溫度進(jìn)行了阿侖尼烏斯方程擬合曲線(xiàn)如圖3所示得到擬合程度較高的線(xiàn)性方的擬合,相關(guān)系數為09744,經(jīng)計算得到浸泡過(guò)程程,相關(guān)系數為09744,由此可計算出小米在浸泡中小米吸水的活化能E為11003 kJ/mol過(guò)程中的活化能E為1.003kJ/mol,頻率因子K為285097h。從而得到了小米浸泡的阿侖尼烏斯魯考文獻:方程:1/K=285097×exp4如m,由此方程可進(jìn)[1] Zhang G, Liu X. Quan Z, et al. Genome sequence of foxtail millet步得到速率常數K1與溫度的關(guān)系。(Setaria italica)provides insights into grass evolution and biofuelpotential( Nature Biotechnology, 2012, 30(6): 549-556y=-1.3233x+10258[2] Muramatsu Y, Tagawa A, Sakaguchi E, et al. Water absorption char-R2=0.9744acteristics and volume changes of milled and brown rice duringsoaking J]. Cereal Chemistry, 2006, 83: 624-6316.[3] Akemi K, Horigane. Water penetration into flee grains during soak-ing observed by gradient echo magnetic resonance imaging [J]Jour-nal of Cereal Science, 2006. 44: 307-3165.7[4]徐杰張暉郭曉娜等糙米和發(fā)芽糙米吸水動(dòng)力學(xué)研究食3.3ITx 102品工業(yè)科技,2011,32(7):150-153圖3速率常數K與溫度的 Arrhen ius方程擬合[5]王輝胡國洲陳光靜等薏米吸水動(dòng)力學(xué)的實(shí)驗研究食品工業(yè)科技,2013,17(34):126-134.3結論[6] Bello M 0, Tolaba M P. Hydration kinetics of rice kernels undervacuum and pressure/J] Joumal of Food Engineer, 2008, 4: 1-19小米的吸水曲線(xiàn)符合經(jīng)典物質(zhì)的吸水曲線(xiàn),即714cm1H,KyhB, Kayisoglu S. Water absorption characte水分含量隨著(zhù)時(shí)間的延長(cháng)而不斷增加,呈現先快后tics of apricot kemels during soaking J) Joumal of Food Process En-gineering,2008,31(5):711-720慢逐漸平衡的趨勢。較高的溫度也可以使水分含量(8]嚴勇強李汴生阮征Pdg方程在油炸與熱風(fēng)干面條吸水性達到更高的飽和點(diǎn)比較中的應用現代食品科技,2013,29(1):107-11本研究結果表明, Peleg方程能夠很好地對在 9] Turhan M, Sayar S. Gunasekaran S. Application of Peleg model to25~60℃下小米的水分含量進(jìn)行擬合,相關(guān)系數study water absorption in chickpea during soaking [] Journal ofR2>0.99,水分的測量值與預測值間沒(méi)有顯著(zhù)差異Food Engineer,2002,53(2):153-159[10] Pan Z. Characteristics of soybeans as affected by soaking conditions(E<5%)。同時(shí)得到了 Peleg方程中速率常數K1和[]. LWT-Food Science and Technology, 2003, 36(1): 143-151容量常數K2與溫度的關(guān)系,二者與溫度均呈負相關(guān)(11 voglio D,中國煤化工 y pressurised關(guān)系,相關(guān)系數分別為09891和08288。得到小米CNMHG轉第1126頁(yè))1118山西農業(yè)科學(xué)2015年第43卷第9期發(fā)揮其最佳增產(chǎn)潛力。這與并單16號的特征特性難以推廣2。但并單16號玉米品種由于其脫水快及產(chǎn)量表現相適應。耐低溫灌漿、適宜密植、抗病性好,非常適宜在高寒3.1并單16號特征特性冷涼區種植。而起壟、補水機播、滲水膜覆蓋技術(shù)可并單16號屬特早熟玉米單交種。太原春播生以增墑、提溫、減少勞動(dòng)力成本,又能使玉米早熟育期102d,需≥10℃活動(dòng)積溫2100~2200℃。高產(chǎn),應該逐步在高寒冷涼區大力推廣明。因此,并株高260cm,穗位高110cm,適宜機械化播種和機單16號玉米品種結合起壟、補水機播、滲水膜覆蓋械化收獲。穗位低、出籽率高、品質(zhì)好、株型緊湊,適技術(shù)在山西省乃至全國高寒冷涼特早熟區進(jìn)行大宜密植,具有在較低溫度下灌漿速率高的生理特性。力推廣具有廣闊的前景和現實(shí)意義。32并單16號起壟、補水機播、滲水膜覆蓋處理增產(chǎn)原理參考文獻是起壟滲水膜壟側溝種可以在玉米生長(cháng)期1段運平田清震劉守渠等特早熟玉米種質(zhì)改良與耐低溫高有效地接納雨水,使得雨水徑流能夠有效接納到播產(chǎn)雜交種選育山西農業(yè)科學(xué),2007,35(6):4246[2]劉守渠,段運平特早熟玉米自交系農藝和產(chǎn)量性狀配合力分種溝內,減少蒸發(fā)和損失;二是機械補水播種可以析及其改良門(mén)]山西農業(yè)科學(xué),2012,40(11):114-1145,114提高出苗率,達到苗齊、苗壯;三是滲水薄膜在接納[3]段運平,劉守渠郭峰,等玉米品種并單16號的選育及高產(chǎn)栽雨水的同時(shí)減少蒸發(fā),提高地溫,促使玉米提早成培技術(shù)門(mén)中國種業(yè),2014(12):74-75熟,減少低溫損失,并在玉米生長(cháng)后期可以及時(shí)降4】周旭梅高旭東,何晶種植密度對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀的影響解,減少污染?？梢杂行У亟夥艅趧?dòng)力和減小勞動(dòng)河北農業(yè)科學(xué),2011,15(10):34-38[5]溫日宇郭耀東,劉建霞,等.不同密度和種植方式對玉米產(chǎn)量力成本。而普通薄膜覆蓋與陸地播種相比,雖然也的影響山西農業(yè)科學(xué),2011,39(8):814815能提高并單16號玉米的產(chǎn)量,但增產(chǎn)效果并不明[6]羅洋,鄭金玉鄭洪兵,等寬窄行與常規耕作方式下玉米種植顯。因為在降水較少的北方旱作區,普通薄膜不能密度的研究吉林農業(yè)科學(xué),2010,35(5):3-9使雨水有效下滲,特別是雨水較小的春季,薄膜上[7]王宏庭王斌趙萍萍等種植方式密度施肥量對玉米產(chǎn)量的雨水只能白白蒸發(fā)損失,雖能增溫,但不能增墑。和肥料利用率的影響門(mén)玉米科學(xué),2009,17(5:104-107.因此起壟、補水機播滲水膜處理是高寒旱作區玉8]成雪峰柴守璽張風(fēng)云河西綠洲灌區不同灌溉模式下春小麥主要農藝性狀與產(chǎn)量和WUE的灰色關(guān)聯(lián)分析識麥類(lèi)作物學(xué)米生產(chǎn)發(fā)展的一條有效途徑。報,2007,27(4):699-70433高寒冷涼區特早熟玉米發(fā)展思路及對策[9]蔣士強,董慕新農業(yè)測試分析團分析實(shí)驗室,1992,11(6):隨著(zhù)全球氣溫的逐漸變暖,玉米的種植區域向84-108.高海拔和高緯度地區延伸,特早熟玉米的種植面積101,董樹(shù)亭,張吉旺,謝發(fā)明建立玉米現代產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系加快玉將不斷擴大。但是,現有特早熟玉米品種主要存[11]袁斌,李?lèi)?ài)軍,鄭麗萍,等山西省早熟玉米品種發(fā)展策略門(mén)在的問(wèn)題一是大多數特早熟玉米品種營(yíng)養生長(cháng)期河北農業(yè)科學(xué),2014,18(4):16-19短,植株營(yíng)養體過(guò)小,籽粒產(chǎn)量太低,種植利潤過(guò)12]岳煥榮楊中民早熟玉米品種主要農藝性狀與產(chǎn)量相關(guān)研究低,造成群眾種植積極性不高。二是生育期稍長(cháng)山西農業(yè)科學(xué),1997,25(4):29-31.的特早熟玉米品種生育期積溫難以滿(mǎn)足其灌漿、成13]岳韓成衛孔曉民劉麗不同種植模式對玉米生長(cháng)發(fā)育、產(chǎn)量熟。后期易發(fā)病害造成籽粒小、容重低商品性差,及機械化收獲效率的影響玉米科學(xué),2012,206):89-93(上接第1118頁(yè))[15]余世鋒,馬鶯張海玲秈米粳米及泰國香米吸水性質(zhì)及其動(dòng)soaking process for the hydration and aromatisation of cannellini力學(xué)研究食品工業(yè)科技,2009,30(6):8690.beans[). Jourmal of Food Engineer, 2013, 116(3): 765-774[16] Abu-Ghannam N. Hydration kinetics of kidney beans(phaseolus[12] Ghafoor M. Ultrasound assisted hydration of navy beans(Phase-vulgaris L )[J] Jourmal of Food Science, 1997, 62: 520-523lusvulgoris )(J). Ultrason Sonochem, 2014, 21(1): 409-414[17] Maharaj V, Sankat C K Rehydration characteristics and quality of[13]Angela Kinetic of water adsorption in common bean: considerationsdehydrated dasheen leaves[J). Canadian Agricultural Engineeringon the suitability of peleg's model for describing bean hydration[J].2000,42:81-85joumal of Food Processing and Preservation, 2011, 35(4): 447-452. [18] SopadeP AS, Okonmah G N Modelling water absorp[14] Peleg M. An empirical model for the description of moisture sorp-中國煤化工 ties of cowpea duringtion curves[J Journal of Food Science, 1988,53: 1216-1219CNMHGOS1126·