اثر دمای خشک کن و رطوبت نهایی شلتوک بر شکستگی دانه سه رقم برنج

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

محقق موسسه تحقیقات برنج کشور- معاونت مازندران

چکیده

    شلتوک در فصل برداشت رطوبت بالایی دارد که برای نگهداری مناسب نیست. از این رو باید رطوبت را به زیر 14%  رساند و برای نگهداری طولانی تر حتی به 12%  نیز می رسانند. در این پروژه از روش خشک کن بستر ثابت آزمایشگاهی برای خشک کردن شلتوک سه رقم فجر، شفق و شیرودی و مطالعه تاثیر دما و رطوبت های مختلف بر درصد خرد و ترک آنها استفاده شده است. دماهای مورد استفاده 40، 50 و C ˚60   و رطوبت نهایی 12 و 10% و در قالب طرح کاملا تصادفی با سه تکرار بوده است.
    بین ترک و فاکتورهای مورد بررسی رابطه معنی داری وجود نداشت . اما درصد خرد شدن با فاکتورها رابطه معنی دار ی داشت. میزان خرد در رطوبت 10% نسبت به رطوبت 12% در همه رقم ها کمتر بوده است. دمای بالا نیز در بعضی از رقم ها باعث افزایش میزان خرد شده بود اما در بعضی دیگر تفاوت معنی داری ایجاد نکرده بود. علت این تفاوت ها متفاوت بودن رطوبت اولیه شلتوک ها بوده است رقم شفق رطوبت اولیه 17% و دو رقم دیگر رطوبت 15% داشتند به همین دلیل شفق در دمای
C ˚60   بالاترین خرد را داشت اما رقم فجر و شیرودی تفاوتی از نظر درصد خرد در دماهای مختلف نداشتند. هر رقمی که رطوبت اولیه بالاتری داشته باشد به دمای خشک کردن حساس ترخواهد بود.

مقدمه

    برنج غذای اصلی بسیاری از مردم جهان و تامین کننده مقادیر زیادی از کالری مورد نیاز مصرف‌کنندگان است و به همراه گندم وذرت جزء سه غله مهم محسوب می ‌شود (13). به دلیل مصرف مستقیم برنج ، درصد خرد آن عامل مهمی است. عوامل مختلفی بر درصد خرده برنج تاثیرگذارند از جمله واریته، عوامل محیطی در طول دوره رشد و برداشت و نوع خشک کردن. از این بین میزان مطلوب خشک‌کردن نقش مهمی دارد که خود به نوع رقم، رطوبت اولیه، درجه حرارت، رطوبت نسبی وروش خشک‌کردن بستگی داشته و همه این فاکتورها در راندمان برنج سالم و خرده برنج تاثیرگذارند ( 9).

    در اکثر کارخانجات کشور به مساله مطلوب خشک‌کردن و تبدیل به درستی توجه نمی‌شود برای مثال استفاده از پوست‌کن تیغه‌ای به جای نوع غلطک لاستیکی موجب افزایش خرده‌ برنج می‌شود دلیل اینکار دیرتر خراب شدن غلطک‌های تیغه‌ای نسبت به لاستیکی و وابستگی به واردات غلطک‌های لاستیکی می‌باشد. همچنین ارتفاع نامناسب شلتوک در خشک‌کن‌های بستر ثابت که به 1 تا2 متر می‌رسد و به این ترتیب لایه‌های زیرین بیش از اندازه خشک شده در حالیکه که لایه‌های بالایی هنوز رطوبت بیشتری دارند و این خود عاملی برای ترک برداشتن دانه برنج است. بحث استفاده از خشک‌کن‌های جریان مداوم نیز مطرح است اما به دلیل قیمت بالای دستگاهها این طرح نیز به کندی پیش می‌رود (1).

    شلتوک در فصل برداشت رطوبتی بین 26 – 18% دارد برای جلوگیری از فساد آن باید رطوبت کم شود تا بدین وسیله تنفس کاهش یافته و فعالیت کپک‌ها محدود شود برای این منظور رطوبت به زیر 14% کاهش می یابد (10).

روش های مختلفی برای خشک کردن شلتوک وجود دارد از جمله خشک‌کردن چندمرحله‌ای و استراحت دادن به شلتوک که باعث صرفه جویی در مصرف انرژی و بهتر شدن کیفیت محصول می شود. برای خشک‌کردن چند مرحله‌ای شلتوک را در رطوبت های بالا ( بالای 20%) برداشت می‌کنند. و از دمای بالا برای رساندن رطوبت تا 18% استفاده می‌کنند سپس به شلتوک استراحت داده و بعد در دمای کمتر، رطوبت را به زیر 14% می رسانند. امروزه از خشک‌کن بستر متحرک برای کاهش رطوبت تا 18% واز  دما‌های بالا (تا C ˚150) استفاده می‌نمایند. فواید این خشک‌کن ها: توزیع یکنواخت رطوبت، افزایش سرعت خشک‌ کردن، کاهش مصرف انرژی، بهبود کیفیت دانه و نتیجه مهم افزایش راندمان برنج سالم است (16).

     خشک‌کن های مجهز به سیستم‌های مادون قرمز هم برای خشک‌کردن دانه‌های آفت‌زده و میکروبی کاربرد دارد. در این سیستم از دمای C ˚70 - 60  برای خشک کردن استفاده می‌شود سپس به شلتوک استراحت می دهند تا به آهستگی سردشده و ترک ایجاد نشود (14).

    اکورتا و همکاران(5) شلتوک برنج را به سه روش یک، دو و سه مرحله‌ای خشک کردند. و نتیجه گرفتند که در خشک‌کردن یک مرحله‌ای درصد ترک بیشتر و در چند مرحله‌ای درصد ترک کمتر بوده است. نکته جالب در این تحقیق این بوده است که الزاما افزایش ترک موجب افزایش خرده رنج نشده بود. اگر دمای استراحت‌دهی بالا و تقریبا به اندازه دمای خشک‌کردن باشد حتی یک مرحله‌ای نیز نتایج قابل قبولی می‌دهد و تفاوت چندانی از نظر خرده برنج با چند مرحله‌ای نخواهد داشت و علت آن عبور نکردن مداوم از دمای انتقال شیشه‌ای  بیان شده است.

   . دمای انتقال شیشه ای برای برنج بین 24 تا 78 درجه سانتی‌گراد می‌باشد و رابطه معکوس خطی با رطوبت شلتوک دارد. در زیر این دما شلتوک به حالت شیشه‌ای و در بالای این دما حالت پلاستیکی دارد در صورتیکه دمای اولیه خشک کن بالاتر از دمای انتقال باشد و در پایان شلتوک با دمای محیط که پایین‌تر از دمای خشک‌کن است مواجه شود از حالت پلاستیکی به حالت شیشه‌ای در‌می‌آید و چون این دو منطقه ضریب انبساط حرارتی متفاوتی با هم دارند در نتیجه تحت استرس وارده در اثر جابجایی رطوبت، شلتوک ترک برمی‌دارد. بنابراین هرچه دمای استراحت‌دهی( دمای بعد خشک‌کن) بالاتر باشد و شلتوک آهسته تر خنک شود، رطوبت آرامتر جابجا شده و ترک کمتری ایجاد می‌شود و برنج سالم بیشتری خواهیم داشت اگر قرار باشد از خشک‌کردن یک مرحله‌ای استفاده شود و شرایط استراحت‌دهی نیز وجود نداشته باشد یا دمای محیط باشد، معمولا دمای زیر C ˚50 توصیه می شود چون در بالاتر از این دما مشکل عبور مکرر از دمای شیشه ای و خروج از آن وجود خواهد داشت که منجر به درصد خرد بالاتری می شود. در مورد ترک در برنج نیز عوامل مختلفی نظیر ترک در مزرعه ، حین برداشت و در مرحله خشک‌کردن و بعد آن بیان شده است. در مرحله خشک‌کردن با رعایت نکات گفته شده در بالا می‌توان میزان آنرا به حداقل رساند(5،6،7،11،13).

    در داخل کشور نیز به دلیل متداول بودن سیستم خشک‌کن بستر ثابت تقریبا بیشتر محققین از این نوع خشک‌کن و خشک‌کردن یک مرحله‌ای استفاده کردند.

    خوش‌ضمیر(2) با مطالعه بر روی سه رقم خزر، سپیدرود و بینام به ترتیب دمای 35، 45 و 40درجه سانتی‌گراد و رطوبت  12-11%، 14-13 % و 12-11 %  را مناسب برای تبدیل تعیین نمود. عارفی(3) با مطالعه بر ارقام آمل3 و هراز به ترتیب دمای 35 و 40 درجه سانتی‌گراد و رطوبت مناسب را 11-10 % ذکر نمود. تجددی طلب (1) به این نتیجه دست یافت که با افزایش دمای خشک‌کن در مورد رقم علی‌کاظمی خرد بیشتری حاصل می‌شود. برای این رقم دمای C˚ 35 و رطوبت 10-9 % را پیشنهاد داد. و در خشک‌کردن چند مرحله‌ای رقم خزر پی برد که در این روش موجب کاهش درصد خرد و یا به بیان دیگر افزایش درصد برنج سالم می‌شود. هدایتی پور(4) برای ارقام فجر، ندا و ساحل دمای C ˚40 و رطوبت 11-10 % را پیشنهاد نمود.

    در این پرو‍ژه سه رقم شیرودی، شفق و فجر در سه دمای مختلف خشک‌کردن تا رسیدن به دو سطح رطوبت مورد مطالعه قرارگرفت.  تاثیر دما‌های 40، 50 و 60 درجه سانتی‌گراد برای دو سطح  رطوبتی 10 و 12 % بر درصد برنج سالم و میزان ترک دار بودن مورد بررسی قرار گرفت.

مواد و روش‌ها

  10 کیلوگرم  شلتوک سه رقم شیرودی، شفق و فجر از مزرعه معاونت موسسه  تحقیقات برنج کشور که مدیریت زراعی مربوط به خود را داشتند، برداشت شد. بعد از جدا کردن ناخالصی‌ها توسط دستگاه بوجار نمونه ها با خشک‌کن خشک گردیدند. نوع خشک‌کن بکار رفته بستر ثابت آزمایشگاهی بوده، دارای چهار خانه به ظرفیت 4 کیلوگرم بود که با نیروی برق کار می کرد . همچنین قابلیت تنظیم دمارا داشته و سرعت باد آن نیز قابل تنظیم بوده است. دستگاه در دماهای مورد نظر که 40، 50 و 60 درجه سانتی گراد بودتنظیم می شد و در صفحه مانیتور دستگاه نمایش داده می شد سرعت باد قبل از شروع خشک‌کردن با بادسنج 2 متر بر ثانیه تنظیم ‌شد( مارک Lutron AM- 4202کشور تایوان). قطر لایه شلتوک حدود 10 سانتی‌متر در هر محفظه خشک‌کن در نظر گرفته شد زیرا تا این ارتفاع شلتوک به طور یکنواخت خشک می شود (1 ). برای هر دما مقدار کافی شلتوک در خشک‌کن ریخته شده و در زمان‌های معین با رطوبت‌سنج، رطوبت آن اندازه‌گیری می‌شد تا به رطوبت 12 % و 10 % برسند. رطوبت اولیه شلتوک نیز اندازه‌گیری شد. پس از رسیدن به رطوبت مورد نظر برای اندازه‌گیری درصد خرده برنج، نمونه با پوست‌کن غلطک لاستیکی مارک ساتاکه ژاپن  به برنج قهوه‌ای تبدیل شده و بعد با دستگاه سفید‌کن مالشی مارک ساتاکه به ظرفیت 250 گرم به برنج سفید تبدیل ‌شد. مدت زمان سفید کردن برای همه تیمارها 5/1 دقیقه بود. برای شمارش ترک در برنج قهوه‌ای شلتوک خشک‌شده با دست پوست‌گیری می‌شد تا اثر دستگاههای تبدیل در نتیجه تاثیرگذار نباشد. آزمون‌ها در سه تکرار و در قالب طرح کاملا تصادفی انجام شد  و با نرم‌افزار SPSS مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.

درصد خرده برنج:

    مقدار 20 گرم از برنج سفید را برداشته و دانه‌های سالم از شکسته جدا شد. دانه‌هایی که طول آن از 4/3 طول کامل دانه کمتر بود بعنوان شکسته در نظر گرفته شد ( 5). و درصد خرده برنج با فرمول زیر محاسبه شد.

 درصد خرده برنج = وزن خرده برنج/ وزن برنج سفید × 100

 درصد برنج سالم نیز از تفاضل 100 از درصد خرده بدست می‌آید.

درصد ترک:

    100 عدد برنج قهوه‌ای را که با دست پوست‌گیری شد بر شیار دستگاه ترک‌بین قرار داده و با تابیدن نور از زیر دانه‌های ترک دیده مشاهده  و نتیجه بر حسب درصد دانه ترک دار ثبت شد(5).

 

 

نتایج

جدول 1- تجزیه واریانس درصد خرد سه رقم  فجر، شفق و شیرودی

منابع تغییر

درجه آزادی

میانگین مربعات فجر

میانگین مربعات شفق

میانگین مربعات شیرودی

دما

رطوبت

دما . رطوبت

 

2

1

2

 

569/17

111/194  **

914/1

 

686/89  **

115/68  *

099/7

 

086/1

483/18

939/4

* 95% معنی دار است

** 99% معنی دار است

جدول1 بیانگر آن است که خشک کردن تا سطح رطوبت پایین تر(10%)  تاثیر معنی داری بر درصد خرد دو رقم فجر و شفق داشت. جدول1-1  نشان دهنده آن است که رطوبت 10% میزان خرد کمتری در هر دو رقم فجر و شفق داشت . البته در رقم شیرودی هم این تاثیر وجود داشت اما از نظر آماری معنی دار نبود.

1-1 مقایسه میانگین اثر رطوبت بر درصد خرد رقم فجر و شفق

درصد رطوبت

درصد خرد فجر

درصد خرد شفق

10

12

200/43

76/49

7200/37

2725/41

 

جدول 1  بیانگر آن است که دما فقط بر درصد خرد رقم شفق تاثیر گذار بوده و نحوه اثر گذاری در جدول 1-2  نشان داده شد. مطابق این جدول  خشک کردن در دمای 40 و 50 درجه سانتی گراد تاثیر یکسانی بر درصد خرد داشت در حالیکه خشک کردن در دمای  60 درجه میزان خرده برنج را افزایش داده بود.

 

1-2 مقایسه میانگین اثر دما بر درصد خرد رقم شفق

دما

درصد خرد

1               2

40

50

60

4617/37

2083/37

3280/44

 

 

 

 

جدول 2- تجزیه واریانس درصد خرد و درصد ترک  سه رقم با هم

منابع تغییر

درجه آزادی

میانگین مربعات خرد

میانگین مربعات ترک

رقم

دما

رطوبت

رقم. دما

رقم. رطوبت

دما. رطوبت

رقم. دما. رطوبت

خطا

 

2

2

1

4

2

2

4

35

317/203    **

123/65  *

321/233  **

038/25

287/23

751/0

622/6

881/14

07/90  **

29/2

18/1

85/36

07/56  *

40/21

29/42

18/16

 

 

جدول 2 بیانگر آن است که بین سه رقم به طور کلی از نظر درصد خرد تفاوت معنی داری وجود دارد. در جدول 2-1  این تفاوت نشان داده شده به طوری که رقم شفق درصد خرد کمتری از دو رقم دیگر داشت. همچنین جدول 2 بیانگر آن است که دمای خشک کردن صرف نظر از نوع رقم  بر درصد خرد ارقام تاثیرگذار بوده که در جدول2-2 نشان داده شده است مطابق این جدول خشک کردن در دمای 60 درجه بالاترین میزان خرد را داشت. از جدول 2 استنباط می شود که رطوبت نهایی شلتوک نیز صرف نظر از نوع رقم بر درصد خردتاثیر گذار بود و در جدول 2-3 نشان داده شده، مطابق این جدول خشک کردن شلتوک تا سطح رطوبت 10% همواره درصد خرد کمتری در تبدیل داشته است.

 

2-1 مقایسه میانگین درصد خرد سه رقم

رقم

درصد خرد

1               2

شفق

شیرودی

فجر

3918/39

3456/44

4839/46

 

 

2-2 مقایسه میانگین اثر دما بر درصد خرد سه رقم

دما

درصد خرد

1               2

40

50

60

 

9761/41

8817/42

7147/45

 

 

2-3 مقایسه میانگین اثر رطوبت بر درصد خرد سه رقم

درصد رطوبت

درصد خرد

10

12

4174/41

6277/45

 

جدول 2 نشانگر آن است که بین ارقام از نظر میزان ترک تفاوت معنی دار وجود دارد. مطابق جدول 2-4 رقم فجر کمترین و رقم شفق بیشترین ترک را داشت و رقم شیرودی تفاوت معنی داری با دو رقم دیگر نداشت.

2-4 مقایسه میانگین درصد ترک سه رقم

رقم

درصد ترک

1               2

شفق

شیرودی

فجر

                            56/43

89/40                  89/40

11/39

 

 

بحث و نتیجه‌گیری

    با توجه به جدول1 دیده می شود که رطوبت شلتوک  بر درصد خرد هر سه رقم شفق، شیرودی و فجر تاثیر داشته است به طوریکه رطوبت 10% در همه موارد کمترین میزان خرد را داشت که در دو رقم شفق و فجر این تاثیر معنی دار بوده است. معمولا رطوبت شلتوک برای خشک کردن زیر 14% در نظر گرفته می شود. و برای نگهداری طولانی مدت حدود 12% را پیشنهاد می کنند.(5،12،14،16).  در واقع در اثر کاهش رطوبت تا 10% سختی دانه نسبت به رطوبت 12% افزایش یافته و مقاومت به خرد شدن حین عملیات تبدیل زیاد شده و به دنبال آن درصد خرد کاهش می یابد. 

درصد ترک در هر سه رقم با دما و رطوبت رابطه معنی داری نداشته است( بدلیل معنی دار نبودن از ذکر نتایج خودداری شده است). البته بین سه رقم از نظر میزان ترک تفاوت معنی داری وجود داشته است. رقم فجر تفاوت معنی داری با شفق داشت و شیرودی با هیچکدام از دو رقم تفاوت معنی داری نداشت (جدول 2-4 ). این درست بر خلاف انتظار بوده است چون رقم فجر که بالاترین میزان خرد را دارا بود کمترین میزان ترک را داشت.  البته در تحقیق اکوارتا و همکاران (5) هم الزاما بین ترک و درصد برنج سالم ارتباطی وجود نداشت یعنی با وجود افزایش ترک در رقم مورد بررسی درصد برنج سالم آن تغییری نکرده بود. نکته دیگر آن است که ما فقط ترک های موجود را می شماریم اما ممکن است ماهیت این ترک ها با هم متفاوت باشد و بعضی از ترک ها عمیق بوده و در حین فرایند تبدیل شکسته می شوند اما برخی از ترک ها سطحی بوده و حین تبدیل مقاومت می نمایند.

     در ارتباط با تاثیر دما از میان سه رقم فقط رقم شفق بود که به دمای خشک کن واکنش نشان داد یعنی در دمای C ْ60 بالاترین درصد خرد را داشت. اما دو رقم فجر و شیرودی در سه دمای 40، 50 و C ْ60 از نظر درصد خرد تفاوت معنی داری با هم  نداشتند. دلیل این امر در رطوبت اولیه رقم ها بوده است. رقم شفق رطوبت 17% و دو رقم دیگر رطوبت 14 تا 15% داشتند. نکته اساسی در خشک کردن شلتوک آن است که دائم شلتوک از خط دمای انتقال شیشه ای نگذرد و وارد فاز پلاستیکی و فاز شیشه ای نشود چون این عمل  ایجاد ترک و درصد خرد بیشتری می نماید(5،7،15). طبق منحنی دما انتقال شیشه ای هر چه رطوبت اولیه شلتوک بالاتر باشد به دمای پایین تری برای عبور نکردن از خط انتقال شیشه ای، جهت خشک کردن نیازمندیم(8،15). خصوصا این حالت در زمانی که خشک کردن یک مرحله ای است و مرحله استراحت دهی نداریم اهمیت بیشتری دارد چون شلتوک که بالای خط انتقال شیشه ای رفته بود یکباره در معرض دمای محیط قرار می گیرد و ازخط انتقال به زیر آمده و تغییر حالت ناگهانی سبب افزایش درصد خرد می شود. که درمورد رقم شفق این اتفاق افتاده است.

    در مقایسه کلی سه رقم با هم( جدول 2-1 )  می بینیم که دما و رطوبت اثر معنی داری بر درصد خرد داشته است و نوع رقم تاثیرگذار بوده است . از این بین رقم فجر درصد خرد بالاتری نسبت به دو رقم دیگر داشت که البته از نظر آماری تفاوت معنی داری با رقم شیرودی نداشت . میزان خرده برنج ارقام مختلف با یکسان فرض کردن شرایط خشک کردن و نحوه تبدیل متاثر از ژنتیک گیاه می باشد.

نتیجه گیری نهایی

 در واقع الگوی خشک کردن همه رقم ها تا حدود زیادی شبیه به هم است که بر اساس منحنی دمای انتقال شیشه ای توجیح پذیر می باشد. باید دید رطوبت اولیه شلتوک  مورد نظر چند است وسپس دمای مناسب برای خشک کردن را انتخاب نمود. هر چه رطوبت اولیه شلتوک بالاتر باشد دمای خشک کردن آن باید پایین تر در نظر گرفته شود (در خشک کردن یک مرحله ای ).

  1. تجددی طلب، کبری.(1384). بررسی ضایعات برنج پس از برداشت و ارائه راه کارهای کاهش آن. گزارش نهایی طرح، موسسه تحقیقات برنج کشور.##
  2. خوش ضمیر، علیرضا.(1372). تعیین درجه حرارت مناسب برای خشکاندن شلتوک در پروسه تبدیل برنج .گزارش موسسه تحقیقات برنج کشور. .##
  3. عارفی، حبیب اله.(1379). بررسی اثر دمای خشک کن و رطوبت شلتوک روی راندمان تبدیل ارقام آمل3 و هراز به برنج سفید. گزارش موسسه تحقیقات برنج کشور. .##
  4. هدایتی پور، ابو الفضل.(1382). بررسی تاثیر دمای خشک کن و رطوبت نهایی شلتوک بر درصد شکستگی و درصد دانه ترک دار در ارقام پر محصول استان مازندران. گزارش موسسه تحقیقات برنج کشور. .##

 

  1. Aquerreta, J., Iguaz, A., Arroqui, C., and Virseda, P. (2007). Effect of high   temperature intermittent drying and tempering on rough rice quality. J. of Food Engineering, 80,611-618. .##
  2. Bonazzi, C., Du Peuty, M.A. and Themlin, A. (1997). Influence of drying condition on the processing quality of rough rice. Drying Technology, 15(384), 1141-1157. .##
  3. Cnossen, A.G., Jimenes, M.J. and Siebenmorgen, T.J. (2002). Rice fissuring response to high drying and tempering temperatures. J of Food Engineering, 59, 61-69. .##
  4. Cnossen, A.G. and Siebenmorgen, T.J. (2000). The glass transition temperature concept in rice drying and tempering: effect on milling quality. Transaction of the ASAE 43(6), 1661-1667.  .##
  5. Fan, J. Siebenmorgen, T.J. and Yang, W. (2000). A study of head rice yield reduction of long and medium grain rice varieties in relation to various harvest and drying condition. ASAE, 43(6),1709-1714. .##
  6. Hall, C.W. ( 1970). Handling and storage of food grains in tropical and subtropical areas.FAO Agriculture Development paper No. 90. .##
  7. Iguaz, A., Rodrigues, M. and Viseda, P. (2006). Inflluence of handling and processing of rough rice on fissures and head rice yields. J. of Food Engineering, 77, 803-809. .##
  8. Juliano, B.O. (1985). Rice Chemistry and Technology, rough rice drying, (pp.233-259). Minnesota, USA. AACC Inc. .##
  9. Luh, B.S. (1991). Rice Production. 2nd ed. New York, Van Nostrand Reinhold.##
  10. Pan, Z., Khir, R., Godfrey, L.D., Lewis, R., Thompson, J.F., and Salim, A. (2008). Feasibility of simultaneous rough rice drying and disinfections by infrared radiation heating and rice milling quality. J. of Food Engineering, 84, 469-479.
  11. Siebenmorgen, T.J. and Truitt, E.E. (2005). Recent advances in rough rice drying: application of glass transition principles. Stewart Postharvest Review, 4:9. .##
  12. Wiset, L.G., Srzednicki, R., Driscoll, C., and  Siwaponak, P. (2001). Effect of high temperature drying on rice quality. Agricultural Engineering International: The CIGR J. of Sci. Reasearch and Development. Vol Ш.##