苦蕎麥籽粒的物理學(xué)特性研究

李進(jìn)才，趙習(xí)姮，趙建城，陳銀煥，王 超

(1.天津大學(xué)化工學(xué)院，天津 300072； 2.天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300072； 3.中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院，北京 100083)

苦蕎麥籽粒的物理學(xué)特性研究

李進(jìn)才1，趙習(xí)姮2，趙建城3，陳銀煥1，王 超3

(1.天津大學(xué)化工學(xué)院，天津 300072； 2.天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300072； 3.中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院，北京 100083)

為了解苦蕎麥籽粒的物理學(xué)特性，檢測(cè)了不同生產(chǎn)地5個(gè)苦蕎麥品種的10個(gè)物理學(xué)特性。結(jié)果表明：籽含水率11.5%～13.9%，籽粒度2.6～3.0 mm、3.0～3.4 mm和3.4～3.8 mm的分級(jí)比率之和為88%～94%，仁色澤L*、a*和b*值分別為籽的1.2～2.8倍、1.4～2.5倍和1.8～10.9倍，籽千粒重17.0～21.8 g，籽和仁體積質(zhì)量分別為627～689 kg/m3和725～760 kg/m3，籽、殼和仁密度分別為1.10～1.18 g/cm3、0.66～0.71 g/cm3和1.24～1.33 g/cm3，殼和仁占籽質(zhì)量比率分別為26.3%～30.6%和69.4%～73.7%，殼厚度0.09～0.13 mm，殼仁間隙0.037～0.053 mm，仁硬度0.92～1.06 kg，這些物理學(xué)特性參數(shù)可用于苦蕎麥脫殼加工設(shè)備與技術(shù)研發(fā)；這10個(gè)物理學(xué)特性在不同生產(chǎn)地苦蕎麥品種間均有顯著性差異，揭示了不同苦蕎麥原料脫殼加工生產(chǎn)工藝調(diào)整的必要性。

苦蕎麥；籽粒；殼；仁；物理學(xué)特性

苦蕎麥(Fagopyrumtataricum(L.) Gaertn)為廖科蕎麥屬雙子葉植物，俗名苦蕎，籽粒富含礦物質(zhì)、黃酮、多酚和低聚糖等營(yíng)養(yǎng)成分[1]。近年來(lái)，隨著人們對(duì)健康重視程度的不斷提升，苦蕎麥作為營(yíng)養(yǎng)保健食品受到青睞，現(xiàn)在全國(guó)苦蕎麥種植面積約3.3×105hm2，總產(chǎn)量約5×105t?？嗍w麥籽粒有3條縱向腹溝，呈三棱錐形，殼較堅(jiān)韌，仁脆易碎，殼仁間隙小，加之我國(guó)苦蕎麥種植區(qū)域多，各區(qū)域的栽培品種不同，氣候和土壤條件以及栽培貯存管理等也有較大差異，使得苦蕎麥的脫殼加工有較大難度。采用傳統(tǒng)設(shè)備與技術(shù)的苦蕎麥脫殼加工方法，碎仁率很高，遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際需求[2]；也有采用濕潤(rùn)處理后迅速脫殼再快速烘干的方法[3]，但需要濕潤(rùn)和烘干設(shè)備與工序，脫殼加工效率低，成本也較高。脫殼加工是目前苦蕎麥產(chǎn)業(yè)發(fā)展主要瓶頸，亟待研發(fā)效率高、成本低和簡(jiǎn)便易行的苦蕎麥脫殼加工設(shè)備與技術(shù)。

同蕎麥和稻谷等一樣，苦蕎麥籽粒的一些物理學(xué)特性與脫殼加工有關(guān)，如籽含水率對(duì)脫殼加工效率和仁破碎率有較大影響[4]，籽粒度與脫殼加工工藝有關(guān)[5-6]，籽仁色澤可用于脫殼加工除去未脫殼籽粒的色選研發(fā)[5]，籽千粒重是反映脫殼加工苦蕎麥的重要品質(zhì)指標(biāo)[7-8]，籽仁體積質(zhì)量是脫殼加工前后大量庫(kù)存及運(yùn)輸?shù)闹匾獏?shù)，籽殼仁密度是脫殼加工中風(fēng)選分離的基礎(chǔ)參數(shù)[9-10]，殼仁占籽質(zhì)量比率可用于脫殼加工的效果檢測(cè)，殼厚度、殼仁間隙和仁硬度與脫殼加工的難易程度密切相關(guān)[11-12]。了解苦蕎麥脫殼加工相關(guān)的籽粒物理學(xué)特性，可以為苦蕎麥脫殼加工設(shè)備與技術(shù)研發(fā)，以及脫殼加工生產(chǎn)工藝調(diào)整等提供依據(jù)。本研究選用不同生產(chǎn)地的5個(gè)苦蕎麥品種，對(duì)與苦蕎麥脫殼加工相關(guān)的籽含水率、籽粒度、籽仁色澤、籽千粒重、籽仁體積質(zhì)量、籽殼仁密度、殼仁占籽質(zhì)量比率、殼厚度、殼仁間隙、仁硬度等10個(gè)物理學(xué)特性進(jìn)行了檢測(cè)與討論。

1 材料與方法

1.1供試材料

供試材料選取了不同生產(chǎn)地5個(gè)苦蕎麥品種的籽粒，品種“西蕎1號(hào)”(A)生產(chǎn)地為四川涼山，籽粒桃形黑色；品種“九江苦蕎”(B)生產(chǎn)地為江西九江，籽粒棱錐形刈安色；品種“通苦蕎1號(hào)”(C)生產(chǎn)地為內(nèi)蒙古通遼，籽粒長(zhǎng)棱錐形黃枯茶色；品種“鳳凰苦蕎”(D)生產(chǎn)地為湖南鳳凰，籽粒長(zhǎng)棱錐形黃檗色；品種“晉蕎麥(苦)5號(hào)”(E)生產(chǎn)地為山西晉中，籽粒棱錐形黑鐵色。

1.2檢測(cè)儀器

檢測(cè)儀器有電子天平、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、色彩色差儀、體視顯微鏡和臺(tái)式硬度計(jì)等，與李進(jìn)才等(2016)報(bào)告相同[12]。

1.3物理學(xué)特性檢測(cè)

苦蕎麥籽粒的籽含水率、籽粒度分級(jí)比率、籽仁色澤、籽千粒重、籽仁體積質(zhì)量、籽殼仁密度、殼仁占籽質(zhì)量比率、殼厚度、殼仁間隙、仁硬度等10個(gè)物理學(xué)特性的檢測(cè)方法，與李進(jìn)才等(2016)報(bào)告的方法相同[12]。

1.4數(shù)據(jù)分析

各物理學(xué)特性的測(cè)定值用軟件SPSS 19.0進(jìn)行顯著性差異分析，試驗(yàn)結(jié)果數(shù)值表示為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差”，不同品種間或品種內(nèi)粒度間的差異顯著性檢驗(yàn)采用Duncan法，以不同小寫(xiě)字母a、b、c、d和e表示在P<0.05水平差異顯著。

2 結(jié)果與討論

2.1籽含水率

苦蕎麥籽的含水率與殼韌性和仁脆性密切相關(guān)，含水率對(duì)脫殼加工效率和仁破碎率有顯著影響，而且同稻谷一樣也會(huì)有一個(gè)適宜脫殼加工的含水率存在[4]。不同生產(chǎn)地苦蕎麥品種的籽含水率見(jiàn)圖1。

圖1 不同生產(chǎn)地苦蕎麥品種的籽含水率

由圖1可知，苦蕎麥籽的含水率為11.5%～13.9%，其中品種B和D顯著高于品種A、C和E，品種A和C顯著高于品種E。這些結(jié)果表明，不同生產(chǎn)地苦蕎麥品種的籽含水率會(huì)有較大差異，可能是由于在干燥及貯藏時(shí)條件不同造成的，在苦蕎麥大量脫殼加工之前應(yīng)進(jìn)行含水率檢測(cè)。

2.2籽粒度分級(jí)比率

在蕎麥碾磨脫殼和揉搓脫殼加工中，為了降低仁破碎率，普遍采用籽粒度篩選分級(jí)后各級(jí)分別進(jìn)行脫殼加工的方法[5-6]。不同生產(chǎn)地苦蕎麥品種的籽粒度分級(jí)比率見(jiàn)圖2。

圖2 不同生產(chǎn)地苦蕎麥品種的籽粒度分級(jí)比率

由圖2可知，苦蕎麥籽粒度小于2.6 mm、2.6～3.0 mm、3.0～3.4 mm、3.4～3.8 mm、大于3.8 mm的分級(jí)比率分別為0%～11%、4%～55%、35%～64%、1%～40%、0%～10%，中間3級(jí)籽粒度的分級(jí)比率之和為88%～94%；同時(shí)可以看出各品種的籽粒度分級(jí)比率構(gòu)成有顯著不同。這些結(jié)果表明，不同生產(chǎn)地苦蕎麥品種的籽粒度分級(jí)比率會(huì)有較大差異，籽粒度分級(jí)比率高的粒度范圍，是脫殼加工的主要對(duì)象，對(duì)此進(jìn)行多級(jí)粒度篩選可降低仁破碎率。

2.3籽仁色澤

在蕎麥脫殼加工中，利用籽和仁的色澤差異，可將未脫殼籽粒除去[5]。不同生產(chǎn)地苦蕎麥品種的籽和仁色澤L*、a*、b*值見(jiàn)圖3。

圖3 不同生產(chǎn)地苦蕎麥品種的籽和仁色澤L*、a*、b*值

由圖3可知，苦蕎麥籽的色澤L*值為19.0～42.5，其中品種D顯著大于品種A、B、C和E，品種B顯著大于品種A、C和D，品種C顯著大于品種A和E，品種E顯著大于品種A，即品種D、B、C、E、A依次顯著減?。豢嗍w麥仁的色澤L*值為50.5～56.8，其中品種B大于品種A、D和E，品種A和C大于品種D；苦蕎麥仁的色澤L*值是其籽的1.2～2.8倍。

苦蕎麥籽的色澤a*值為3.74～7.62，不同品種之間的差異與L*一致，品種D、B、C、E、A依次顯著減??；苦蕎麥仁的色澤a*值為9.39～11.58，其中品種B、C和E大于品種A和D，品種D大于品種A；苦蕎麥仁的色澤a*值是其籽的1.4～2.5倍。

苦蕎麥籽的色澤b*值為2.33～14.75，不同品種之間的差異也與L*一致，品種D、B、C、E、A依次顯著減??；苦蕎麥仁的色澤b*值為25.4～27.9，其中品種E顯著大于品種A、B、C和D；苦蕎麥仁的色澤b*值是其籽的1.8～10.9倍。

這些結(jié)果表明，不同生產(chǎn)地苦蕎麥品種不僅籽的色澤會(huì)有較大差異，仁的色澤也會(huì)有較大差異，對(duì)于不同來(lái)源的苦蕎麥品種，在籽脫殼和仁制粉時(shí)，都應(yīng)分別進(jìn)行加工，避免仁色澤混雜和麥粉顏色變深。另一方面，籽與仁的色澤差異各生產(chǎn)地的苦蕎麥品種都很大，在脫殼加工的脫殼率小于100%時(shí)，采用色澤L*值和a*值參數(shù)，特別是色澤差異大的b*值參數(shù)，可有效去除未脫殼籽粒。

2.4籽千粒重

籽千粒重是苦蕎麥的重要品質(zhì)指標(biāo)，主要由籽粒遺傳特性決定，與栽培技術(shù)和土壤氣候左右的成熟度及飽滿度有關(guān)，與干燥貯藏條件制約的含水率也有關(guān)[7-8]。不同生產(chǎn)地苦蕎麥品種的籽千粒重見(jiàn)圖4。

圖4 不同生產(chǎn)地苦蕎麥品種的籽千粒重

由圖4可知，苦蕎麥籽的千粒重為17.0～21.8 g，其中品種B和E顯著大于品種A、C和D。該結(jié)果表明，不同生產(chǎn)地苦蕎麥品種的籽千粒重會(huì)有較大差異，即品質(zhì)會(huì)有較大差異，在苦蕎麥脫殼加工也應(yīng)注意品質(zhì)方面的選擇及分級(jí)。

2.5籽仁體積質(zhì)量

不同生產(chǎn)地苦蕎麥品種的籽和仁體積質(zhì)量見(jiàn)圖5。

圖5 不同生產(chǎn)地苦蕎麥品種的籽和仁體積質(zhì)量

由圖5可知，苦蕎麥籽的體積質(zhì)量為627～689 kg/m3，其中品種A、B和C顯著大于品種D和E；苦蕎麥仁的體積質(zhì)量為725～760 kg/m3，其中品種E顯著大于品種C和D，品種A和B也顯著大于品種C。這些結(jié)果表明，不同生產(chǎn)地苦蕎麥品種的籽仁體積質(zhì)量會(huì)有較大差異，掌握脫殼加工苦蕎麥的籽仁體積質(zhì)量參數(shù)，有助于合理安排大量脫殼加工生產(chǎn)的存貯及運(yùn)輸工作，提高脫殼加工工作效率。

2.6籽殼仁密度

同蕎麥和油菜籽一樣[9-10]，籽殼仁的密度與脫殼加工中風(fēng)選分離的懸浮速度密切相關(guān)。不同生產(chǎn)地苦蕎麥品種的籽、殼和仁密度見(jiàn)圖6。

圖6 不同生產(chǎn)地苦蕎麥品種的籽、殼和仁密度

由圖6可知，苦蕎麥籽的密度為1.10～1.18 g/cm3，其中品種B和C顯著大于品種A、D和E；苦蕎麥殼的密度為0.66～0.71 g/cm3，其中品種C和D顯著大于品種E；苦蕎麥仁的密度為1.24～1.33 g/cm3，其中品種E顯著大于品種A、B和D，品種B和C顯著大于品種A；苦蕎麥籽和仁的密度均大于1.0 g/cm3，分別是殼的約1.65倍和1.88倍。這些結(jié)果表明，不同生產(chǎn)地苦蕎麥品種的籽殼仁密度均會(huì)有較大差異，籽和仁的密度都大于殼，但籽和仁的密度差異較小，苦蕎麥脫殼加工風(fēng)選分離殼與籽和仁容易，分離籽和仁則比較困難。

2.7殼仁占籽質(zhì)量比率

殼仁占籽質(zhì)量比率可作為大量苦蕎麥脫殼加工的效果檢測(cè)指標(biāo)，一般籽粒度較小(比表面積較大)和殼較厚的苦蕎麥品種，殼占籽質(zhì)量比率較大，仁占籽質(zhì)量比率較小。不同生產(chǎn)地苦蕎麥品種的殼和仁占籽質(zhì)量比率見(jiàn)圖7。

圖7 不同生產(chǎn)地苦蕎麥品種的殼和仁占籽質(zhì)量比率

由圖7可知，苦蕎麥殼的占籽質(zhì)量比率為26.3%～30.6%，其中品種A、C和D顯著高于品種B和E；苦蕎麥仁的占籽質(zhì)量比率為69.4%～73.7%，其中品種B和E顯著高于品種C和D；苦蕎麥仁的占籽質(zhì)量比率約是殼的2.5倍。這些結(jié)果表明，不同生產(chǎn)地苦蕎麥品種的殼仁占籽質(zhì)量比率會(huì)有較大差異，脫殼加工前掌握殼和仁的占籽質(zhì)量比率，就可以根據(jù)籽進(jìn)料與仁出料的量(或速率)比率，實(shí)時(shí)檢測(cè)苦蕎麥脫殼加工中的脫殼效果。

2.8殼厚度

苦蕎麥的殼一般越厚堅(jiān)韌性越大。不同生產(chǎn)地苦蕎麥品種的殼厚度見(jiàn)圖8。

圖8 不同生產(chǎn)地苦蕎麥品種的殼厚度

由圖8可知，蕎麥殼的厚度為0.09～0.13 mm，其中品種E顯著大于品種B和C，品種A顯著大于品種B。這些結(jié)果表明，不同生產(chǎn)地苦蕎麥品種的殼厚度會(huì)有較大差異，在碾磨脫殼和揉搓脫殼加工中所需的機(jī)械沖擊力度即磨盤(pán)間隙和轉(zhuǎn)速等工藝也須要有一定差異。

2.9殼仁間隙

苦蕎麥的殼仁間隙與其脫殼有密切關(guān)系，一般殼仁間隙越小越難以脫殼，仁的破碎率也越高。不同生產(chǎn)地苦蕎麥品種的殼仁間隙見(jiàn)圖9。

圖9 不同生產(chǎn)地苦蕎麥品種的殼仁間隙

由圖9可知，苦蕎麥殼仁的間隙為0.037～0.053 mm，其中品種C和D顯著大于品種A、B和E，品種E顯著大于品種B。這些結(jié)果表明，不同生產(chǎn)地蕎麥品種的殼仁間隙都很小，殼仁間隙也會(huì)有較大差異，在對(duì)不同生產(chǎn)地蕎麥品種進(jìn)行碾磨和揉搓脫殼加工時(shí)，應(yīng)注意調(diào)節(jié)磨盤(pán)間隙、轉(zhuǎn)速及進(jìn)料速率等工藝，以提高脫殼效率和減少碎米率。

2.10仁硬度

仁硬度不僅與品種有關(guān)，與成熟度及含水率等也有關(guān)，同糙米脫殼加工一樣[11]，苦蕎麥的仁硬度越小脫殼加工的碎米率越高，脫殼加工中風(fēng)選分離殼和仁的難度也越大。不同生產(chǎn)地苦蕎麥品種的仁硬度見(jiàn)圖10。

圖10 不同生產(chǎn)地苦蕎麥品種的仁硬度

由圖10可知，苦蕎麥仁的硬度為0.92～1.06 kg，其中品種B和E顯著大于品種A和D。該結(jié)果表明，不同生產(chǎn)地蕎麥品種的仁硬度都較低，而且會(huì)有較大差異，在對(duì)不同生產(chǎn)地的蕎麥品種進(jìn)行脫殼加工時(shí)，也應(yīng)注意適當(dāng)調(diào)節(jié)磨盤(pán)間隙、轉(zhuǎn)速及進(jìn)料速率等工藝，以減少碎米率和殼仁混雜率。

3 結(jié)論

從以上結(jié)果與討論可知，苦蕎麥籽粒的籽含水率、籽粒度、籽仁色澤、籽千粒重、籽仁體積質(zhì)量、籽殼仁密度、殼仁占籽質(zhì)量比率、殼厚度、殼仁間隙、仁硬度等10個(gè)物理學(xué)特性參數(shù)，可用于苦蕎麥脫殼加工設(shè)備與技術(shù)研發(fā)，以及指導(dǎo)脫殼加工生產(chǎn)工藝調(diào)整等；不同生產(chǎn)地的苦蕎麥品種的這些個(gè)物理學(xué)特性會(huì)有較大差異的結(jié)果，揭示了不同苦蕎麥原料脫殼加工生產(chǎn)工藝調(diào)整的必要性。誠(chéng)然，不同生產(chǎn)地的苦蕎麥品種有很多，有些苦蕎麥品種的物理學(xué)特性參數(shù)會(huì)超出本研究結(jié)果范圍；同時(shí)，還有另一些與苦蕎麥脫殼加工有關(guān)的物理學(xué)特性，如籽粒的腹溝深淺、彈性模量、破壞力和破壞應(yīng)力，以及殼韌性和懸浮性等。因此，用于苦蕎麥脫殼加工設(shè)備與技術(shù)研發(fā)，以及指導(dǎo)脫殼加工生產(chǎn)工藝調(diào)整的籽粒物理學(xué)特性，還有待進(jìn)一步的廣泛和深入研究。

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Physicalcharacteristicsoftartarybuckwheat(Fagopyrumtataricum(L.)Gaertn)seeds

LI Jin-cai1，ZHAO Xi-heng2，ZHAO Jian-cheng3，CHEN Yin-huan1，WANG Chao3

(1. School of Chemical Engineering and Technology, Tianjin University, Tianjin 300072, China; 2. School of Environmental Science and Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China; 3. Chinese Academy of Agricultural Mechanization Science, Beijing 300083, China)

To investigate the physical characteristics of tartary buckwheat (Fagopyrumtataricum(L.) Gaertn) seeds,ten physical characteristics of five tartary buckwheat cultivars from different production areas was tested. The results showed that: seed moisture percentage was 11.5%-13.9%;sum of the grading percentage of seed granularity 2.6-3.0 mm, 3.0-3.4 mm and 3.4-3.8 mm was 88%-94%;color values ofL*,a*andb*of kernels were about 1.2-2.8 times,1.4-2.5 times and 1.8-10.9 times higher than those of seeds,respectively; thousand grain weight of seed was 17.0-21.8 g; volume weight of seed and kernel were 627-689 kg/m3and 725-760 kg/m3;specific weight of seed, shell and kernel were about 1.10-1.18 g/cm3,0.66-0.71 g/cm3and 1.24-1.33 g/cm3, respectively; weight percentage of shell and kernel accounted for seed was 26.3%-30.6% and 69.4%-73.7%;seed shell thickness was about 0.09-0.13 mm;clearance between shell and kernel of seeds was about 0.037-0.053 mm; seed kernel hardness was about 0.92-1.06 kg.These physical characteristic parameters can be used for tartary buckwheat shelling equipment,and technology research and development.The ten physical characteristics of the tartary buckwheat cultivars from different production areas was significantly different,revealed the necessity of production process adjustment in the different tartary buckwheat raw material shelling.

tartary buckwheat; seed; shell; kernel; physical characteristic

2017-04-24；

2017-09-20

農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201303069)。

李進(jìn)才(1960-)，男，副教授，博士，主要從事食品貯藏與加工方面的研究。

10.7633/j.issn.1003-6202.2017.10.003

S517，TS210.1

A

1003-6202(2017)10-0008-05

(責(zé)任編輯俞蘭苓)