小麥籽粒靜態(tài)吸水速率研究

王旭峰

（山東省德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院糧食工程系，山東 德州 253034）

小麥籽粒的水分與儲(chǔ)藏的安全及其加工特性息息相關(guān)。在儲(chǔ)藏期間，為了確保儲(chǔ)藏安全，需要將小麥籽粒的水分控制在較低的水平，在加工過程中需要對(duì)糧油籽粒進(jìn)行調(diào)質(zhì)以滿足加工工藝的需要。近年來，眾多學(xué)者對(duì)小麥的調(diào)質(zhì)、吸水速率等進(jìn)行了研究，取得了一定的成果。李興軍等人在5種溫度、3個(gè)濕度條件下研究了低水分、正常水分、高水分小麥樣品含水率隨時(shí)間的變化，并提出擴(kuò)散方程描述其變化規(guī)律[1]；曹曉博[2]等在相對(duì)濕度為70%，氣流溫度穩(wěn)定在22℃左右，風(fēng)速為0 m/s、0.028l m/s、0.0375 m/s、0.0468 m/s的條件下，研究小麥平衡水分的變化規(guī)律；王婧[3]等人研究了不同儲(chǔ)藏條件下小麥和玉米種子的水分變化規(guī)律，測(cè)定了不同儲(chǔ)藏條件下種子的水分變化規(guī)律，并利用逐步回歸法獲取了水分平衡時(shí)間與種子初始水分、環(huán)境相對(duì)濕度以及貯藏溫度的回歸方程，得出相同濕度環(huán)境下儲(chǔ)藏種子的平衡水分隨溫度的升高而降低，糧食籽粒達(dá)到平衡水分的時(shí)間與初始水分顯著相關(guān)。

眾多研究集中在小麥籽粒達(dá)到平衡水分的數(shù)值以及影響糧食籽粒平衡水分的因素，但在實(shí)際工作中，尤其是在糧油倉(cāng)儲(chǔ)與小麥加工過程中，糧油工作者更關(guān)心的是在某一個(gè)溫濕度條件下，小麥籽粒的吸水速率有多大，或者說在一定溫濕度條件下小麥籽粒需要多長(zhǎng)時(shí)間就會(huì)達(dá)到某一個(gè)水分含量，以便于采取措施進(jìn)行控制。因此，本文將重點(diǎn)研究小麥籽粒在不同溫濕度環(huán)境下，常見水分含量的小麥在不同時(shí)間階段的吸水速率，以為糧油倉(cāng)儲(chǔ)和小麥加工工作者提供一定的數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 主要儀器

FA2004N萬(wàn)分之一天平：上海菁海儀器有限公司；PRX-600B智能人工氣候箱：寧波海曙賽福實(shí)驗(yàn)儀器廠；自制銅網(wǎng)小桶（直徑45 mm，高50 mm，容積79.5 cm3，裝50 g小麥樣品）。

1.2 樣品制備

2017年6月收獲的山東本地硬質(zhì)小麥，初始水分13.0%，容重775 g/L，挑選籽粒完整、飽滿的作為樣品。試驗(yàn)前自然日光晾曬水分至11.0%，裝進(jìn)玻璃瓶密閉并放置在人工氣候箱內(nèi)平衡溫度48 h。本研究水分均以濕基表示。

1.3 測(cè)定方法

小麥籽粒吸水速率的測(cè)定用靜態(tài)稱重的方法進(jìn)行。稱取經(jīng)挑選的小麥籽粒50 g（精確至0.0001 g）樣品，放置在由銅網(wǎng)制成的小桶內(nèi)，將樣品分別懸掛于盛放溴化鈉飽和溶液（RH60%）、碘化鉀飽和鹽溶液（RH70%）、氯化鈉飽和鹽溶液（RH75%）、溴化鉀飽和鹽溶液（RH80%）、氯化鉀飽和鹽溶液（RH85%）和純水溶液（RH100%）的具有橡膠塞的玻璃廣口瓶中，密封后分別置于20、25、30、35℃的人工氣候箱內(nèi)。定期測(cè)定其重量，測(cè)定間隔在開始吸水速率較大時(shí)為1 h，吸水速率減小后間隔逐漸加大，記錄數(shù)據(jù)，直到達(dá)到平衡水分（80 h后由于35℃條件下的小麥籽粒發(fā)生霉變而終止試驗(yàn)），平行3個(gè)樣品。飽和鹽溶液溫濕度對(duì)照見表1。

表1 飽和鹽溶液溫濕度對(duì)照表

2 結(jié)果與討論

2.1 不同濕度條件下小麥籽粒的吸水速率

從圖1-圖4可以看出，初始水分為11%的小麥籽粒在不同的濕度條件下，初始吸水速率較高。在20℃、60%相對(duì)濕度條件下，初始吸水速率為0.035 g水/100 g小麥·h，在70%、75%、80%、85%、100%相對(duì)濕度下，初始吸水率分別為0.060、0.085、0.100、0.140和0.175 g水/100 g小麥·h，吸水速率隨著濕度的增加而增加；隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，吸水速率逐漸下降，約在4 h左右，吸水速率有一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，隨后吸水速率又略有增加，這可能是由于小麥籽粒干燥失水等原因?qū)е碌募?xì)胞膜損傷，在吸水初期需要大量的水分用于細(xì)胞膜修復(fù)有關(guān)，新小麥細(xì)胞膜修復(fù)完成所需要時(shí)間約為浸泡后4 h[4]。

另外在吸水初期，籽粒內(nèi)外的蒸汽壓差較大，也是導(dǎo)致初期吸水速率較高的原因。在細(xì)胞膜修復(fù)完成后，不同溫度條件下小麥的吸水速率在22、45、53、72 h處，即約7-8 h的倍數(shù)時(shí)間處，吸水速率分別有一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，這可能是由于在小麥吸水過程中存在緩蘇過程而導(dǎo)致的。在糧油儲(chǔ)藏過程中，一般控制濕度在75%以下，年平均儲(chǔ)藏溫度一般為20℃左右，初始含水量11%的小麥籽粒的初始吸水速率為0.085 g水/100g小麥·h，即每小時(shí)含水量增加約0.076%。當(dāng)然，吸水至平衡水分后，吸水速率下降為零，符合平衡水分規(guī)律，倉(cāng)儲(chǔ)工作者可以利用此規(guī)律來推斷吸水的時(shí)間，以便于為糧食的安全儲(chǔ)藏做好預(yù)測(cè)及相關(guān)預(yù)防工作。

圖1 20℃時(shí)不同濕度條件下的吸水速率

圖2 25℃時(shí)不同濕度條件下的吸水速率

圖3 30℃時(shí)不同濕度條件下的吸水速率

圖4 35℃時(shí)不同濕度條件下的吸水速率

圖5 60%濕度時(shí)不同溫度條件下的吸水速率

圖6 75%濕度時(shí)不同溫度條件下的吸水速率

圖7 85%濕度時(shí)不同溫度條件下的吸水速率

2.2 相同濕度不同溫度條件下小麥籽粒的吸水速率

由圖5-圖8可以看出，吸水速率與溫度成正相關(guān)。相同的相對(duì)濕度條件下，溫度越高，吸水速率越大，這和眾多學(xué)者的研究結(jié)果相同。在75%的相對(duì)濕度條件下，20℃時(shí)原始水分為11%小麥籽粒的初始吸水速率為0.085 g水/100 g小麥·h，25℃、30℃、35℃的初始吸水速率分別為0.100、0.112和0.121 g水/100 g小麥·h，在35℃條件下初始水分為11%的小麥籽粒的水分含量1小時(shí)上升了0.1%。倉(cāng)儲(chǔ)工作人員可以利用此規(guī)律來預(yù)測(cè)在夏季高溫條件下小麥含水量的變化趨勢(shì)。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，吸水速率變化的規(guī)律與不同濕度條件下相同。

圖8 100%濕度時(shí)不同溫度條件下的吸水速率

3 討論

小麥?zhǔn)侵匾募Z食作物，小麥籽粒的水分直接關(guān)系到小麥的安全儲(chǔ)藏以及加工特性，特別是在高溫高濕的夏季小麥的安全儲(chǔ)藏、小麥出庫(kù)前為了補(bǔ)償水分減量的調(diào)質(zhì)操作，以及在制粉過程中的水分調(diào)質(zhì)，都與小麥的吸水速率息息相關(guān)。明確小麥籽粒在不同溫濕度條件下的吸水速率以及其吸水規(guī)律，對(duì)于小麥的安全儲(chǔ)藏及加工工藝具有重要的意義，能夠幫助糧油工作者預(yù)測(cè)和掌握水分的變化趨勢(shì)。

本研究綜合考慮了小麥籽粒的溫度、相對(duì)濕度這兩個(gè)影響小麥籽粒水分的主要因素與吸水速率的關(guān)系，對(duì)初始水分11%的小麥籽粒的吸水速率進(jìn)行了檢測(cè)，掌握了不同溫濕度條件下吸水速率隨時(shí)間變化的規(guī)律，為小麥籽粒水分的預(yù)測(cè)與制定科學(xué)管理措施提供了依據(jù)和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

本研究中，溫度、濕度對(duì)吸水速率的試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了前人的研究結(jié)論，即吸水速率與溫度和濕度成正相關(guān)，且小麥籽粒的吸水速率由于細(xì)胞膜修復(fù)和緩蘇的影響在4、22、45、53、72 h處，即約7-8 h的倍數(shù)時(shí)間處，吸水速率有一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，為小麥在安全儲(chǔ)藏過程中的水分預(yù)測(cè)、出庫(kù)前的調(diào)質(zhì)以及小麥潤(rùn)麥操作工藝提供了依據(jù)與新的想法。

4 結(jié)論

小麥籽粒的吸水速率與溫度、濕度成正相關(guān)，溫濕度越高，初始吸水速率越大。在相對(duì)濕度75%、溫度35℃條件下水分為11%的小麥籽粒初始吸水速度可以達(dá)到0.1%/h，倉(cāng)儲(chǔ)工作人員可以利用吸水速率來預(yù)測(cè)小麥水分變化。

小麥籽粒的吸水速率隨著時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸下降，但在4 h以及約7-8 h的倍數(shù)的時(shí)間處由于小麥籽粒細(xì)胞膜的修復(fù)和籽粒存在緩蘇過程，吸水速率有一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，吸水速率先降低然后增加。