小麥籽粒靜態吸水速率研究

王旭峰

（山東省德州職業技術學院糧食工程系，山東 德州 253034）

小麥籽粒的水分與儲藏的安全及其加工特性息息相關。在儲藏期間，為了確保儲藏安全，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糧油籽粒進行調質以滿足加工工藝的需要。近年來，眾多學者對小麥的調質、吸水速率等進行了研究，取得了一定的成果。李興軍等人在5種溫度、3個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間的變化，并提出擴散方程描述其變化規律[1]；曹曉博[2]等在相對濕度為70%，氣流溫度穩定在22℃左右，風速為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律；王婧[3]等人研究了不同儲藏條件下小麥和玉米種子的水分變化規律，測定了不同儲藏條件下種子的水分變化規律，并利用逐步回歸法獲取了水分平衡時間與種子初始水分、環境相對濕度以及貯藏溫度的回歸方程，得出相同濕度環境下儲藏種子的平衡水分隨溫度的升高而降低，糧食籽粒達到平衡水分的時間與初始水分顯著相關。

眾多研究集中在小麥籽粒達到平衡水分的數值以及影響糧食籽粒平衡水分的因素，但在實際工作中，尤其是在糧油倉儲與小麥加工過程中，糧油工作者更關心的是在某一個溫濕度條件下，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時間就會達到某一個水分含量，以便于采取措施進行控制。因此，本文將重點研究小麥籽粒在不同溫濕度環境下，常見水分含量的小麥在不同時間階段的吸水速率，以為糧油倉儲和小麥加工工作者提供一定的數據支持。

1 材料與方法

1.1 主要儀器

FA2004N萬分之一天平：上海菁海儀器有限公司；PRX-600B智能人工氣候箱：寧波海曙賽福實驗儀器廠；自制銅網小桶（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。試驗前自然日光晾曬水分至11.0%，裝進玻璃瓶密閉并放置在人工氣候箱內平衡溫度48 h。本研究水分均以濕基表示。

1.3 測定方法

小麥籽粒吸水速率的測定用靜態稱重的方法進行。稱取經挑選的小麥籽粒50 g（精確至0.0001 g）樣品，放置在由銅網制成的小桶內，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。定期測定其重量，測定間隔在開始吸水速率較大時為1 h，吸水速率減小后間隔逐漸加大，記錄數據，直到達到平衡水分（80 h后由于35℃條件下的小麥籽粒發生霉變而終止試驗），平行3個樣品。飽和鹽溶液溫濕度對照見表1。

表1 飽和鹽溶液溫濕度對照表

2 結果與討論

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；隨著時間的延長，吸水速率逐漸下降，約在4 h左右，吸水速率有一個轉折點，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導致的細胞膜損傷，在吸水初期需要大量的水分用于細胞膜修復有關，新小麥細胞膜修復完成所需要時間約為浸泡后4 h[4]。

另外在吸水初期，籽粒內外的蒸汽壓差較大，也是導致初期吸水速率較高的原因。在細胞膜修復完成后，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的倍數時間處，吸水速率分別有一個轉折點，這可能是由于在小麥吸水過程中存在緩蘇過程而導致的。在糧油儲藏過程中，一般控制濕度在75%以下，年平均儲藏溫度一般為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，即每小時含水量增加約0.076%。當然，吸水至平衡水分后，吸水速率下降為零，符合平衡水分規律，倉儲工作者可以利用此規律來推斷吸水的時間，以便于為糧食的安全儲藏做好預測及相關預防工作。

圖1 20℃時不同濕度條件下的吸水速率

圖2 25℃時不同濕度條件下的吸水速率

圖3 30℃時不同濕度條件下的吸水速率

圖4 35℃時不同濕度條件下的吸水速率

圖5 60%濕度時不同溫度條件下的吸水速率

圖6 75%濕度時不同溫度條件下的吸水速率

圖7 85%濕度時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。相同的相對濕度條件下，溫度越高，吸水速率越大，這和眾多學者的研究結果相同。在75%的相對濕度條件下，20℃時原始水分為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小時上升了0.1%。倉儲工作人員可以利用此規律來預測在夏季高溫條件下小麥含水量的變化趨勢。隨著時間的延長，吸水速率變化的規律與不同濕度條件下相同。

圖8 100%濕度時不同溫度條件下的吸水速率

3 討論

小麥是重要的糧食作物，小麥籽粒的水分直接關系到小麥的安全儲藏以及加工特性，特別是在高溫高濕的夏季小麥的安全儲藏、小麥出庫前為了補償水分減量的調質操作，以及在制粉過程中的水分調質，都與小麥的吸水速率息息相關。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律，對于小麥的安全儲藏及加工工藝具有重要的意義，能夠幫助糧油工作者預測和掌握水分的變化趨勢。

本研究綜合考慮了小麥籽粒的溫度、相對濕度這兩個影響小麥籽粒水分的主要因素與吸水速率的關系，對初始水分11%的小麥籽粒的吸水速率進行了檢測，掌握了不同溫濕度條件下吸水速率隨時間變化的規律，為小麥籽粒水分的預測與制定科學管理措施提供了依據和數據基礎。

本研究中，溫度、濕度對吸水速率的試驗結果驗證了前人的研究結論，即吸水速率與溫度和濕度成正相關，且小麥籽粒的吸水速率由于細胞膜修復和緩蘇的影響在4、22、45、53、72 h處，即約7-8 h的倍數時間處，吸水速率有一個轉折點，為小麥在安全儲藏過程中的水分預測、出庫前的調質以及小麥潤麥操作工藝提供了依據與新的想法。

4 結論

小麥籽粒的吸水速率與溫度、濕度成正相關，溫濕度越高，初始吸水速率越大。在相對濕度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到0.1%/h，倉儲工作人員可以利用吸水速率來預測小麥水分變化。

小麥籽粒的吸水速率隨著時間的延長逐漸下降，但在4 h以及約7-8 h的倍數的時間處由于小麥籽粒細胞膜的修復和籽粒存在緩蘇過程，吸水速率有一個轉折點，吸水速率先降低然后增加。