小麦籽粒静态吸水速率研究

王旭峰

（山东省德州职业技术学院粮食工程系，山东 德州 253034）

小麦籽粒的水分与储藏的安全及其加工特性息息相关。在储藏期间，为了确保储藏安全，需要将小麦籽粒的水分控制在较低的水平，在加工过程中需要对粮油籽粒进行调质以满足加工工艺的需要。近年来，众多学者对小麦的调质、吸水速率等进行了研究，取得了一定的成果。李兴军等人在5种温度、3个湿度条件下研究了低水分、正常水分、高水分小麦样品含水率随时间的变化，并提出扩散方程描述其变化规律[1]；曹晓博[2]等在相对湿度为70%，气流温度稳定在22℃左右，风速为0 m/s、0.028l m/s、0.0375 m/s、0.0468 m/s的条件下，研究小麦平衡水分的变化规律；王婧[3]等人研究了不同储藏条件下小麦和玉米种子的水分变化规律，测定了不同储藏条件下种子的水分变化规律，并利用逐步回归法获取了水分平衡时间与种子初始水分、环境相对湿度以及贮藏温度的回归方程，得出相同湿度环境下储藏种子的平衡水分随温度的升高而降低，粮食籽粒达到平衡水分的时间与初始水分显著相关。

众多研究集中在小麦籽粒达到平衡水分的数值以及影响粮食籽粒平衡水分的因素，但在实际工作中，尤其是在粮油仓储与小麦加工过程中，粮油工作者更关心的是在某一个温湿度条件下，小麦籽粒的吸水速率有多大，或者说在一定温湿度条件下小麦籽粒需要多长时间就会达到某一个水分含量，以便于采取措施进行控制。因此，本文将重点研究小麦籽粒在不同温湿度环境下，常见水分含量的小麦在不同时间阶段的吸水速率，以为粮油仓储和小麦加工工作者提供一定的数据支持。

1 材料与方法

1.1 主要仪器

FA2004N万分之一天平：上海菁海仪器有限公司；PRX-600B智能人工气候箱：宁波海曙赛福实验仪器厂；自制铜网小桶（直径45 mm，高50 mm，容积79.5 cm3，装50 g小麦样品）。

1.2 样品制备

2017年6月收获的山东本地硬质小麦，初始水分13.0%，容重775 g/L，挑选籽粒完整、饱满的作为样品。试验前自然日光晾晒水分至11.0%，装进玻璃瓶密闭并放置在人工气候箱内平衡温度48 h。本研究水分均以湿基表示。

1.3 测定方法

小麦籽粒吸水速率的测定用静态称重的方法进行。称取经挑选的小麦籽粒50 g（精确至0.0001 g）样品，放置在由铜网制成的小桶内，将样品分别悬挂于盛放溴化钠饱和溶液（RH60%）、碘化钾饱和盐溶液（RH70%）、氯化钠饱和盐溶液（RH75%）、溴化钾饱和盐溶液（RH80%）、氯化钾饱和盐溶液（RH85%）和纯水溶液（RH100%）的具有橡胶塞的玻璃广口瓶中，密封后分别置于20、25、30、35℃的人工气候箱内。定期测定其重量，测定间隔在开始吸水速率较大时为1 h，吸水速率减小后间隔逐渐加大，记录数据，直到达到平衡水分（80 h后由于35℃条件下的小麦籽粒发生霉变而终止试验），平行3个样品。饱和盐溶液温湿度对照见表1。

表1 饱和盐溶液温湿度对照表

2 结果与讨论

2.1 不同湿度条件下小麦籽粒的吸水速率

从图1-图4可以看出，初始水分为11%的小麦籽粒在不同的湿度条件下，初始吸水速率较高。在20℃、60%相对湿度条件下，初始吸水速率为0.035 g水/100 g小麦·h，在70%、75%、80%、85%、100%相对湿度下，初始吸水率分别为0.060、0.085、0.100、0.140和0.175 g水/100 g小麦·h，吸水速率随着湿度的增加而增加；随着时间的延长，吸水速率逐渐下降，约在4 h左右，吸水速率有一个转折点，随后吸水速率又略有增加，这可能是由于小麦籽粒干燥失水等原因导致的细胞膜损伤，在吸水初期需要大量的水分用于细胞膜修复有关，新小麦细胞膜修复完成所需要时间约为浸泡后4 h[4]。

另外在吸水初期，籽粒内外的蒸汽压差较大，也是导致初期吸水速率较高的原因。在细胞膜修复完成后，不同温度条件下小麦的吸水速率在22、45、53、72 h处，即约7-8 h的倍数时间处，吸水速率分别有一个转折点，这可能是由于在小麦吸水过程中存在缓苏过程而导致的。在粮油储藏过程中，一般控制湿度在75%以下，年平均储藏温度一般为20℃左右，初始含水量11%的小麦籽粒的初始吸水速率为0.085 g水/100g小麦·h，即每小时含水量增加约0.076%。当然，吸水至平衡水分后，吸水速率下降为零，符合平衡水分规律，仓储工作者可以利用此规律来推断吸水的时间，以便于为粮食的安全储藏做好预测及相关预防工作。

图1 20℃时不同湿度条件下的吸水速率

图2 25℃时不同湿度条件下的吸水速率

图3 30℃时不同湿度条件下的吸水速率

图4 35℃时不同湿度条件下的吸水速率

图5 60%湿度时不同温度条件下的吸水速率

图6 75%湿度时不同温度条件下的吸水速率

图7 85%湿度时不同温度条件下的吸水速率

2.2 相同湿度不同温度条件下小麦籽粒的吸水速率

由图5-图8可以看出，吸水速率与温度成正相关。相同的相对湿度条件下，温度越高，吸水速率越大，这和众多学者的研究结果相同。在75%的相对湿度条件下，20℃时原始水分为11%小麦籽粒的初始吸水速率为0.085 g水/100 g小麦·h，25℃、30℃、35℃的初始吸水速率分别为0.100、0.112和0.121 g水/100 g小麦·h，在35℃条件下初始水分为11%的小麦籽粒的水分含量1小时上升了0.1%。仓储工作人员可以利用此规律来预测在夏季高温条件下小麦含水量的变化趋势。随着时间的延长，吸水速率变化的规律与不同湿度条件下相同。

图8 100%湿度时不同温度条件下的吸水速率

3 讨论

小麦是重要的粮食作物，小麦籽粒的水分直接关系到小麦的安全储藏以及加工特性，特别是在高温高湿的夏季小麦的安全储藏、小麦出库前为了补偿水分减量的调质操作，以及在制粉过程中的水分调质，都与小麦的吸水速率息息相关。明确小麦籽粒在不同温湿度条件下的吸水速率以及其吸水规律，对于小麦的安全储藏及加工工艺具有重要的意义，能够帮助粮油工作者预测和掌握水分的变化趋势。

本研究综合考虑了小麦籽粒的温度、相对湿度这两个影响小麦籽粒水分的主要因素与吸水速率的关系，对初始水分11%的小麦籽粒的吸水速率进行了检测，掌握了不同温湿度条件下吸水速率随时间变化的规律，为小麦籽粒水分的预测与制定科学管理措施提供了依据和数据基础。

本研究中，温度、湿度对吸水速率的试验结果验证了前人的研究结论，即吸水速率与温度和湿度成正相关，且小麦籽粒的吸水速率由于细胞膜修复和缓苏的影响在4、22、45、53、72 h处，即约7-8 h的倍数时间处，吸水速率有一个转折点，为小麦在安全储藏过程中的水分预测、出库前的调质以及小麦润麦操作工艺提供了依据与新的想法。

4 结论

小麦籽粒的吸水速率与温度、湿度成正相关，温湿度越高，初始吸水速率越大。在相对湿度75%、温度35℃条件下水分为11%的小麦籽粒初始吸水速度可以达到0.1%/h，仓储工作人员可以利用吸水速率来预测小麦水分变化。

小麦籽粒的吸水速率随着时间的延长逐渐下降，但在4 h以及约7-8 h的倍数的时间处由于小麦籽粒细胞膜的修复和籽粒存在缓苏过程，吸水速率有一个转折点，吸水速率先降低然后增加。