苦荞麦籽粒的物理学特性研究

李进才，赵习姮，赵建城，陈银焕，王 超

(1.天津大学化工学院，天津 300072； 2.天津大学环境科学与工程学院，天津 300072； 3.中国农业机械化科学研究院，北京 100083)

苦荞麦籽粒的物理学特性研究

李进才1，赵习姮2，赵建城3，陈银焕1，王 超3

(1.天津大学化工学院，天津 300072； 2.天津大学环境科学与工程学院，天津 300072； 3.中国农业机械化科学研究院，北京 100083)

为了解苦荞麦籽粒的物理学特性，检测了不同生产地5个苦荞麦品种的10个物理学特性。结果表明：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的分级比率之和为88%～94%，仁色泽L*、a*和b*值分别为籽的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，籽和仁体积质量分别为627～689 kg/m3和725～760 kg/m3，籽、壳和仁密度分别为1.10～1.18 g/cm3、0.66～0.71 g/cm3和1.24～1.33 g/cm3，壳和仁占籽质量比率分别为26.3%～30.6%和69.4%～73.7%，壳厚度0.09～0.13 mm，壳仁间隙0.037～0.053 mm，仁硬度0.92～1.06 kg，这些物理学特性参数可用于苦荞麦脱壳加工设备与技术研发；这10个物理学特性在不同生产地苦荞麦品种间均有显著性差异，揭示了不同苦荞麦原料脱壳加工生产工艺调整的必要性。

苦荞麦；籽粒；壳；仁；物理学特性

苦荞麦(Fagopyrumtataricum(L.) Gaertn)为廖科荞麦属双子叶植物，俗名苦荞，籽粒富含矿物质、黄酮、多酚和低聚糖等营养成分[1]。近年来，随着人们对健康重视程度的不断提升，苦荞麦作为营养保健食品受到青睐，现在全国苦荞麦种植面积约3.3×105hm2，总产量约5×105t。苦荞麦籽粒有3条纵向腹沟，呈三棱锥形，壳较坚韧，仁脆易碎，壳仁间隙小，加之我国苦荞麦种植区域多，各区域的栽培品种不同，气候和土壤条件以及栽培贮存管理等也有较大差异，使得苦荞麦的脱壳加工有较大难度。采用传统设备与技术的苦荞麦脱壳加工方法，碎仁率很高，远不能满足实际需求[2]；也有采用湿润处理后迅速脱壳再快速烘干的方法[3]，但需要湿润和烘干设备与工序，脱壳加工效率低，成本也较高。脱壳加工是目前苦荞麦产业发展主要瓶颈，亟待研发效率高、成本低和简便易行的苦荞麦脱壳加工设备与技术。

同荞麦和稻谷等一样，苦荞麦籽粒的一些物理学特性与脱壳加工有关，如籽含水率对脱壳加工效率和仁破碎率有较大影响[4]，籽粒度与脱壳加工工艺有关[5-6]，籽仁色泽可用于脱壳加工除去未脱壳籽粒的色选研发[5]，籽千粒重是反映脱壳加工苦荞麦的重要品质指标[7-8]，籽仁体积质量是脱壳加工前后大量库存及运输的重要参数，籽壳仁密度是脱壳加工中风选分离的基础参数[9-10]，壳仁占籽质量比率可用于脱壳加工的效果检测，壳厚度、壳仁间隙和仁硬度与脱壳加工的难易程度密切相关[11-12]。了解苦荞麦脱壳加工相关的籽粒物理学特性，可以为苦荞麦脱壳加工设备与技术研发，以及脱壳加工生产工艺调整等提供依据。本研究选用不同生产地的5个苦荞麦品种，对与苦荞麦脱壳加工相关的籽含水率、籽粒度、籽仁色泽、籽千粒重、籽仁体积质量、籽壳仁密度、壳仁占籽质量比率、壳厚度、壳仁间隙、仁硬度等10个物理学特性进行了检测与讨论。

1 材料与方法

1.1供试材料

供试材料选取了不同生产地5个苦荞麦品种的籽粒，品种“西荞1号”(A)生产地为四川凉山，籽粒桃形黑色；品种“九江苦荞”(B)生产地为江西九江，籽粒棱锥形刈安色；品种“通苦荞1号”(C)生产地为内蒙古通辽，籽粒长棱锥形黄枯茶色；品种“凤凰苦荞”(D)生产地为湖南凤凰，籽粒长棱锥形黄檗色；品种“晋荞麦(苦)5号”(E)生产地为山西晋中，籽粒棱锥形黑铁色。

1.2检测仪器

检测仪器有电子天平、电热恒温鼓风干燥箱、色彩色差仪、体视显微镜和台式硬度计等，与李进才等(2016)报告相同[12]。

1.3物理学特性检测

苦荞麦籽粒的籽含水率、籽粒度分级比率、籽仁色泽、籽千粒重、籽仁体积质量、籽壳仁密度、壳仁占籽质量比率、壳厚度、壳仁间隙、仁硬度等10个物理学特性的检测方法，与李进才等(2016)报告的方法相同[12]。

1.4数据分析

各物理学特性的测定值用软件SPSS 19.0进行显著性差异分析，试验结果数值表示为“平均值±标准误差”，不同品种间或品种内粒度间的差异显著性检验采用Duncan法，以不同小写字母a、b、c、d和e表示在P<0.05水平差异显著。

2 结果与讨论

2.1籽含水率

苦荞麦籽的含水率与壳韧性和仁脆性密切相关，含水率对脱壳加工效率和仁破碎率有显著影响，而且同稻谷一样也会有一个适宜脱壳加工的含水率存在[4]。不同生产地苦荞麦品种的籽含水率见图1。

图1 不同生产地苦荞麦品种的籽含水率

由图1可知，苦荞麦籽的含水率为11.5%～13.9%，其中品种B和D显著高于品种A、C和E，品种A和C显著高于品种E。这些结果表明，不同生产地苦荞麦品种的籽含水率会有较大差异，可能是由于在干燥及贮藏时条件不同造成的，在苦荞麦大量脱壳加工之前应进行含水率检测。

2.2籽粒度分级比率

在荞麦碾磨脱壳和揉搓脱壳加工中，为了降低仁破碎率，普遍采用籽粒度筛选分级后各级分别进行脱壳加工的方法[5-6]。不同生产地苦荞麦品种的籽粒度分级比率见图2。

图2 不同生产地苦荞麦品种的籽粒度分级比率

由图2可知，苦荞麦籽粒度小于2.6 mm、2.6～3.0 mm、3.0～3.4 mm、3.4～3.8 mm、大于3.8 mm的分级比率分别为0%～11%、4%～55%、35%～64%、1%～40%、0%～10%，中间3级籽粒度的分级比率之和为88%～94%；同时可以看出各品种的籽粒度分级比率构成有显著不同。这些结果表明，不同生产地苦荞麦品种的籽粒度分级比率会有较大差异，籽粒度分级比率高的粒度范围，是脱壳加工的主要对象，对此进行多级粒度筛选可降低仁破碎率。

2.3籽仁色泽

在荞麦脱壳加工中，利用籽和仁的色泽差异，可将未脱壳籽粒除去[5]。不同生产地苦荞麦品种的籽和仁色泽L*、a*、b*值见图3。

图3 不同生产地苦荞麦品种的籽和仁色泽L*、a*、b*值

由图3可知，苦荞麦籽的色泽L*值为19.0～42.5，其中品种D显著大于品种A、B、C和E，品种B显著大于品种A、C和D，品种C显著大于品种A和E，品种E显著大于品种A，即品种D、B、C、E、A依次显著减小；苦荞麦仁的色泽L*值为50.5～56.8，其中品种B大于品种A、D和E，品种A和C大于品种D；苦荞麦仁的色泽L*值是其籽的1.2～2.8倍。

苦荞麦籽的色泽a*值为3.74～7.62，不同品种之间的差异与L*一致，品种D、B、C、E、A依次显著减小；苦荞麦仁的色泽a*值为9.39～11.58，其中品种B、C和E大于品种A和D，品种D大于品种A；苦荞麦仁的色泽a*值是其籽的1.4～2.5倍。

苦荞麦籽的色泽b*值为2.33～14.75，不同品种之间的差异也与L*一致，品种D、B、C、E、A依次显著减小；苦荞麦仁的色泽b*值为25.4～27.9，其中品种E显著大于品种A、B、C和D；苦荞麦仁的色泽b*值是其籽的1.8～10.9倍。

这些结果表明，不同生产地苦荞麦品种不仅籽的色泽会有较大差异，仁的色泽也会有较大差异，对于不同来源的苦荞麦品种，在籽脱壳和仁制粉时，都应分别进行加工，避免仁色泽混杂和麦粉颜色变深。另一方面，籽与仁的色泽差异各生产地的苦荞麦品种都很大，在脱壳加工的脱壳率小于100%时，采用色泽L*值和a*值参数，特别是色泽差异大的b*值参数，可有效去除未脱壳籽粒。

2.4籽千粒重

籽千粒重是苦荞麦的重要品质指标，主要由籽粒遗传特性决定，与栽培技术和土壤气候左右的成熟度及饱满度有关，与干燥贮藏条件制约的含水率也有关[7-8]。不同生产地苦荞麦品种的籽千粒重见图4。

图4 不同生产地苦荞麦品种的籽千粒重

由图4可知，苦荞麦籽的千粒重为17.0～21.8 g，其中品种B和E显著大于品种A、C和D。该结果表明，不同生产地苦荞麦品种的籽千粒重会有较大差异，即品质会有较大差异，在苦荞麦脱壳加工也应注意品质方面的选择及分级。

2.5籽仁体积质量

不同生产地苦荞麦品种的籽和仁体积质量见图5。

图5 不同生产地苦荞麦品种的籽和仁体积质量

由图5可知，苦荞麦籽的体积质量为627～689 kg/m3，其中品种A、B和C显著大于品种D和E；苦荞麦仁的体积质量为725～760 kg/m3，其中品种E显著大于品种C和D，品种A和B也显著大于品种C。这些结果表明，不同生产地苦荞麦品种的籽仁体积质量会有较大差异，掌握脱壳加工苦荞麦的籽仁体积质量参数，有助于合理安排大量脱壳加工生产的存贮及运输工作，提高脱壳加工工作效率。

2.6籽壳仁密度

同荞麦和油菜籽一样[9-10]，籽壳仁的密度与脱壳加工中风选分离的悬浮速度密切相关。不同生产地苦荞麦品种的籽、壳和仁密度见图6。

图6 不同生产地苦荞麦品种的籽、壳和仁密度

由图6可知，苦荞麦籽的密度为1.10～1.18 g/cm3，其中品种B和C显著大于品种A、D和E；苦荞麦壳的密度为0.66～0.71 g/cm3，其中品种C和D显著大于品种E；苦荞麦仁的密度为1.24～1.33 g/cm3，其中品种E显著大于品种A、B和D，品种B和C显著大于品种A；苦荞麦籽和仁的密度均大于1.0 g/cm3，分别是壳的约1.65倍和1.88倍。这些结果表明，不同生产地苦荞麦品种的籽壳仁密度均会有较大差异，籽和仁的密度都大于壳，但籽和仁的密度差异较小，苦荞麦脱壳加工风选分离壳与籽和仁容易，分离籽和仁则比较困难。

2.7壳仁占籽质量比率

壳仁占籽质量比率可作为大量苦荞麦脱壳加工的效果检测指标，一般籽粒度较小(比表面积较大)和壳较厚的苦荞麦品种，壳占籽质量比率较大，仁占籽质量比率较小。不同生产地苦荞麦品种的壳和仁占籽质量比率见图7。

图7 不同生产地苦荞麦品种的壳和仁占籽质量比率

由图7可知，苦荞麦壳的占籽质量比率为26.3%～30.6%，其中品种A、C和D显著高于品种B和E；苦荞麦仁的占籽质量比率为69.4%～73.7%，其中品种B和E显著高于品种C和D；苦荞麦仁的占籽质量比率约是壳的2.5倍。这些结果表明，不同生产地苦荞麦品种的壳仁占籽质量比率会有较大差异，脱壳加工前掌握壳和仁的占籽质量比率，就可以根据籽进料与仁出料的量(或速率)比率，实时检测苦荞麦脱壳加工中的脱壳效果。

2.8壳厚度

苦荞麦的壳一般越厚坚韧性越大。不同生产地苦荞麦品种的壳厚度见图8。

图8 不同生产地苦荞麦品种的壳厚度

由图8可知，荞麦壳的厚度为0.09～0.13 mm，其中品种E显著大于品种B和C，品种A显著大于品种B。这些结果表明，不同生产地苦荞麦品种的壳厚度会有较大差异，在碾磨脱壳和揉搓脱壳加工中所需的机械冲击力度即磨盘间隙和转速等工艺也须要有一定差异。

2.9壳仁间隙

苦荞麦的壳仁间隙与其脱壳有密切关系，一般壳仁间隙越小越难以脱壳，仁的破碎率也越高。不同生产地苦荞麦品种的壳仁间隙见图9。

图9 不同生产地苦荞麦品种的壳仁间隙

由图9可知，苦荞麦壳仁的间隙为0.037～0.053 mm，其中品种C和D显著大于品种A、B和E，品种E显著大于品种B。这些结果表明，不同生产地荞麦品种的壳仁间隙都很小，壳仁间隙也会有较大差异，在对不同生产地荞麦品种进行碾磨和揉搓脱壳加工时，应注意调节磨盘间隙、转速及进料速率等工艺，以提高脱壳效率和减少碎米率。

2.10仁硬度

仁硬度不仅与品种有关，与成熟度及含水率等也有关，同糙米脱壳加工一样[11]，苦荞麦的仁硬度越小脱壳加工的碎米率越高，脱壳加工中风选分离壳和仁的难度也越大。不同生产地苦荞麦品种的仁硬度见图10。

图10 不同生产地苦荞麦品种的仁硬度

由图10可知，苦荞麦仁的硬度为0.92～1.06 kg，其中品种B和E显著大于品种A和D。该结果表明，不同生产地荞麦品种的仁硬度都较低，而且会有较大差异，在对不同生产地的荞麦品种进行脱壳加工时，也应注意适当调节磨盘间隙、转速及进料速率等工艺，以减少碎米率和壳仁混杂率。

3 结论

从以上结果与讨论可知，苦荞麦籽粒的籽含水率、籽粒度、籽仁色泽、籽千粒重、籽仁体积质量、籽壳仁密度、壳仁占籽质量比率、壳厚度、壳仁间隙、仁硬度等10个物理学特性参数，可用于苦荞麦脱壳加工设备与技术研发，以及指导脱壳加工生产工艺调整等；不同生产地的苦荞麦品种的这些个物理学特性会有较大差异的结果，揭示了不同苦荞麦原料脱壳加工生产工艺调整的必要性。诚然，不同生产地的苦荞麦品种有很多，有些苦荞麦品种的物理学特性参数会超出本研究结果范围；同时，还有另一些与苦荞麦脱壳加工有关的物理学特性，如籽粒的腹沟深浅、弹性模量、破坏力和破坏应力，以及壳韧性和悬浮性等。因此，用于苦荞麦脱壳加工设备与技术研发，以及指导脱壳加工生产工艺调整的籽粒物理学特性，还有待进一步的广泛和深入研究。

[1] 朱云辉，郭元新．我国苦荞资源的开发利用研究进展[J]．食品工业科技，2014，35(24)：360-365．

[2] 孙晓靖，杜文亮，赵士杰，等．苦荞麦脱壳方法的试验[J]．农业机械学报，2007，38(12)：220-222．

[3] 刘艳辉，杜文亮，吴英思．苦荞麦脱壳工艺及主要参数的优化[J]．农机化研究，2008(12)：131-133．

[4] 郭谊，林 保，任宏霞，等．实验室条件下稻谷水分对整精米率的影响验证实验[J]．粮食贮藏，2008(3)：42-44．

[5] 王宜梅，杨捍东．荞麦的综合加工工艺[J]．粮食加工，2015，35(2)：78-80．

[6] 刁斯琴，杜文亮，隋建民，等．剥壳间隙对荞麦整半仁率的影响规律[J]．食品与机械，2013，29(3)：191-193，221．

[7] 马宏斌．苦荞麦主要农艺性状遗传浅析[J]．中国农学通报，2008，24(2)：203-205．

[8] 郭忠贤，王 慧，杨 媛，等．肥料对苦荞麦产量和品质的影响[J]．山西农业科学，2017，45(2)：237-241．

[9] 吴英思，杜文亮，刘 飞，等．荞麦剥壳机分离装置的改进试验[J]．农业工程学报，2010，26(5)：127-131．

[10] 张 麟．油菜籽脱壳与仁壳分离设备研究[J]．农业工程学报，2004，20(1)：140-143．

[11] 贾富国，南景富，白士刚．糙米的含水率与其碾米性能的影响规律研究[J]．东北农业大学学报，2006，37(5)：665-668．

[12] 李进才，赵习姮，赵建城，等．荞麦籽粒的物理学特性研究[J]．食品与机械，2016，32(7)：1-4，79．

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

农业部公益性行业(农业)科研专项(201303069)。

李进才(1960-)，男，副教授，博士，主要从事食品贮藏与加工方面的研究。

10.7633/j.issn.1003-6202.2017.10.003

S517，TS210.1

A

1003-6202(2017)10-0008-05

(责任编辑俞兰苓)