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679彩票官网籽粒耐破碎性及其评价与测试方法 
    2018-09-12     中国679彩票网址网

 籽粒完整性是679彩票官网重要的商品指标。机械收获、干燥、装卸与运输过程均会对籽粒造成可见损伤或者内部损伤(应力裂纹),这些带有损伤的籽粒机械强度降低,在后续加工过程中破碎的可能性及加工的难度与费用增加,且破损粒更易生霉菌、生虫,导致变质。国标《GB1353-1999679彩票官网》强制性规定各类679彩票官网分为三个等级,各等级679彩票官网杂质≤1.0%,不完善粒总量≤5.0%、其中生霉粒≤2.0%,不达标的为等外679彩票官网,等外679彩票官网的使用价值和679彩票开户与等内679彩票官网相比明显降低。多年来,我国679彩票官网育种和生产以高产为目标,采用人工收获和机械收穗,对籽粒的商品性状及其耐破碎性未引起足够的重视,相关研究较少。
  近年来,机械粒收是成为我国679彩票官网收获方式和产业发展的必然趋势,但破碎率偏高是当前我国各产区679彩票官网机械粒收存在的主要质量问题,尚难达到国标GBT- 21961- 2008“679彩票官网收获机械技术条件”中规定的籽粒破碎率标准,这一方面与收获时籽粒含水率偏高有关,品种的耐破碎性也是重要的影响因素。历史上由于籽粒破碎严重,美国679彩票官网在出口贸易时也曾经因等级下降,农民遭受巨大损失。有资料表明,从美国至英国的运输使679彩票官网破碎率增加1.9%-6.9%,这些质量问题严重影响了美国679彩票官网的出口,威胁到了美国679彩票官网在国际市场的地位 。为此,美国及相关679彩票官网生产技术先进国家围绕籽粒破碎问题开展了大量研究,并逐步使这一问题得到了解决。
  综上可见,降低籽粒破碎率和霉变率,改善679彩票官网籽粒商品性状,提高商品等级是提高679彩票官网生产效益和竞争力的重要方面,降低破碎率已经成为679彩票官网产业发展迫切需要解决的关键技术与经济问题,为此,本文以本团队研究为主,结合国内外研究现状,围绕影响679彩票官网籽粒耐破碎性的因素、破碎评价指标与测定方法进行综述。
  679彩票官网籽粒耐破碎性的评价
  对679彩票官网籽粒损伤的评价指标与方法较多,通常用破碎敏感性、籽粒硬度等指标来评价。破碎敏感性(Breakage Susceptibility,BS)是679彩票官网籽粒受力破碎的可能性,与干后谷物损伤率高度相关,是评价谷物干燥性能的指标之一,破碎敏感性值越高,破碎强度越低,越容易破碎。破碎敏感性的评价有助于评估机械收获、装卸、运输等操作过程对679彩票官网籽粒破碎的影响。
  籽粒硬度(Hardness)也是籽粒的一种特性,定义为耐磨性(Grinding),是指破坏籽粒所受到的阻力,或籽粒对施加形变的抵抗能力。679彩票官网籽粒干燥、贮藏、管理或加工过程所引起的易破碎性都与籽粒硬度有关。679彩票官网籽粒硬度还显著影响磨粉率和最后产品质量,是评价679彩票官网加工品质和食用品质的一项重要指标。
  影响679彩票官网籽粒耐破碎性的因素
  籽粒破碎与含水率的关系
  国内外大量的研究表明,籽粒含水率高是机械收获时导致679彩票官网籽粒破碎的主要原因,籽粒含水率越高,破碎率就越大。Tran 等研究了含水率对籽粒硬度的影响,发现随着含水率增加,籽粒胚乳变软,种皮的可塑性增强;破碎率与籽粒含水率呈极显著正相关,认为品种间破碎率的差异主要是籽粒含水率和容重不同所致。Tabil 等研究了复水、复干对679彩票官网籽粒破碎敏感度的影响,发现低初始水分样品与高初始水分样品相比,具有较高的破碎敏感性。PLETT 对加拿大 6 个679彩票官网品种研究表明,籽粒含水率在 15.1%-22.1% 之间破碎率最低;Hall 等研究认为,籽粒含水率在 20%-23% 时收获破碎率最低; CHOWDHURY 等报道籽粒含水率 23% 时机械损伤破碎率最低。本团队利用 2011—2015 年在西北、黄淮海、东北和华北679彩票官网产区 15 个省(市) 168 个地块获得的 1698 组收获质量样本数据分析表明,籽粒破碎率平均为 8.63%,破碎率高是当前中国679彩票官网籽粒机械收获存在的主要质量问题;收获679彩票官网籽粒平均含水率为 26.83%,含水率(x)与破碎率(y)之间呈极显著正相关,符合二次多项式y=0.0372x2-1.483x+20.422(R2=0.452**,n=1 698),籽粒含水率高是导致破碎率高的主要原因。
  籽粒耐破碎性与品种的关系
  研究证明不同679彩票官网品种籽粒破碎敏感性不同,籽粒抗破碎特性是可遗传性状,且具有较高的遗传力。JOHNSON 等研究认为抗破碎性的遗传力估计为77%—87%。VYN 等研究结果表明籽粒大小、形态、粒重、籽粒体积密度等可遗传性状与籽粒破碎有关。C R Mrtin 通过将 3 个679彩票官网杂交种按籽粒大小和形状分成6类,并分别测定其破碎敏感性和籽粒硬度,发现籽粒大小、形状、结构特征比籽粒硬度对机械收获破碎影响更大。Y POMERANZ 等研究发现籽粒大小和形状影响籽粒硬度。TSAI 认为晚熟品种破碎敏感性更低,早、晚熟679彩票官网籽粒灌浆期的差异在于醇溶蛋白含量和氮的同化过程不同,晚熟品种醇溶蛋白高与其籽粒破碎率低有关。
  不同品种籽粒耐破碎性达到最强时的含水率是不同的。李璐璐等的研究发现,籽粒含水率相近的不同品种之间,破碎率存在显著差异,可见不同品种的耐破碎性不同。本团队在大田机械粒收条件下对不同品种机械粒收质量评价结果表明,在相同含水率条件下不同品种耐破碎性能表现出较大差异。以各品种籽粒破碎率与样本总体破碎率在相同含水率下的差值作为品种耐破碎率性能评价指标,筛选出新引M751、新引M753、KX9384、登海618和先玉335等耐破碎性能较好的品种。
  籽粒耐破碎性差异产生的理化机制
  前人对籽粒耐破碎性的物理和生化机制做了大量的研究,认为679彩票官网籽粒大小、形状、重量、密度、抗磨性、磨后粗细材料的磨损和质量等物理特性都与籽粒硬度有关。679彩票官网籽粒破碎率与籽粒容重呈极显著负相关关系。籽粒硬度很大程度上取决于胚乳的性质和胚乳在籽粒中的占比。蛋白质和淀粉含量影响679彩票官网籽粒硬度,虽然蛋白质含量在籽粒总成分中远低于淀粉含量,但它在影响硬度方面起重要作用,其中醇溶蛋白类与硬度密切相关,晚熟品种的破碎率低与其醇溶蛋白含量高有关。Fox和Manley 认为有些测试结果硬度与蛋白含量有很强的相关性,而有些受胚乳结构影响较大,但也有研究认为蛋白含量与籽粒硬度没有关系。由此可见,由于679彩票官网品种在籽粒形态、结构和化学组分等方面存在较大差异,因此会表现出不同的耐破碎性,同时679彩票官网生长发育期间的生态环境因素和栽培技术措施、烘干与运输存贮条件等对679彩票官网籽粒的容重、形态与结构及化学组分也会造成明显的影响,从而进一步影响679彩票官网籽粒的耐破碎性。
  温度对籽粒耐破碎性的影响
  环境温度影响679彩票官网籽粒脱水过程,PLETT S 研究认为籽粒破碎率与含水率呈极显著正相关,与容重呈极显著负相关,而年际间、不同区域光温条件不同,会影响679彩票官网成熟期籽粒容重和含水率。VYN 等研究发现田间籽粒脱水阶段干燥温度的增高会造成籽粒长度、宽度和厚度增加,导致粒重下降,进而影响收获时籽粒的破碎,籽粒破碎率随干燥温度的增加而增加,破碎敏感度(BS)与籽粒干燥温度密切相关。
  干燥作业是造成籽粒破损的重要原因之一,报道认为高温、快速干燥方法引起籽粒全粒淀粉结构的应力裂纹、发生内裂。Thompson 和Foster 研究表明,随着679彩票官网籽粒中应力裂缝的增加,679彩票官网籽粒破碎增加;且人工干燥679彩票官网比在低温或未加热空气干燥的679彩票官网更易发生应力裂纹和断裂。此外,当谷物被加热的空气干燥时,在冷却过程中不久就会出现应力裂纹。基于温度与籽粒破碎的关系,Tae 将干燥温度作为评价破碎敏感度的辅助因素。
  栽培措施对籽粒耐破碎性的影响
  研究认为种植密度、氮素水平、播期影响679彩票官网籽粒破碎敏感度。使用氮肥增加籽粒硬度,降低破碎敏感度;KNIEP 等的研究也表明,增加氮肥用量所有参试品种的 BS 均下降;土壤肥力水平低,氮肥用量少、缺氮时籽粒破碎率增大。随种植密度增加,籽粒破碎敏感度略有增加。BAUER 等研究了播期、种植密度、灌溉、氮肥施用量、不同熟期品种等 5 个因素对679彩票官网籽粒 BS 的影响,发现 BS 随播期推迟而增大,播期后延 10 d,增大 1.6%;种植密度每增加 2.0 株/m2,BS 平均增大 1.5%-2.0%;灌溉与非灌溉比较,无灌溉的旱地处理籽粒 BS 却显著低于灌溉处理;籽粒 BS 随氮肥用量增加(0-11g·m-2)而下降。
  679彩票官网籽粒耐破碎性的测定方法
  籽粒破碎敏感性测定原理及方法
  679彩票官网籽粒破碎敏感性测定是模拟籽粒在脱粒、运输、储藏等过程中接触物体和受力情况的不同而设计的,按照籽粒所受外力与接触物体的不同分为4类:即谷物对不同材质表面的冲击、谷物与谷物冲击、谷物冲击和搓擦及谷物离心冲击。
  对不同材质表面的冲击测试是根据籽粒破碎时受到来自不同材质表面的冲击力,据此原理让谷物籽粒以一定的速度冲击到不同角度的冲击面上,然后计算通过圆孔筛的破碎粒质量与样品质量的比率,代表设备是 Duane L. Keller 等设计的冲击测试台;谷物与谷物之间的冲击测试主要是由谷物之间的相互作用力造成的,据此 Miller 等人设计出 USGMRL 谷物加速测试台,让籽粒冲击到固定的谷床上,然后计算破碎率;冲击和搓擦测试理论认为籽粒破碎是在冲击和搓擦两种力共同作用下产生的,包括谷物与谷物之间及谷物与刚性部件表面之间的力,基于此 V K Jindal 和 Mcginty 分别设计了刚性锤片测定仪和Stein 破碎测定仪(Stein breakage tester, SBT),用来测试籽粒破碎敏感性;谷物离心冲击测试的原理是利用离心力加速谷物,使谷物冲击到周围圆筒冲击壁上,计算其破碎率,这种原理的代表仪器是Wisconsin破碎测定仪(Wisconsin breakage tester, WBT)。
  WBT 的谷物加速部件为一个有 4 个通道槽的旋转圆盘,谷物由上部喂入圆盘中心,沿通道槽加速前进,然后冲击到表面上,具有结构简单,性能好,测定速度快的优点。SBT 和 WBT 一度是美国测试籽粒破碎敏感性的主要仪器。Weller等研究表明,WBT 和 SBT 二者之间测试结果的相关系数是0.64;C RMartin 等也分别用 SBT 和 WBT 两种方法测定了 3 个品种的破碎敏感性,发现 SBT 与籽粒的物理特性、组成、硬度特性相关性更强,而 WBT 测试与籽粒大小、形状显著相关。除了以上测定破碎的仪器外,测定籽粒破碎敏感性的仪器还有离心枪、Cargill冲击仪、Missouri破碎仪、Ohio冲击仪等。
  籽粒硬度测定原理与方法
  679彩票官网籽粒硬度的测定方法多以易破损性为基础来表示籽粒的硬度值。关于定量测定679彩票官网硬度的方法和仪器,国内外进行了大量探索与研究。籽粒硬度主要以籽粒抗挤压强度、易破碎率、679彩票官网粉碎后粒度分布和近红外反射率、研磨时间等来表征。679彩票官网籽粒硬度测定的具体操作是称取一定质量的供试籽粒,选用粉碎和过筛设备、按标准化程序粉碎、过筛,以过筛物料的重量占粉碎样品重量的百分比作为硬度指数(Particle Size Index, PSI)。Bennett 等早在 1950 年设计了一种电机测定籽粒硬度,硬度指数由一个旋转破碎轮驱动的活塞调节记录器获得。C R Martin 等采用近红外反射率和Stenvert 硬度计测定679彩票官网籽粒硬度。郭祯祥等基于颗粒度指数的原理,建立了一种应用国产JFS型谷物粉碎机测定679彩票官网籽粒硬度的新方法。
  籽粒压缩和穿刺是测定单个籽粒硬度的方法,已经广泛应用于679彩票网址、大麦等作物。Shandera 和 Jackson 用单个籽粒穿刺纹理分析679彩票官网籽粒胚乳结构的组合和结合力。张锋伟等研究了金穗4号679彩票官网籽粒的压缩和剪切力学特性,并采用针尖压入法对679彩票官网籽粒各组分的硬度作了测试分析,结果表明:含水率、压缩和剪切位置对679彩票官网种子籽粒静压破损特性和硬度有明显的影响;角质胚乳的硬度明显高于粉质胚乳和胚,而粉质胚乳的硬度略高于胚。
  展望
  机械粒收是679彩票官网生产发展的必然趋势,机械粒收关键在品种以及品种熟期、脱水特性与区域热量资源的合理配置及适期收获等。品种问题是我国679彩票官网产区推广机械粒收技术必须首先解决的一个共性问题,因此有目标地筛选和选育早熟、脱水快、收获期籽粒含水率低及耐破碎性好的品种是实现679彩票官网机械粒收的关键措施。为此,需要对品种的脱水、耐破碎性差异开展深入研究。以往我国679彩票官网品种选育多以高产、优质、多抗为目标,今后品种的选育更要重视679彩票官网籽粒的商品性状,有必要将脱水特性和耐破碎性作为重要选择指标,通过育种手段选育脱水快、耐破碎性强的品种,为机械粒收技术大面积的推广和应用提供品种基础。此外,随着生物679彩票开户学的发展,对679彩票官网耐破碎基因的功能研究与基因改良会变得更加简单,分子育种技术将为快速脱水、耐破碎改良带来新的育种契机。随着机械粒收技术和烘干技术的推广,籽粒脱水、耐破碎性改良将成为679彩票官网育种研究的重点。

  籽粒破碎敏感度和籽粒硬度是评价679彩票官网籽粒特性的重要指标之一,对机械粒收、储藏运输、粮食增效、农业创收均有重要影响,不仅影响679彩票官网的营养品质,而且对679彩票官网深加工也会产生重要影响。国外有关籽粒破碎敏感度和籽粒硬度的研究多集中在二十世纪七、八十年代,当前国内679彩票官网机械粒收技术处于快速发展阶段,如何探索一套适合测定国内679彩票官网籽粒破碎敏感度和籽粒硬度的仪器设备、方法和标准,对于研究机械粒收和选育机械粒收品种均有十分重要的意义。


编辑:天天



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