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《小麦硬度测定硬度指数法》

《小麦硬度测定——硬度指数法》

国家标准编制说明

（报批稿）

《小麦硬度测定——硬度指数法》

国家标准编制小组

2007年8月15日

1．工作简况（包括任务来源、协作单位、主要工作过程、国家标准主要起草人及其所做的工作等）

1.1任务来源及协作单位

根据国家粮食局办公室国粮办发[2004]90号文件，《国家粮食局办公室关于做好2004年国家标准和行业标准制修订工作的通知》附件1，国家粮食局2004年国家标准制修订计划第12项《小麦硬度》（编号20032333-T-449）制定本标准，由郑州工程学院（现河南工业大学）和无锡粮食机械厂负责起草。

1.2主要工作过程

本标准是在国家“十五”科技攻关项目“小麦硬度测定指标的研究及设备开发”〔项目编号2001BA512B06（02）〕的基础上立项的。

“小麦硬度测定指标的研究及设备开发”项目已于2003年7月12日通过国家粮食局组织的专家鉴定（国粮鉴字【2003】第004号）和国家科技部组织的验收，课题开发的小麦硬度测定仪也通过了国家粮食局标准质量管理办公室组织的综合性能评审。

接受编制标准的任务后，课题组组成了《小麦硬度测定方法及技术条件》国家标准编制小组并进行了分工，随着研究的进展，《小麦硬度》标准分为两个标准：

小麦硬度测定方法标准和仪器技术条件与试验方法标准，河南工业大学主要负责硬度测定方法标准的编制工作，无锡粮食机械厂主要负责技术条件与试验方法标准的制定。

标准编制小组在“十五”课题的研究基础上，对方法进行了进一步研究，并且在四家较大型的小麦粉厂和一家国家级质检机构以及九个收购现场进行验证，在验证的基础上，对仪器进行改进和定型，生产了10台新型样机，并作了测试，根据使用情况和测试的结果起草了小麦硬度测定方法标准的征求意见稿。

全国粮食标准化技术委员会粮油储藏及流通技术工作组于2004年11月28日在江苏无锡，组织有关专家对小麦硬度测定方法征求意见稿进行了讨论。

编制小组对反馈意见进行了汇总，根据专家的意见，更改小麦硬度标准的名称为《小麦硬度测定——硬度指数法》和《小麦硬度测定仪技术条件及试验方法》，对《小麦硬度测定——硬度指数法》标准内容进行了较大的修改和完善，形成了《小麦硬度测定——硬度指数法》标准送审稿。

2005年7月15日全国粮油标准化技术委员会第一届四次会议对送审稿进行了审议，编制小组汇报了《小麦硬度测定——硬度指数法》标准编制说明，应用单位汇报了小麦硬度指数方法几年来的应用情况，与会委员和专家对《小麦硬度测定——硬度指数法》标准进行了深入的讨论，肯定了该标准的科学性、先进性和可行性，对标准作了高度的评价，同时对标准文本提出了修改意见，会议通过了该标准作为国家标准报批。

2006年、2007在对小麦标准的修订讨论中，对《小麦硬度测定——硬度指数法》标准又进行了多次讨论，同时应用小麦硬度指数法在2006、2007年小麦收购预案的会检中，分别对全国1500多份和1800多份河南、河北、山东、陕西、江苏、安徽、湖北、四川等八个会检省份的样品进行了小麦硬度指数和单颗粒硬度指数（SKCS）等指标的测定。

2007年7~8月对小麦硬度测定仪在河南、山东、河北15个小麦收购点进行了一周时间的应用试验，试验结果令人满意。

编制小组根据委员和专家的意见对《小麦硬度测定——硬度指数法》标准进行了修改，形成本报批稿。

同时，在课题完成后，从2004年～现在，无锡粮机厂对仪器的标准化做了大量工作，根据测试数据、应用情况以及对小麦硬度测定的要求，编制了《小麦硬度测定仪技术条件及试验方法》行业标准的讨论稿，该标准将另行讨论及上报。

2007年8月22日，国家粮食局标准质量中心组织农业、小麦主产省、机械等方面的专家对本标准进行了审议，进一步对标准文本进行了修改，拟经标委会委员审定后报国标委发布实施。

2.国家标准编制原则和确定国家标准主要内容（如技术指标、参数、公式、性能要求、实验方法、检验规则等）的论据（包括实验、统计数据），修订国家标准时，应增列新旧国家标准水平的对比

2.1编制原则

适应建立社会主义市场经济体制和粮食流通体制改革的要求，为小麦的收购、加工、贸易提供客观、快速检测技术手段，引导小麦市场的发展与小麦及其产品质量的提高，有效地利用小麦资源。

2.2确定国家标准主要内容的依据

根据国家“十五”科技攻关项目“小麦硬度测定指标的研究及设备开发”的研究成果及在小麦粉厂和收购点的试用情况制定本标准。

2.2.1小麦硬度及其重要意义

小麦籽粒质地的软硬是评价小麦加工品质和食用品质的一项重要指标，并与小麦育种和贸易价格等密切相关。

硬度是国内外小麦市场分类和定价的重要依据之一，也是各国的育种家重要的育种目标之一[1-3]。

小麦胚乳的质地（硬度）被定义为破碎籽粒时所受到的阻力，即破碎籽粒时所需要的力。

硬度是由胚乳细胞中蛋白质基质和淀粉之间的结合强度决定的，这种结合强度受到遗传控制。

在硬麦中，细胞内含物之间结合紧密。

软麦的淀粉粒表面粘附有较多的分子量为15K道尔顿的蛋白质，在物理上削弱了蛋白质与淀粉之间的结合强度，容易破裂[3-6]。

小麦硬度与小麦加工工艺和最终产品品质密切相关。

硬度是表征小麦研磨品质的主要指标，其变化可使小麦制粉流程中各系统在制品数量和质量、各设备工作效率、小麦粉出率和小麦粉质量、加工动力消耗等产生很大变化。

小麦制粉流程和相应的设备技术参数，通常是根据待加工的原料小麦硬度范围确定的[7-9]。

因此，预先测定原料小麦的硬度，对于及时调整制粉工艺流程和相应的技术参数，确定配麦方案、保持流程的物料平衡和生产稳定、提高生产效率和经济效益等，都具有重要的指导意义。

小麦粉加工企业经济效益的好坏，很大程度上取决于不同等级的小麦粉联产加工时高精度、低灰分（如灰分0.5%以下）小麦粉的出率。

加工厂工艺设计和设备操作的指导思想就是为了制粉系统多制造麦渣和麦心，保证清粉机的来料饱满。

而在同样的加工工艺和加工设备前提条件下，不同硬度的小麦在研磨和筛分后，麦渣和麦心的数量差异悬殊，用硬麦获得的麦渣、麦心的数量显著高于软麦，特别是大粒度麦渣心的数量；虽然硬麦的皮磨粉出率低于软麦，但硬麦的总出粉率高于软麦[11]。

即选择硬麦加工时，高精度、低灰分小麦粉的出率要高[10]。

小麦硬度对高精度、低灰分小麦粉出率的重要影响已引起制粉业广泛的关注和高度重视。

选择正确的方法评价小麦的硬度，成为促进小麦粉生产和利用的重要手段。

2.2.2小麦硬度的测定方法

有关小麦硬度理论的研究持续了100多年，测定小麦硬度的方法也有100多种，概括起来，主要有角质率法、压力法、研磨法、近红外法等[3,12-14]。

2.2.2.1角质率法

角质率法又称玻璃质法、硬质率法，由于这类方法简便易行而首先被广泛采用，其指标迄今仍作为一些国家小麦分类的标准。

在美国，角质粒率指标仅限于对硬红春麦和杜伦小麦，因为这两种小麦的角质率高，容易区分。

我国与国外相同，规定角质率70%以上的小麦为硬质麦，但对角质粒的定义与国外不同。

国外标准中，定义角质含量100%的小麦籽粒为角质粒，我国定义角质部分占本籽粒截面50%以上的籽粒为角质粒。

故我国标准中的硬质麦，只能保证角质含量在35%以上，数值偏低，不能较好地反映小麦的真实硬度。

长期以来，我国一直使用角质率的大小来反映小麦的硬度。

小麦角质率的测定采用目测法，操作繁琐，在实际操作中不易准确判断，人为误差大，不能准确地反映小麦的硬度，无法满足小麦收购、贸易、加工的需要。

2000年，郑州商品交易所为了减小角质率测定的误差，组织所属8个交割库的质检人员对8个不同小麦样品共同进行角质率的现场比对，测试结果差异悬殊，最大相差达22%。

2.2.2.2压力法

利用压头或刀头压碎或切割方法来测定小麦硬度，如压裂籽粒法、切割法等。

当前，这种方法使用不多。

因为小麦籽粒之间的硬度、粒度以及粒形差异较大，需要在大量的样品测定的基础上，统计分析才能得出正确的结果；而且单籽粒硬度不能真实反映小麦整体的研磨品质，制粉行业更关心散粒体的硬度（一批小麦在研磨或粉碎时表现出的综合特性）。

因结果的重复性低以及籽粒的变异性，限制了这种方法的应用。

20世纪90年代初，美国农业部为了解决小麦的错误分级问题，专门成立了小麦分级工作小组，研究正确的小麦分级方法。

他们与瑞典PERTEN仪器公司合作研制了4100型单粒谷物特性测定仪（SingleKernelCharacterizationSystem，SKCS4100），并于1994年投入商业化生产。

SKCS4100系统能够在3～4min内对300个谷物籽粒的特性进行测定，然后进行统计分析，显示平均值、标准差和绘出直方图，可同时得到谷物水分、硬度指数、籽粒质量、籽粒直径等指标。

该系统对充分了解小麦各项特性（硬度、粒度、水分、质量）的均匀性，鉴别小麦的混杂程度提供很大的帮助。

在美国小麦质量年度报告中，也用SKCS4100系统测定的硬度指数来表征小麦的硬度。

单颗粒硬度指数SKCS在0～100之间变化，硬麦的SKCS硬度指数平均值为75，软麦的单颗粒硬度指数SKCS平均值为25，指数越大，硬度越高。

SKCS4100测定系统价格昂贵，国内仅有少数科研、教学及省级检测站单位使用，推广普及很难。

此外，SKCS4100系统反映的是单籽粒小麦的硬度，和反映小麦散粒体硬度的其它测定方法有区别，也具有一定的局限性。

2.2.2.3研磨法

研磨法利用研磨粉碎小麦来测定硬度。

一般来讲，硬质小麦研磨或粉碎后得到较粗的颗粒，流动性好，而软质小麦得到较细的颗粒，流动性差。

不同硬度的小麦研磨或粉碎后得到的颗粒具有不同的粒度分布。

研磨法主要有研磨时间法[17]、研磨细度法[15,16]、研磨功耗法[18]等三种方法，这三种方法已在国外得到普遍的认可及使用。

研磨细度法又叫颗粒度指数法（PSI），具有较好的分辨能力，测定重现性好，但测定时间较长，再现性差；研磨时间法在测定时所需样品数量少、测定时间短，操作简单，测定重现性也很好，但受环境温度的影响比较大；研磨功耗法费工、费时，手续繁杂，应用较少。

2.2.2.4碾皮法[3,19]

一定质量的小麦样品，放在装有金刚砂盘和钢丝筛网的实验室大麦碾皮机中碾削一定的时间，碾削后穿过筛网的物料质量占试样质量的百分数称为抗碾指数，用以表征小麦硬度。

硬麦比软麦耐碾削，抗碾指数越小，小麦硬度越大。

碾皮法受小麦颗粒大小分布的影响，粒度小的籽粒被碾削的程度低，抗碾指数小。

由于碾皮设备和筛网孔径、碾皮时间等方面的差异，碾皮法派生出很多方法。

2.2.2.5近红外法[20,21]

近红外法（NIR）可以快速测定谷物的蛋白质、脂肪、水分含量等。

其中1680nm、2230nm处的反射量与研磨时间法的GT值或研磨细度法的PSI值都有较好的相关性。

国内外均有应用近红外反射仪测定小麦籽粒硬度的报道。

本方法的优点是测定速度快，成本低、重现性好，样品间可比性强，用样量较小，还可同时测其它指标。

NIR值越大，籽粒硬度越高。

NIR法已列入美国谷物化学家协会标准方法（AACC39-70A），有望批准列入国际谷物化学家协会标准方法（ICC方法）。

AACC39-70A方法首先要求采用美国标准化技术研究院提供的10种具有不同颗粒度指数（PSI）分布的小麦样品对仪器定标，得到定标方程以后，才能适合大批量小麦样品的测定。

AACC39-70A方法要求对样品进行粉碎，籽粒水分应控制在11%～13%之间。

在法国小麦质量年度报告中，采用近红外法来表征小麦的硬度。

法国根据美国AACC39-70A方法，将小麦用指数0～100分成不同的硬度等级（特软、软、中等偏软、中等偏硬、硬、特硬六个等级）。

一般，软麦的平均硬度指数为25，硬麦的平均硬度指数为75。

近红外反射法测定小麦硬度克服了角质率法存在的人为观察误差大、费时、费力、不易定量等不足，具有快速、简便、准确等优点，但仪器价格昂贵，难以推广普及。

2.2.2.6其它方法

其它测定小麦硬度的方法有研磨转速法[22]、声学法[23]等，这些方法还不成熟，目前很少应用于实际生产中。

2.2.3小麦硬度测定的新方法——小麦硬度指数法

河南工业大学（原郑州粮食学院）研究并建立了一种测定小麦硬度的新方法——硬度指数法（原名抗粉碎指数法）[24]，在此基础上，与无锡粮食机械厂合作，共同完成了国家“十五”科技攻关课题“小麦硬度测定方法的研究与设备开发”，于2003年7月12日在北京顺利通过了由国家粮食局组织的专家验收、鉴定和综合技术测评。

该课题开发出具有我国自主知识产权、适合小麦收购现场使用的JYDB100型小麦硬度测定仪，技术创新突出，总体技术水平属国内领先，硬度测定方法的研究处于世界同类先进水平。

用小麦硬度测定仪器粉碎硬度不同的小麦时，在一定的粉碎时间内，穿过筛网的粉粒质量不相同，用穿过筛网的粉粒质量占测试小麦样品质量的百分比值表征小麦的硬度，定义为“小麦抗粉碎指数（PulverizingResistanceIndex，简称PRI）”。

PRI值越小，表明小麦硬度越高。

为了与硬度大小的方向上保持一致，2007年将“小麦抗粉碎指数”改为“小麦硬度指数（hardnessindex）”，定义为在规定条件下粉碎小麦样品，留存在筛网上的样品质量占测试样品质量的百分比，简称HI。

硬度指数越大，表明小麦硬度越高，反之表明小麦硬度越低。

PRI与HI的关系是：

HI＝100－PRI。

与现有各种小麦硬度测定方法相比，硬度指数法具有测定准确、简便、快速、仪器价格低等优点，极具普及推广的价值，解决了目前国内外已有测定仪器和方法存在的测定程序繁琐、环境要求高或价格昂贵等问题，填补了国内空白。

2.2.4筛网的寿命

由于筛网对测定结果影响极大，因此进行了筛网寿命的测试。

选择三台样机，同时测定“济南17”、“小偃54”、“青海海西”和“烟农15”四种小麦样品的硬度指数。

对每台样机而言，按“济南17”、“小偃54”、“青海海西”和“烟农15”的顺序依次测定它们的硬度，每个样品1次。

每完成4个样品共4次测试，计为1个周期。

1个周期结束后，进入下一个周期，依此类推，循环往复，直至筛网破损。

每个周期内或周期间，前后两次测定的时间间隔15min以上，保证足够的冷却时间，以消除仪器内部研磨副产生的温升对测定结果的影响。

从测定开始到筛网破损，前后持续了6天时间，每台样机仅使用1片筛网。

室内温度23～26℃，编制筛网的材料为不锈钢丝。

由于采用间歇测定，保证研磨副每次测定后有充分的冷却时间，消除了温升产生的累积效应。

由于仪器所处的环境温度基本一致，三台样机的测定精密度完全具有可比性。

不锈钢丝筛网的使用寿命大大延长，在三台样机上的测定次数均达到了130次，按1个小麦样品测定2～3次计算，一片筛网可保证50个样品的测定。

本组实验中，在三台样机上，硬麦或软麦样品的硬度测定结果均不受测定先后次序的影响，说明：

只要筛网不破损，使用次数的多少基本不影响硬度测定结果。

“青海海西”样品的硬度指数在三台仪器上的稳定性均差，波动性较大，可能与样品本身的不均匀性有关。

2.2.5水分对小麦硬度的影响及校正

小麦硬度的高低受多种因素影响，但其中以水分含量的影响最为显著。

低水分软麦表现出典型的硬麦特征，高水分硬麦表现出典型的软麦特征，水分的变化对软麦硬度的影响比对硬麦的影响大[3,29,30]。

郑家丰[31]挑选4种小麦样品（硬麦和软麦各2种），采用ZLY-1型自动粮食硬度计，在不同水分条件下（8.5%～14.5%）测定其硬度，研究了水分与小麦硬度的关系。

研究发现，随着水分含量升高，小麦样品的研磨时间增大；水分在8.5%～10.0%范围内，测定值变化不大，水分越高其测定值变化越大，这种现象在软麦中更为明显。

其结论与Miller[17]和Obuchowski[29]的实验结论一致。

在不同的硬度测定方法中，水分的变化对小麦硬度的影响程度也不一样[29]。

研究开发操作简单、重现性好、分辨率高且测定值受水分波动影响小的硬度测定方法和装置，是谷物化学界长期追求的目标。

在这方面的工作有一定的难度，到目前为止，世界范围内还没有一种统一的小麦硬度测定方法的原因可能也在于此。

目前，国内外绝大多数小麦硬度测定方法对被测样品的水分含量范围均有一定的限制。

根据小麦品种间硬度的差异，有针对性地校正水分含量的波动对小麦硬度的影响，就成为目前小麦硬度研究方面的难点，这方面的研究未见有报道。

选取国内外10种不同硬度的小麦样品，采用自然晾晒-干燥器水分平衡法，得到平衡了水分的不同水分样品。

用LSC-80型粮食水分测定专用粉碎机处理样品，避免粉碎过程中水分损失。

采用国际标准标准化组织ISO712方法测定水分。

使用JYDB100型小麦硬度测定仪，以硬度指数法为基础，综合研究了不同的小麦品种硬度测定值随水分的变化规律，为校正因水分变化而引起的小麦硬度测定值的偏差提供依据。

测定结果表明，对同一小麦样品，随着水分含量的升高，硬度指数降低，硬度降低；不同硬度的小麦样品其硬度指数随水分含量的变化趋势不同，水分对软麦的影响比硬麦的影响大，即软麦比硬麦对水分变化的敏感性更强。

表1硬度指数随水分变化关系曲线的线性回归方程

样品名称

回归方程