亚零度环境下油菜籽水分吸附平衡与发芽率变化规律及其在低温储藏中的应用研究

为解决高水分油菜籽冬季储藏中因霉菌生长导致的种子劣变问题，加拿大研究人员系统研究了-25至30°C温度范围和15-94%相对湿度(RH)条件下油菜籽的平衡水分含量(EMC)和发芽率变化。研究发现RH是影响-5至-20°C区间EMC的主要因素，而≤-20°C时温度影响显著；Peleg模型对亚零度等温线数据拟合最佳。该研究为寒区谷物储藏提供了关键参数，对降低产后损失具有重要意义。

　　

在加拿大草原省份等寒冷地区，秋季到冬季的快速过渡给油菜籽干燥和储藏带来严峻挑战。由于气候变化导致收获季节潮湿天气延长，高水分油菜籽在亚零度条件下储藏时，霉菌滋生和霉菌毒素污染风险显著增加。传统热风干燥方法在15°C以上才有效，能耗高成本大；而自然风干燥在低温环境下效果甚微。这亟需开发低能耗的可持续干燥方案，其中大气冷冻干燥（atmospheric freeze drying）被认为是有潜力的解决方案。然而，目前缺乏对亚零度条件下油菜籽平衡水分含量（EMC）及其对种子活力影响的系统研究，特别是发芽率变化规律尚属空白。

针对这一知识缺口，加拿大曼尼托巴大学的研究团队开展了开创性研究，论文发表在《Journal of Stored Products Research》。研究人员选取2022年曼尼托巴省最常用的L233P油菜籽品种，通过饱和盐溶液法在-25至+30°C温度范围和15-94%RH条件下，测定了14-18%初始水分含量（MC）油菜籽的吸附/解吸等温线和发芽率变化。研究采用欧洲COST 90项目推荐方法，使用HOBO传感器持续监测环境参数，通过ASABE标准方法测定MC，采用Wallace和Sinha方法测定发芽率，并评估了18种EMC模型的预测准确性。

研究结果部分，"EMC at above and sub-zero temperatures"显示：在≥5°C时，解吸和吸附EMC遵循II型等温线，且相同RH下解吸MC值高于吸附值；当RH>75%时，EMC差异呈指数增长。在-5至-25°C，EMC随RH增加也呈现II型等温线，-5至-20°C区间RH是影响EMC的主要因素，温度影响微弱；但当≤-20°C时，温度和RH共同影响EMC；RH>75%时，EMC随RH增加和/或温度降低呈指数增长。

"Germination"部分表明：平衡时间随温度降低而延长，-15至-25°C需24周。在-5至-15°C，发芽率保持≥80%，RH影响很小；但在-20和-25°C且RH≥40%时，发芽率降至<40%，显示种子遭受严重损伤。在≥5°C条件下，高RH长时间解吸会导致发芽率显著降低。

"Isotherm modelling"部分指出：Peleg模型对亚零度数据拟合最佳，在-5至-20°C范围MSE为0.234，-25°C时为0.379。≥5°C时，修正Oswin模型对吸附/解吸数据拟合最优（MSE≤0.345）。

讨论部分强调：-15°C应被视为最低安全储藏温度，≤-20°C会因冰晶形成导致细胞损伤；研究首次证实油菜籽在亚零度条件下仍具有干燥潜力，但需要极低RH环境。该研究建立的Peleg模型为寒区谷物储藏管理提供了关键参数，对保持种子活力和减少产后损失具有重要实践意义。研究建议避免在≤-20°C储存MC>8%的油菜籽，并为开发低能耗冷冻干燥技术提供了理论依据。

这项研究的创新性在于首次系统量化了亚零度条件下油菜籽EMC等温线特征及其与发芽率的关系，填补了冬季谷物储藏的知识空白。未来研究可拓展到不同油菜品种、长期储藏效应以及冰晶形成机制等方向。研究结果为寒区农场主和谷物储藏管理者提供了科学决策依据，对应对气候变化带来的农业挑战具有重要价值。