粮食颗粒力学特性与其破碎关联性研究进展

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1、粮食颗粒力学特性与其破碎关联性研究进展崔帆田勇曹宪周基金项目：国家重点研发计划（2017YFC1600601），国家粮食局粮食公益性行业科研专项（201413007-01）收稿日期：2018-05-02作者简介：崔帆，男，1995年出生，硕士研究生，粮食机械通讯作者：曹宪周，男，1963年出生，教授，粮油食品机械（河南工业大学，郑州450001）摘要：文章阐述了粮食受外载荷作用后所反映的力学特征及反映化学、物理结构的理化品质两方面特性与粮食破碎之间的关联性。指出了研究粮食不同特性与粮食破碎关联性之间关系的实验手段、实验方法及结论。对研究粮食的破碎与力学特性有指导

2、意义。关键词：粮食力学特性；粮食理化特性；破碎；关联性中国分类号：S220.1文献标识码：A文章编号：粮食颗粒破碎一直是粮食加工与储运研究者所关注的一个问题。农业部农产品加工局局长张天佐在“2012农业科技创新发展论坛暨第三届中国现代农业产业投融资峰会上”表示“我国粮食每年产后损失率超过8%，据统计，每年粮食的损失量高达500亿斤。”粮食颗粒的破碎不仅造成粮食的巨大浪费，而且为其输送、储藏、生产等带来一系列的问题。粮食在运输、储藏、加工过程中，导致粮食破碎的因素较多，诸如其力学特性（粉质结构、水分、弹性模量等）、温度、速度、受力性质等因素。而这些因素在不同工况条

3、件下，对不同粮食或同一品种粮食会产生不同的破碎影响。因此，本文通过分析归纳粮食力学特性与其加工品质关系、粮食理化特性与其加工品质的关系，通过研究前所述与粮食颗粒破碎之间的关联性，分析粮食其破碎原因，以此给从事粮食科学研究及粮食加工人员提供一定的实验及理论分析方法。1粮食力学特性与其加工品质关系粮食力学特性是指在不同环境下，承受各种外加载荷（碰撞、拉伸、压缩、弯曲等）时所表现出的力学特征。包括拉压应力、剪切应力、弯曲应力等指标。1.1粮食力学特性1.1.1压应力张洪霞等[1]利用WDW-5微机电子式万能试验机采用机械式连续加载方式对大米籽粒进行力学试验。实验样品采

4、用恳93341、农99d004、富士光、东农416等含水率为14.5%（湿基）的糙米。通过大量实验，作者将数据经Matlab处理后得到力-位移曲线，测定了不同种类大米籽粒的几种常规力学性质，弹性模量，破坏能，破坏力以及破坏应力，并通过方差分析说明了不同品种的大米的弹性模量、破坏能、破坏力存在显著差异，而破坏应力差异性不显著，为稻谷运输、贮藏、干燥、加工等提供一定的参考依据。李心平等[2]为降低玉米种子在脱粒过程中的机械损伤，利用LDS微机控制电子拉压试验机上分别对农大108、富油1号和东单1号实验样品进行了立放、侧放、平放三种放置方式的静态压缩试验。实验结果表明

5、，最大破裂力与含水率呈显著负相关，在同一品种同一含水率下，平放、侧放、立放时的最大破碎力依次减小，在统一放置方式下，不同品种的玉米种子承压能力不同，不同放置方式下，不同受压面生成裂纹的形状、部位和规律不同。1.1.2弯曲应力李毅念等[3]利用TMS-PRO质构仪对宁粳3号、武育粳和镇稻8号3个糙米品种进行三点弯曲破碎力学性能试验，以糙米籽粒的腹部、背部作为承压面进行试验。结果表明籽粒腹部、背部的三点弯曲破碎力的分布以及力学性能存在一定的差异，其腹部弯曲破碎力多呈现多峰分布，背部则以单峰集中分布为主。腹部的破碎力、弹性模量以及弯曲破碎强度大于背部，而背部的变形挠度

6、和断裂能大于腹部。糙米的三点弯曲力与其加工品质存在一定的关联性，力学特性越好，则其加工整精米率越高。Siebenmoren等[4]利用质构仪对三种典型的长粒型稻谷籽粒进行三点弯曲试验。试验结果表明，稻谷的长度和宽度与弯曲应力不显著相关，但是与稻谷厚度呈极显著相关，并且厚度越大，弯曲应力越大。稻谷整精米率与平均弯曲应力没有显著相关性，与籽粒强度显著相关，而且作者通过另外7种样品验证了整精米率与强度呈线性关系。1.1.3剪切应力程玉来等[5]利用WDW型电子万能试验机以及自行设计制造的剪切装置对辽宁省17个小麦品种做了抗剪切力与其品质相关性的研究。研究结果表明，小麦

7、籽粒的抗剪切力与其蛋白质含量呈显著正相关，与容重、千粒重均呈正相关，与淀粉含量呈较小负相关。张永丽等[6]利用LDS微机控制电子拉压试验机对玉米籽粒进行了剪切破碎研究。作者选用东单0号和富油1号两个品种进行了腹面、顶面、侧面三个方向剪切试验。试验研究结果表明，玉米侧面横切、侧面纵切以及腹面横切的剪切力明显较大，并且指出籽粒的角质胚乳、粉质胚乳、胚抗剪能力依次减小。1.2粮食干燥特性冯和平等[7]利用INSTRON-4411型万能试验机以及薄层干燥试验平台对东北玉米进行了干燥试验。作者针对四种不同条件下的的玉米籽粒进行了准静态试验、剪切试验、和应力松弛试验的对比，

8、并对其力学性能做了分析。