轴流式和切流式机械脱粒对稻谷损伤及加工品质的影响

为确定不同机械脱粒滚筒收获方式对收获后稻谷品质性状的影响,以手工收获方式稻谷为对照组,对轴流式和切流式脱粒滚筒收获方式收获稻谷的品质性状进行研究,检测不同收获方式稻谷的裂纹率、裂颖率、发芽率、幼苗生长、腹部与背部作为承压面糙米的三点弯曲破碎力、加工品质指标等。测试结果表明:机械脱粒方式收获稻谷与手工收获方式相比,裂颖率增加,发芽和幼苗生长、三点弯曲破碎力和加工品质降低,其中裂颖率最大增加约35.6%,发芽率降低最大达53%,茎秆长度最大降低15 mm,根数量最大降低2.4个,腹部和背部三点弯曲破碎力减小最大值为4.5和3.8 N,整精米率最大降低12.11%;而切流式脱粒滚筒收获方式收获稻谷与轴流式相比,裂颖率较大,发芽率降低达34%~51%,茎杆长度降低最大达12.6 mm,根数量降低最大达1.8个,腹部和背部三点弯曲破碎力差异较小,整精米率降低10.38%。总体来说不同机械脱粒收获方式对稻谷的品质性状影响具有差异性,轴流式脱粒收获方式对稻谷的机械损伤小于切流式脱粒收获方式,机械脱粒损伤稻谷品质性状的评价应该根据稻谷具体使用目的进行客观全面的评价。     

基于Micro-CT图像处理的稻谷内部损伤定量表征与三维重构

在水稻脱粒、储运、加工过程中,外界机械作用力是造成稻谷损伤破损的主要方式,造成的内部裂纹肉眼无法观察但影响稻谷的存储、加工以及种子的发芽率等.该文利用质构仪对稻谷进行挤压力学特性试验,分析稻谷损伤破碎过程;对受不同载荷的稻谷进行CT扫描试验,结合数字图像处理方法对稻谷进行损伤表征分析与三维重构,旨在提出一种新的稻谷内部损伤定量评价方法.结果表明:伪彩色图像处理可以提高CT图像的视觉分辨率;灰度值以及灰度直方图分析可以识别稻谷的胚、胚乳以及裂纹大小,并定量分析;对分割后的二值图像进行像素点统计分析得到80,100,120,140,160N载荷下的损伤度分别为0,0.26%,0.39%,0.93%,1.79%;重构的三维模型可以看出裂纹一般沿着短轴方向扩展,随着载荷增大,原有裂纹逐渐变宽,并产生新的沿着长短轴的混合裂纹,直到糙米断裂.该研究可为谷物内部损伤定量表征分析提供新思路.     

厚度和重力分选稻谷籽粒的品质特性分析

为达到从稻谷籽粒厚度和密度大小来均匀化其品质的目的,对稻谷进行了厚度分选和厚度分选后再进行重力分选加工。结果表明,收获稻谷含水率小于20%后,含水率不同的籽粒无法通过厚度和重力分选加工获得;分选后稻谷籽粒厚度和密度越大,籽粒的加工品质、物理化学、特性糊化特性等都相对较优;同时稻谷籽粒的密度越大,其加工破碎率越低,所能承受的最大三点弯曲作用力越大。因此厚度和重力分选具有使稻谷籽粒按照其内部品质分级和品质均匀化的作用,增加稻谷籽粒的品质附加值。     

谷子籽粒压缩力学性质及损伤裂纹形成机理

在谷子联合收获机及谷子加工机械装备设计研制中需要掌握谷子籽粒的基本物性参数和力学性质,以及受压致谷子谷壳与米粒损伤及裂纹形成过程,从而确定和优化工作参数.为此该文测定了不同含水率下(25.1％,20.9％,17.5％,15.2％)4种优质谷子品种(晋谷21,张杂10号,吨谷,长谷)籽粒的基本物性参数,包括千粒质量、三轴尺寸等,并研究了不同含水率、品种和压缩方位(长度、宽度和高度方向的压缩方位)对谷子籽粒的压缩力学性质的影响,对试验数据进行了多响应完全随机区组分析.结果表明:同一品种谷子籽粒的长、宽、高、千粒质量、算数平均径、几何平均径均随含水率的降低而减小,不同品种间的物性参数差异显著(P＜0.001);影响屈服载荷、变形量、破坏能以及表观弹性模量的主要因子依次是压缩方位、含水率、品种.对于同一种谷子,籽粒的长度、宽度和高度方位压缩时的屈服载荷和表观弹性模量都随着含水率的升高而减小,压缩变形量和破坏能随着含水率的降低呈先减小后增大的趋势.长度、宽度和高度方位压缩时,损伤裂纹的形成过程及发生机理、扩展形态和部位均不同,分别是:从籽粒的尖冠处沿着胚和胚乳连接处扩展,形成几乎贯穿籽粒长度方向的裂纹:从上下两接触点处由应力集中形成的贯穿籽粒宽度方向的裂纹;从腹面的种脐处沿胚乳抗压性最弱的部位延伸且贯穿籽粒一半的裂纹.研究结果为谷子播种,联合收获机及相关加工机械的设计、参数优化提供依据.     

稻米爆腰机理与碎米率

碾米过程中产生的碎米率与稻谷中的糙米的爆腰率有重要相关关系。米粒的主要成分是淀粉,淀粉以一定的晶体结构排列在米粒的胚乳细胞壁中,当淀粉在受热和受潮时,淀粉粒膨胀,使米粒产生热应力和水分应力差,当此拉应力大于米粒抗拉强度时,米粒内部就产生裂纹而形成爆腰米粒。稻谷在收获后期、收获后的干燥、贮藏中均会受到温度和水分变动而产生爆腰米粒,稻谷在加工过程中受到机械力的作用也会增加米粒的破碎。所以,降低碎米率应该从稻谷的收获后期就引起注意,防止温度和水分过大的波动,在稻谷加工中米粒应避免拉伸和弯曲的作用。     

种子玉米籽粒果柄断裂机理试验研究

为降低种子玉米脱粒过程中的机械损伤,掌握种子玉米籽粒果柄的断裂机理,该文对不同品种、不同籽粒含水率、不同施力方式下的种子玉米籽粒果柄断裂特性进行了分析,试验结果表明：随籽粒含水率的增大,果柄抗压强度、抗弯强度、抗剪强度都减小,但抗拉强度增大;压力施力方式对果柄断裂力的影响程度最大,剪切力施力方式对果柄断裂力的影响程度最小;在同一分离方式下,不同品种玉米粒穗分离的难易程度不同。从而为玉米种子低损伤脱粒方式及部件研究和脱粒系统设计提供依据。     

不同生境下水稻稻米品质因子分析

运用因子分析法对不同生境下62个水稻品种中13个稻米品质性状研究结果表明,以前5个主因子对变异的累计贡献率>89％统计,垩白(垩白粒率和垩白度)、加工品质(糙米率、精米率、整精米率和碎米率)、粒形(糙米宽厚比、糙米长宽比)是影响早季稻米品质主要因素;糙米宽、整精米率、精米率、糙米长和直链淀粉含量是影响晚季稻米品质的主要因素。主因子之间早季垩白与碎米率、糙米宽厚比和糙米长宽比、碎米率与糙米宽厚比表现正向相关,晚季糙米宽与精米率和直链淀粉含量、精米率与糙米长和直链淀粉含量、糙米长与直链淀粉含量表现正向相关。主因子之间早季垩白与糙米率、精米率和整精米率,糙米率、精米率、整精米率与碎米率、糙米宽厚比和糙米长宽比,碎米率与糙米长宽比,糙米宽厚比与糙米长宽比表现负相关,晚季糙米宽与整精米率、精米率、糙米长和直链淀粉含量,整精米率与糙米长,精米率与直链淀粉含量表现负相关。     

玉米种子的跌落式冲击试验

为降低玉米种子脱粒过程中的机械损伤,掌握玉米籽粒冲击破碎机理,在跌落式冲击试验台上,对不同品种的玉米籽粒进行了冲击破碎试验,分析了在不同籽粒含水率、不同冲击位置下玉米种子籽粒的力学性质。试验结果表明：籽粒破碎的最大冲击力随籽粒含水率的增加而降低;玉米籽粒在不同冲击面下所能承受的最大冲击力有显著差异,在同一籽粒含水率下,腹面承受的最大冲击力最大,侧面次之,顶面最小;在同一冲击面下,不同品种玉米籽粒抵抗冲击破裂的能力不同,其原因与籽粒的内部结构、形状等因素有关。研究成果对进一步研究玉米种子的力学性质、损伤机理、开发有序脱粒工艺具有重要的意义。     

玉米强弱势粒间机械脱粒破碎率的差异

为明确机械脱粒时玉米强弱势粒间破碎率的差异及其影响因素,选用2个玉米品种,将玉米分强弱势粒分别机械脱粒,比较分析3次机械脱粒日期(8月9日、8月16日、8月23日)强弱势粒的含水率、百粒重、力学强度、淀粉粒形态和破碎率。结果表明,参试品种‘仲玉3号’在8月9日、8月16日和8月23日脱粒弱势粒的破碎率均高于强势粒,‘先玉1171’在8月16日和8月23日脱粒弱势粒的破碎率也均高于强势粒;不同机械脱粒日期强势粒的含水率和百粒重显著高于弱势粒,同时较弱势粒具有明显的力学强度优势。籽粒顶面压碎强度和胚部压碎强度与破碎率呈极显著和显著负相关(r=-0.46**,r=-0.34*),可更好地反映籽粒耐破碎能力;强势粒的角质胚乳淀粉粒大于弱势粒,强势粒的粉质胚乳淀粉粒主要呈多面体,弱势粒主要呈球体。强弱势粒含水率差异难以反映其耐破碎能力,粒重和力学强度差异是造成强弱势粒破碎率差异的重要原因。     

不同含水率对谷子籽粒压缩力学性质与摩擦特性的影响

为了探明不同含水率谷子籽粒的物理机械性质,减少谷子籽粒在播种、碾米加工及储运等过程中受到压缩载荷及摩擦而产生的机械损伤,该文针对不同含水率的谷子籽粒进行压缩力学性质与摩擦特性试验。研究了谷子籽粒的挤压破碎过程,获得不同含水率谷子籽粒的力-位移（变形）曲线,破坏力、变形量及破坏能。随着含水率升高,破坏力减小,变形量和破坏能呈现先降低后升高的变化规律。同时采用赫兹接触理论,得到谷子籽粒单向表观弹性模量和许用挤压应力,结果表明二者都随含水率升高线性降低。分别测定了谷子籽粒与钢板和铝板间的滑动摩擦系数,随含水率升高,谷子与该2种材料的摩擦系数均增大,且与铝板的摩擦系数要高于钢板。根据试验结果,分别拟合得到了压缩和摩擦力学性能指标与谷子含水率的关系方程,为谷子播种、仓储、加工等装备设计及参数优化提供了基础依据。     

微波干燥对蒿草茎秆力学性能的影响

为探索蒿草茎秆对木质材料的可替代性,研究自然状态及微波作用下蒿草茎秆的抗径向压缩及弯折性能,测试分析微波干燥前后材料微观结构变化。试验数据表明:微波干燥速度较快,在700 W干燥装置中,经420 s即可将40 g蒿草茎秆含水率从55%降低到10%以下,而自然干燥则需2.5 h才能完成,随着微波干燥时间延长,细胞壁的纹孔结构被破坏,纤维组织由密变稀,增加了茎秆中的孔隙度。微波干燥300 s后,蒿草茎秆的径向压缩载荷从550 N提高到630 N,可承受的最大弯曲载荷和抗弯强度分别为41 N和193.44 MPa,可以满足日常使用需求约10 N,同时较自然干燥,茎秆直线度由1.1/210(mm/mm)变为0.4/210(mm/mm),且韧性明显改善,这主要因为微波干燥使蒿草茎秆内部微观结构发生变化,释放了蒿草茎秆内部生长应力所致。研究结果为以蒿草茎秆为原料的一次性筷子的工业化加工提供了参考。     

A Rapid General Method for Appraising the Rheological Properties of the Starchy Endosperm of Cereal Grains

A rapid, simple method was developed to prepare small, parallelepipedal test samples of endosperm of wheat, corn, and rice grains. Compression tests performed on endosperm samples revealed the following mechanical properties: modulus of elasticity (E, GPa), breaking stress (σ_rup, MPa), and maximum breaking strain (∊_rup, %). All tests were performed on several endosperm test samples of each cereal species. The results displayed good repeatability and several significant differences in the mechanical behavior of different endosperm structures, especially among soft, hard, and durum wheats. Rice and corn endosperm displayed mechanical behavior similar to that of durum wheat endosperm. The method proposed appears to be sufficiently sensitive and repeatable for studying the incidence of hardness and vitreousness of cereal grain endosperm in relation to its suitability for milling.     

Opportunities and Challenges in Processing of By‐product of Rice Milling Protein as a Food Ingredient

The by‐product of rice milling (BRM), known as commercial rice bran, is the coproduct of rice processing. It is a mixture of outer layers of the grain, the embryo, and some of the starchy endosperm, and these are separated from brown rice to produce white, milled rice. This mixture contains a high concentration of protein (12–20%) in comparison with that of brown rice (7.1–8.3%) or white rice (6.3–7.1%) and is therefore an abundant and cheap protein source. Nearly 70% of the proteins in BRM are albumins and globulins, which are high in solubility, digestibility, and nutritional value. The BRM proteins are hypoallergenic and gluten‐free. With these properties, this type protein has many advantages as a unique and valuable protein source in markets such as protein supplements. The BRM protein can be extracted by physical, alkali, and enzymatic methods, which give yields ranging from 13% to more than 90%. This review highlights the opportunities and challenges in processing of BRM protein as a food ingredient.     

苎麻茎秆力学模型的试验分析

为了提供苎麻收割、剥制机械研究设计的力学参数及理论基础,论文对苎麻茎秆的几何形状进行假定,运用复合材料力学理论建立苎麻茎秆力学模型,利用微机控制万能试验机对苎麻茎秆各向(轴向、径向)及各组分(木质部、韧皮部和茎秆整体)进行拉伸、压缩、弯曲等力学试验,获得力学参数数据,并通过数据的分析计算获得苎麻茎秆力学模型的全部弹性参数。同时,试验结果表明,苎麻茎秆在轴向拉伸中表现更多为木质部的承载作用,其韧皮部与木质部的粘附力不能阻止韧皮部沿木质部表层滑移;苎麻茎秆径向弹性参数测量值和通过各组分弹性参数值计算获得的计算值接近,苎麻茎秆径向符合复合材料的特性。     

Impact of browning reactions and bran pigments on color of parboiled rice

Rice color changes from white to amber during parboiling (soaking and steaming). Color parameters indicated that, during soaking, yellow bran pigments leached out in the water. The levels of the Maillard precursors (i.e., reducing sugars (RS) and free alpha-amino nitrogen (FAN)) depended on soaking temperature and time: leaching of RS was compensated by enzymic formation for long soaking times (>60 min), while proteolytic activity was too low to compensate for FAN leaching. Rice soaking under nitrogen, oxygen, or ambient conditions and determination of polyphenol oxidase activity allowed us to conclude that the effect of enzymic color changes on the soaked rice color was rather small. Color measurements of brown and milled mildly, intermediately, and severely parboiled rice samples showed that both brown and milled rice samples were darker and more red and yellow after parboiling and that the effect depended on the severity of parboiling conditions. Furthermore, steaming affected the rice color more and in a way opposite to that observed in soaking. The changes in RS and the loss of FAN during parboiling suggested that Maillard type reactions occur during brown rice steaming. Analyses of furosine levels confirmed Maillard browning of outer bran layers and endosperm during steaming. The level of this Maillard indicator increased with the severity of parboiling conditions in both brown and milled parboiled rice. Measurements of the levels of bran pigments indicated that bran pigments diffuse into the endosperm during parboiling and contribute to the parboiled rice color.     

玉米果穗离散元模型构建与脱粒仿真验证

针对玉米脱粒离散元仿真中果穗模型难以表征籽粒分离和芯轴破碎的问题，该研究构建了玉米果穗聚合体离散元模型并进行脱粒仿真验证。基于玉米芯轴3层结构采用分层建模与网格划分方法建立玉米芯轴离散元模型，结合Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验、Box-Behnken试验和仿真弯曲试验标定粘结参数；以马齿型玉米籽粒为原型，采用五球粘结的籽粒-芯轴连接方式建立玉米果穗聚合体离散元模型，仿真标定籽粒与芯轴的连接力；最后模拟梯形杆齿、圆头钉齿和纹杆块3种脱粒分离机构的玉米脱粒进程。结果表明：玉米芯轴弯曲破坏力和弯曲刚度仿真结果与实测平均值的相对误差分别为-0.12%和-0.14%，籽粒果柄轴向压缩力和径向压缩力仿真结果与实测平均值的偏差分别为-1.8和2.46 N，3种脱粒分离机构脱粒段仿真区域内籽粒平均法向接触力依次为12.50、12.32和8.03 N，3种脱粒元件对籽粒平均法向接触力的递减趋势与台架试验的籽粒破碎率变化一致，根据籽粒与脱粒元件接触合力的累积频率曲线确定籽粒破碎率的临界接触合力为550 N，仿真未脱净率依次为0.15%、0.37%、0.35%，较台架试验结果分别偏小0.07、偏高0.04和偏小0.25个百分点，沿滚筒轴向籽粒质量分布百分比曲线均表现为正偏态单峰分布，脱粒仿真试验的曲线峰值分别比台架试验高1.03、1.86和0.85个百分点，两者脱粒质量相近。该玉米果穗聚合体离散元模型参数标定准确，能够准确反映籽粒和芯轴的力学特性差异，可还原玉米脱粒分离过程，为后续脱粒分离机构的优化提供参考依据。