不同温度及含水率稻米籽粒加工过程破裂载荷分析

稻米籽粒在收获后干燥、仓储和碾米加工过程中受到不同程度压缩载荷,过大压缩载荷将造成籽粒发生破裂(爆腰),从而降低稻米整米率和经济价值。籽粒压缩破裂载荷是稻谷加工1个重要物性参数,该文从统计学角度对稻米籽粒压缩破裂载荷进行试验研究。通过机械压缩测量试验及大样本分析,得到稻米籽粒在同一温度、含水率下,其压缩破裂载荷存在统计分布特性。定义并采用稻米籽粒中值F50和大端破裂载荷F90表征稻米压缩破裂载荷;在低温低含水率(16℃,14%)时,稻米籽粒的中值F50为63 N,F90为80 N。研究了稻米加工过程两大重要工艺参数-温度和含水率对籽粒破裂载荷的影响,发现破裂载荷随温度升高而下降,随含水率下降而增大;相比温度,含水率对破裂载荷影响更大。当稻米从高温高含水率(60℃,21%)到低温低含水率(16℃,14%)时,其由橡胶态转变为玻璃态,相应地破裂载荷从35增加到80 N。统计学意义下稻米压缩破裂载荷数值接近生产实际,更能精确指导稻米加工过程优化和产品品质提高。

声发射法无损检测稻谷籽粒应力裂纹

针对目前稻谷应力裂纹缺乏有效研究手段的难题,该文提出利用声发射法研究应力裂纹的设想。以天优3301籼型感温三系杂交稻谷为物料,建立稻谷干燥和机械压缩试验声发射检测装置,测量并分析了稻谷干燥、应力和声发射信号之间关联。结果表明:谷粒在干燥和受载过程产生的声发射信号能够被有效检测;干燥过程中声发射信号时序特征与稻谷干燥特性、典型干燥现象关联密切。湿基含水率为22%稻谷籽粒在60℃条件下,在干燥初始加热期0~7 min,稻谷因内部温度梯度形成的应力而释放少量声发射信号;在7~40 min声发射信号伴随温度梯度减弱而消失;在干燥40 min后,声发射信号受水分梯度影响而重新出现,并且信号密集区和水分梯度最大值时间重合,均出现稻谷湿基含水率干燥到14%附近;30~80℃自然冷却中稻谷声发射信号急剧增加,与高温干燥冷却段爆腰率快速上升现象相对应。湿基含水率为20%谷粒在30 N压载过程中声发射信号峰值与应力屈服8 MPa均出现在100 s。该文研究表明声发射法可为研究稻谷应力裂纹提供一种新的方法和途径。

马铃薯片脆性的力学和声学测量

为发展食品脆性的力学和声学综合测量方法,本研究以3种不同马铃薯干脆片为实验材料,构建食品机械压缩过程力学和声学特性检测平台,采集薯片在机械压缩至断裂过程中力学和声学的连续信号,从声波能量信号的峰值与最大应力的角度对薯片进行脆性分级。结果表明:机械压缩过程中,马铃薯片单样本在整体破碎出现的最大应力和声发射能量峰值之前,多次出现内部孔隙破裂导致的应力和声发射能量中间峰;多样本最大应力和声发射能量分别呈统计学分布特性;实验条件下,样品A的平均最大能量为93.51 mV·ms、平均最大应力为0.035 MPa;以能量和应力分布特性表示脆性,脆性程度从大到小依次为样品A、样品B和样品C。实验结果说明果蔬干产品脆性力学和声学综合测量是可行的。