唐福元 馮家暢 嚴曉婕 楊文生程緒鐸 溫吉華 楊大明 單賀年

(南京財經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院/糧食儲運國家工程實驗室1，南京 210046)(中央儲備糧鎮(zhèn)江直屬庫2，鎮(zhèn)江 212006)

糧食儲運工程中，降低糧食籽粒破碎率是亟待解決的重要問題。小麥、稻谷籽粒粒徑較小，結(jié)構(gòu)柔韌，一般的機械碰撞對其損傷較小［1］。玉米籽粒粒徑較大，收獲的玉米水分很高，快速干燥后，籽粒含水率快速降低，內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得疏松，外表皮層變脆。淺圓倉、立筒倉、鋼板倉的倉頂?shù)絺}底的落差一般在15～40 m［2］。玉米裝倉時，在落差較大的筒倉內(nèi)，由倉頂落到底部與鋼錐斗或者堅硬的地坪發(fā)生碰撞，破碎率會顯著增加，達到6% ～11%［3］。破碎的玉米會降低加工品質(zhì)，影響其使用價值。另外，破碎的玉米為微生物和害蟲的生長繁殖創(chuàng)造條件，影響儲糧安全［4］。

在筒式倉內(nèi)設(shè)置緩沖裝置，改變糧粒自由落體的進倉狀態(tài)，減小糧食的下落速度是減少玉米籽粒入倉過程中撞擊破碎的有效措施［5］。如在倉內(nèi)安裝伸縮軟管、緩沖溜槽、溜管導(dǎo)流裝置、雙漏斗溢流裝置等［6］。這些緩沖裝置都存在一定的缺陷。程緒鐸等［7］設(shè)計了“雙直溜槽與雙螺旋溜槽連接式裝糧器(2根溜槽)”，它的結(jié)構(gòu)是2根傾斜的半圓截面的直溜槽連接兩半圓截面雙螺旋溜槽，直溜槽一端與倉頂入口連接，一端與螺旋溜槽連接，連接點在倉壁上，螺旋溜槽環(huán)繞倉壁下行，固定在倉壁上。這種溜管結(jié)構(gòu)簡單牢固，安裝方便，所占倉容小，溜管行程長，可大大降低糧食到達倉底的速度。2014年4月，試驗人員在中儲糧鎮(zhèn)江糧庫6號筒倉安裝了直溜槽與螺旋溜槽連接式裝糧器(1根溜槽)，并做了玉米籽粒從糧倉倉頂經(jīng)過溜槽和自由下落的碰撞試驗，以及碰撞后未破碎的玉米籽粒靜態(tài)壓縮試驗，從而起到溜槽的減損效果。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選用玉米產(chǎn)自安徽淮北，其粒徑長分別為:大粒徑 11.54 mm，中粒徑 8.96 mm，小粒徑 4.32 mm(隨機取樣80粒所得平均值)，玉米的含水率單位是濕基(%/w.b.)。試驗用的玉米的含水率為11.64%、13.54%、15.43%、16.43%w.b.。

1.2 試驗設(shè)備—直溜槽與螺旋溜槽連接式裝糧器

雙直溜槽與雙螺旋溜槽連接式裝糧器(2根溜槽)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，直溜槽與螺旋溜槽連接式裝糧器(1根溜槽)實物圖如圖2所示。

圖1 雙直溜槽與雙螺旋溜槽連接式裝糧器的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 直溜槽與螺旋溜槽連接式裝糧器實物圖

1.3 試驗儀器

JSFD－粉碎機:上海嘉定糧油有限公司;Brookfield CT3質(zhì)構(gòu)儀:美國Brookfield公司;300游標卡尺:中國桂林量具刃具廠。

1.4 試驗方法

1.4.1 樣品的準備

對原始樣品進行除雜，除去雜質(zhì)與破碎的玉米。通過105℃烘干法［8］測定其含水率，測得原始樣品的含水率為13.54%w.b.。使用烘干與加濕2種方法調(diào)節(jié)玉米樣品的含水率。1)取一份玉米樣品(2 000 g)放在30℃烘箱內(nèi)烘干5 h后，測定3次含水率，取其平均值，測得的玉米含水率為11.64%w.b.。2)根據(jù)公式1)計算出調(diào)節(jié)到目標含水率所需要增加的蒸餾水的質(zhì)量，然后將加過水的玉米放進密封袋中置于15℃的人工氣候箱里1周，并每天翻轉(zhuǎn)密封袋1次，使水分均勻。

式中:Q為所需要添加蒸餾水的質(zhì)量/kg;Wi為玉米樣品的質(zhì)量/kg;Mi為調(diào)制前玉米樣品含水率;Mf為調(diào)制后玉米樣品含水率。

測得加水后玉米樣品的含水率分別為15.43%、16.43%w.b.。

1.4.2 試驗步驟

(1)從25 m高的倉頂向下拋出不同含水率的玉米(11.64%、13.54%、15.43%、16.43%w.b.)，通過溜槽玉米從倉頂落到倉底，與倉底碰撞，收集落下的玉米，裝回袋中，并做好標記。

(2)從25 m高的倉頂拋下不同含水率的玉米(11.64%、13.54%、15.43%、16.43%w.b.)，玉米自由下落，與倉底碰撞，收集落下的玉米，并做好標記。

(3)以未發(fā)生碰撞的玉米作為對照，碰撞試驗完成后，從每個含水率和每個碰撞方式的玉米中各取出500粒，對玉米籽粒進行觀察檢驗，得到其破碎粒，進而得到碰撞后的玉米破裂結(jié)果。

(4)對碰撞前后的玉米籽粒進行靜態(tài)壓縮試驗，測定玉米籽粒的破壞力和破壞能。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同方式進倉碰撞后的玉米破碎率

不同含水率的玉米籽粒經(jīng)過溜槽滑入倉底和自然下落到倉底，碰撞后的玉米破碎率如圖3所示。由圖3可知，碰撞后的玉米的破碎率隨含水率的減小而增大，這是由于含水率越低，玉米籽粒結(jié)構(gòu)越疏松，表面皮層越脆，強度越低，在發(fā)生碰撞后越易破碎。

圖3 不同方式碰撞后玉米破碎率

經(jīng)過對比可知，不同含水率的玉米，經(jīng)過溜槽下落碰撞的平均破碎率是3.84%，自然下落碰撞的平均破碎率是7.65%，經(jīng)過溜槽下落碰撞的玉米的破碎率明顯低于自然下落碰撞的玉米的破碎率。這是因為玉米與溜槽的摩擦減小了落到倉底時的動能而降低了玉米的下落速度，從而減小了破碎率。因此，溜槽對玉米籽粒進倉的破碎起到了減小作用。

2.2 碰撞后玉米籽粒的壓縮特性

對沒有發(fā)生碰撞的玉米籽粒、經(jīng)過溜槽下落的玉米籽粒以及自然下落的玉米籽粒進行壓縮試驗，測定其破壞力、破壞能、破壞變形量，測定結(jié)果見表1～表3和圖4～圖5。

表1 未碰撞的玉米籽粒的壓縮參數(shù)

表2 經(jīng)過溜槽滑入倉底的玉米籽粒的壓縮參數(shù)

表3 自然下落到倉底的玉米籽粒的壓縮參數(shù)

圖4 含水率為13.54%w.b.的玉米籽粒經(jīng)過不同方式碰撞后的破壞力

圖5 不同含水率的玉米籽粒經(jīng)過不同方式碰撞后的破壞力

表1表明:未碰撞的玉米籽粒破壞力為267.99～234.74 N，平均值是 249.55 N;破壞能為 56.96 ～43.50 mJ，平均值是51.00 mJ。表2 表明:經(jīng)過溜槽下落碰撞后的玉米籽粒的破壞力為246.51～227.19 N，平均值是234.96 N;破壞能為 57.37 ～43.03 mJ，平均值是49.71 mJ。表3表明:自然下落碰撞后的玉米籽粒的破壞力為225.83～212.47 N，平均值是219.09 N;破壞能為 45.38 ～ 38.85 mJ，平均值是42.43 mJ。

由表1～表3、圖5可以看出，無論是未碰撞的玉米籽粒，或是經(jīng)過溜槽下落碰撞后的玉米籽粒，還是自然下落碰撞后的玉米籽粒，玉米籽粒的破壞力和破壞能隨著含水率的增大而減小。

比較表1～表3數(shù)據(jù)及由圖4可以看出，同一含水率的玉米籽粒，沒有經(jīng)過碰撞的玉米籽粒的破壞力最大，經(jīng)過溜槽下落的玉米籽粒的破壞力次之，自然下落的玉米籽粒的破壞力最小;就不同含水率的玉米破壞能的平均值來看，未經(jīng)過碰撞的玉米籽粒的破壞能最大，經(jīng)過溜槽下落的玉米籽粒的破壞能次之，自然下落的玉米籽粒的破壞能最小。

玉米通過2種方式從倉頂落下與倉底碰撞，盡管有的籽粒沒有破碎，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)有了損傷。玉米籽粒內(nèi)部有了損傷，其抵抗破壞的能力就減小，測定的籽粒破壞力與破壞能就會減小。本試驗測定的經(jīng)過溜槽下落碰撞的玉米籽粒的破壞力與破壞能比自然下落碰撞的玉米籽粒的破壞力與破壞能大，表明經(jīng)過溜槽下落碰撞的玉米籽粒的損傷較自然下落碰撞的玉米籽粒的損傷小，因此，溜槽對玉米籽粒進倉的損傷起到了減小作用。

3 結(jié)論

3.1 含水率在11.64% ～16.43%w.b.的范圍內(nèi)，玉米的含水率越小，裝倉碰撞后的破碎率越大。

3.2 不同含水率的玉米，經(jīng)過溜槽下落碰撞的平均破碎率是3.84%，自然下落碰撞的平均破碎率是7.65%，玉米通過溜槽從倉頂下落碰撞的破碎率明顯小于自然下落碰撞的玉米籽粒的破碎率，溜槽對玉米籽粒進倉的破碎起到了減小作用。

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