杏鮑菇廢菌棒力學性能試驗

郭穎杰 楊軍 賁東偉 王波 程昱

摘要：以經過栽培的杏鮑菇（Pleurotus eryngii）廢菌棒為試驗材料，對不同含水率的廢菌棒進行剪切、壓縮等力學性能試驗。結果表明，含水率是影響廢菌棒剪切強度、抗壓強度的重要因素。平均含水率分別為27.2%、21.4%、12.6%的廢菌棒其平均剪切強度分別為15.5 kPa、22.3 kPa、29.4 kPa。平均含水率分別為28.1%、21.0%、12.6%的廢菌棒，其平均抗壓分別為71.3 kPa、120.0 kPa、150.0 kPa。壓縮試驗中廢菌棒一般經歷彈性、屈服、強化和斷裂4 個階段，符合塑性材料的特點。

關鍵詞：杏鮑菇（Pleurotus eryngii）廢菌棒；含水率；剪切強度；抗壓強度；塑性材料

中圖分類號：S646.9 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）13-3174-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.13.027

Mechanical Property Test on Edible Fungi Residue of Pleurotus eryngii

GUO Ying-jie，YANG Jun，BEN Dong-wei，WANG Bo，CHENG Yu

（Engineering and Technology College， Jilin Agricultural University， Changchun 130118， China）

Abstract： With the edible fungi residue of Pleurotus eryngii after cultivating as test material，shear and compression mechanical tests were carried out. Results showed that moisture content was the key factor influencing shear intensity and compressive intensity. When the average moisture content of edible fungi residue was 27.2%，21.4%，and 12.6%，respectively， the average shear intensity was 15.5 kPa，22.3 kPa，29.4 kPa，respectively. When the average moisture content of edible fungi residue was 28.1%，21%，and 12.6%，respectively，their average compressive intensity was 71.3 kPa，120 kPa，150 kPa，respectively. During the test，the edible fungi residue undergone the four periods including elasticity， surrender， intensity and breakage，which presented characteristics of plastic material.

Key words：edible fungi residue of Pleurotus eryngii； moisture content； shear intensity； compressive intensity； plastic material

食用菌廢菌棒（Edible fungi residue，EFR）是食用菌栽培過程中采集產品后剩下的棒狀培養基廢料。中國是食用菌生產大國，據中國食用菌協會不完全統計，2009年全國食用菌總產量已達1.83×107 t，總產值突破600多億元[1，2]。伴隨著食用菌產業的發展，每年有大量的廢菌棒產生，2009年全國食用菌廢菌棒總量約4.57×107 t。菌棒主要含有木屑、玉米粉、糠麩等有機質，經過栽培后菌棒仍具有較高的利用價值，隨意丟棄不僅浪費木材資源，占用大量土地，廢菌料中有機質的發酵還會對環境造成嚴重的污染[3-5]。因此，如何處理好食用菌廢菌棒是一個越來越嚴峻的問題。

目前廢菌棒循環利用的方式主要為：一是用作生產其他菇類的菌料；二是用作生產生物肥料；三是加工成菌糠飼料；四是發酵生產沼氣。回收的廢菌棒外套塑料袋也可以被重新加工使用[6-15]。在廢菌棒破碎過程中， 刀具刃口附近會產生復雜的應力和應變， 影響脫袋效果、粉碎效果及功率消耗。為此，進行廢菌棒的力學特性參數試驗， 獲得其剪切強度、抗壓強度等力學特性參數，以期對低能耗、高效率的切割器設計提供一定的依據。

1 材料與方法

1.1 材料

剛栽培過杏鮑菇（Pleurotus eryngii）的廢菌棒于2014年3月5日放置于實驗室。菌棒要求底面平整，菌袋外表面完整，菌料無損傷或開裂。第一批試樣于2014年4月5日隨機采集，記為A組；第二批試樣于2014年5月5日隨機采集，記為B組；第三批試樣于2014年6月5日隨機采集，記為C組。每組均采集45個廢菌棒。

1.2 方法

1.2.1 試驗設備 微機控制電子式萬能試驗機、干燥箱、電子天平等。

1.2.2 廢菌棒含水率測定 測定含水率時將廢菌棒置于錫紙盒（重13.5 g）內，秤取試驗樣品的重量，記為試驗樣品的濕重S；在80 ℃的干燥箱內將試驗樣品烘9 h至恒重，然后稱取試驗樣品的重量，記作試驗樣品的干重T。

試驗樣品的含水率：ν=（1-■）×100%（1）

1.2.3 廢菌棒剪切試驗 將試驗樣品置于自制夾具上（圖1），以15 mm/min的速度加載，記錄破壞載荷。

廢菌棒剪切強度：τ=■ （2）

式中，τ為剪切強度，單位kPa；Pmax為最大剪切力，單位N；L為試樣厚度，單位mm；D為試樣直徑，單位mm。

1.2.4 廢菌棒壓縮試驗 壓縮試樣壓板采用平面壓板，將試驗樣品置于中心位置，以15 mm/min的速度加載，記錄抗壓強度。

廢菌棒抗壓強度：σ=■ （3）

式中，Fmax為最大壓應力，單位N。

2 結果與分析

2.1 含水率測定結果

含水率是影響物料力學性能的重要因素之一。采摘杏鮑菇后，廢菌棒后各部分的含水率可以認為是相同的。廢菌棒在實驗室中放置幾個月后，其含水率如圖2和圖3所示。

從圖2可以看出，剪切試驗A、B、C組廢菌棒的平均含水率分別為27.2%、21.4%、12.6%；從圖3可以看出，壓縮試驗A、B、C組廢菌棒的平均含水率分別為28.1%、21.0%、12.6%。剪切試驗樣品A組2號、3號、4號的含水率與B組3號、4號的含水率接近。壓縮試驗樣品A組2號的含水率與B組2號的含水率接近。

2.2 剪切試驗結果

廢菌棒剪切試驗是研究在相同加載條件下，廢菌棒試樣的剪切強度與含水率之間的關系。分別對7組試驗樣品進行剪切試驗并記錄其剪切強度，結果見表1。對表1中的數據進行單因素方差分析（表2），結果表明，在顯著水平α=0.05下，由F檢查可知組別對剪切強度影響顯著。

試驗樣品的剪切強度與含水率的關系見圖4。由圖4可知，A、B、C組廢菌棒的剪切強度組間逐漸下降，平均剪切強度分別為29.4 kPa、20.0 kPa、14.5 kPa。

對B組試驗樣品的剪切試驗曲線中近似部分的離散數據進行一元線性回歸，得出B組菌棒的應力-應變關系，如圖5所示。從圖5可以看出，隨著剪切力的逐漸增大直至破壞極限，在此過程中，開始預緊階段有小部分滑移，在達到破壞極限之前曲線近似呈線性關系。

2.3 壓縮試驗結果

廢菌棒壓縮試驗主要研究在相同的加載速率下試驗樣品的抗壓強度。分別對8組試驗樣品進行壓縮試驗，記錄每組的抗壓強度，結果見表3。

對表3中的數據進行單因素方差分析（表4），結果表明，在水平α=0.05下，由F檢查可知組別對剪切強度影響顯著。

試驗樣品抗壓強度與含水率的關系見圖6。由圖6可以得出，A、B、C組廢菌棒組間的抗壓強度逐漸升高，其平均抗壓強度分別為71.3 kPa、120.0 kPa、150.0 kPa。

對B組試驗樣品的壓縮試驗曲線中近似部分的離散數據進行一元線性回歸，得出B組廢菌棒的應力-應變關系，如圖7所示。從圖7可以看出，壓縮試驗中試驗樣品一般經歷彈性、屈服、強化和斷裂4 個階段，符合塑性材料的特點。

3 小結

試驗結果表明，含水率是影響廢菌棒抗壓強度、剪切強度力學性能的重要因素。平均含水率分別為27.2%、21.4%、12.6%的廢菌棒其平均剪切強度分別為15.5 kPa、22.3 kPa、29.4 kPa。平均含水率分別為28.1%、21.0%、12.6%的廢菌棒，其平均抗壓強度分別為71.3 kPa、120.0 kPa、150.0 kPa。壓縮試驗中試驗樣品一般經歷彈性、屈服、強化和斷裂4個階段，符合塑性材料的特點。研究結果可以為低能耗、高效率的切割器設計提供一定的依據。

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