花生莢果及花生仁物理特性研究

劉姍姍 楊亞洲 楊立權

摘 要：為了研究花生莢果及花生仁的物理特性，提高花生脫殼機的脫殼效果，以白沙花生為研究對象，對花生莢果及花生仁進行三軸尺寸、殼厚、百粒重的測量；采用物性分析儀對花生莢果及花生仁進行彈性模量的測量試驗。結果表明：花生莢果長度主要分布在32～48mm之間，寬度主要分布在15～22mm之間，厚度主要分布在14～18mm之間。花生仁長度主要分布在16～26mm之間，寬度主要分布在8.5～15.5mm之間，厚度主要分布在9～13mm之間。花生莢果及花生仁的百粒重隨含水率的增加而增加；花生莢果及花生仁的彈性模量隨含水率的增加而減小。這些數據對花生脫殼機篩網大小、及其與打桿的距離、轉速、風機等的設計有很大的幫助。

關鍵詞：三軸尺寸；彈性模量；花生莢果；花生仁

中圖分類號：S565.2 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20160431021

在農業生產方面，我國在世界上占有重要地位，隨著花生的種植面積和產量的不斷增加，國內對花生脫殼的效率和質量也更加關注。花生脫殼機的生產效率要比人工多10%～40%[1-3]，降低了作業者的勞動強度和生產成本、提高了花生的生產率、促進了花生加工業的發展，花生脫殼機脫殼質量的高低直接影響產品的后續加工以及花生的利用率、花生的品質、花生的價格。設備特性、脫殼工藝和加工對象等是花生脫殼質量的主要影響因素。脫殼設備的主要影響因素有花生脫殼機脫殼部件的結構形式、關鍵零部件材質的選用、結構的參數、關鍵零部件間的組配參數以及運動參數[4-5]；脫殼工藝主要包括脫殼前花生莢果的分級、花生莢果的干濕調配處理等。為了設計出更高質量的花生脫殼機，本研究對花生莢果及花生仁的外形尺寸及彈性模量進行測量，以期降低花生仁的破損率，為新型花生脫殼機的研制奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及設備

帶殼的白沙花生作為試驗材料，主要設備有物性分析儀（RTC-3020D，南京歐熙科貿有限公司）、電熱恒溫干燥箱（KH-35AS，康恒儀器有限公司）及電子天平（JA-5003，上海良平儀器儀表有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 花生莢果及花生仁三軸尺寸及花生莢果殼厚的測量

花生品種雖然相同，但是其外形尺寸也有很大的差異，對花生莢果和花生仁進行三軸尺寸的測量，三軸尺寸定義為：長度（x）、寬度（y）、厚度（z）。花生莢果長度是指沿花生棱線方向的最大尺寸，即x軸方向的尺寸；寬度是指與花生棱線平行方向的尺寸，即y軸方向的尺寸；厚度是指與花生棱線垂直方向的尺寸，即z軸方向的尺寸（見圖1）。同理，花生仁的長度是指兩子葉結合面方向的最大尺寸即x軸方向的尺寸；寬度是指與兩子葉結合面平面的尺寸即y軸；厚度是指與兩子葉結合面垂直方向的尺寸即z軸方向的尺寸，花生莢果和花生仁三軸尺寸坐標系如圖所示。再用游標卡尺對花生殼的厚度進行測量，選擇不用位置進行殼厚的測量，進行統計分析。

1.2 花生莢果及花生仁百粒重的測量

含水率對于花生脫殼效果及花生仁的破損有很大影響，所以研究百粒重時應研究不同含水率下的百粒重，隨機選取白沙花生500粒分為5組進行調濕處理，用測量精度為0.001g的電子天平進行測量，測量出不同含水率下花生莢果及花生仁的百粒重，重復5次取平均值。

1.3 花生彈性模量的測定

含水率選定5個水平，用物性分析儀對花生莢果及花生仁進行靜態壓縮試驗，記錄下花生莢果及花生仁的加載力及彈性變形量，用電熱恒溫干燥箱進行含水率的測量，試驗目的是測量不同含水率下花生莢果及花生仁的彈性模量。

2 結果與分析

2.1 花生莢果及花生仁三軸尺寸的測定與統計

由脫殼原理可以知道，三軸尺寸中影響花生脫殼的主要是花生莢果和果仁的寬度和厚度，花生莢果的寬度和厚度決定了柵條間隙和打桿與凹板篩的距離，主要影響花生脫殼機的脫凈率；花生果仁的寬度和厚度主要影響的是花生仁的破損率。從花生莢果及花生仁的直方圖（見圖2）和統計分析表（見表1）可以看出，花生莢果和果仁的長度分布、寬度分布和厚度分布主要呈正態分布，莢果的平均長度為39.85mm，主要分布在32～48mm之間，約占莢果總數的94%，；莢果的平均寬度為17.95mm，主要分布在15～22mm之間，約占莢果總數的92%；莢果的平均厚度為16.09mm，主要分布在14～18mm之間，約占莢果總數的93%。花生果仁的平均長度為20.56mm，主要分布在16～26mm之間，約占莢果總數的95%；果仁的平均寬度為9.92mm，主要分布在8.5～15.5mm之間，約占莢果總數的95%；果仁的平均厚度為10.70mm，主要分布在9～13mm之間，約占莢果總數的95%。

由表2可以看到，花生莢果的殼厚主要在1.2～1.3mm之間，白沙花生屬于大粒花生，所以要選擇一個相對合適的風機進行果殼分離。

2.2 花生莢果及花生仁百粒重測定與統計

含水率對于花生脫殼效果及花生仁的破損有很大影響，所以研究百粒重時應研究不同含水率下的百粒重，隨機選取4粒紅花生和白沙花生各500粒分別分為5組進行調濕處理，用測量精度為0.001g的電子天平進行測量，測量出不同含水率下花生莢果及花生仁的百粒重，重復5次取平均值（見

2.3 花生彈性模量的測定

農業物料學現已成為農業工程方面的重要的應用基礎理論學科，是一門在國際上發展較快的新興學科，使得農業工程得到了深入發展，開拓了新的研究領域。其中農產品力學，即流變力學特性是有關加工機械、工藝設計的理論依據，可減少在收獲、加工、儲存、裝運等環節的機械損傷，為新產品提供最佳途徑和參數[6-7]。所以，彈性模量對花生的收獲、加工、儲存和運輸過程中的作用也很大，特別是對花生脫殼過程對花生的剝凈率和損傷率。

花生的彈性模量是由花生靜載下的加載力與變形關系得到的。

花生莢果破裂應力σ的計算公式：

—發生的應變。

選擇白沙花生若干進行彈性模量的測量，用KH-35AS電熱恒溫干燥箱進行含水率的測量，用物性分析儀進行彈性模量的測量，根據脫殼效果選擇5個水平的含水率，試驗目的是測量不同含水率下花生莢果及花生仁的彈性模量。可以看到，隨著含水率的增加花生莢果及花生仁的彈性模量越小，所以，含水率越大，花生莢果及花生仁破裂破損需要的應力就越大。

3 結論

花生脫殼設計主要與花生莢果及花生仁的厚度有直接聯系，花生莢果寬度主要分布在15～22mm之間，厚度主要分布在14～18mm之間。花生仁寬度主要分布在8.5～15.5mm之間，厚度主要分布在9～13mm之間。其百粒重隨含水率的增加而增加。

花生莢果及花生仁的彈性模量隨著含水率的增加而減小，含水率越高，花生脫殼需要的應力就越大。

參考文獻

[1]高學梅. 打擊揉搓式花生脫殼試驗研究與關鍵部件優化設計[D].中國農業科學院，2012.

[2]易克傳，張新偉，沈永哲，高連興. 含水率對花生脫殼及花生仁破損力學性質的 影響[J]. 揚州大學學報（農業與生命科學版），2013（03）：65-69.

[3]劉明國. 花生脫殼與損傷機理及立錐式脫殼機研究[D].沈陽農業大學，2011.

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[6]張黎華，張文，秦文，等。花生脫殼力學特性試驗研究[J].視頻科學，2010，31（13）：52-55.

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