大豆机械脱粒损伤特征及损伤率研究

大豆机械脱粒损伤特征及损伤率研究
高连兴;李晓峰;接鑫;那雪姣;张永丽
【摘要】为深入研究大豆种子破碎和内部损伤机理及其对发芽率的影响,改进大豆脱粒原理和脱粒技术,以机械脱粒、清选后的3个辽宁主栽大豆品种(开育857、辽豆15、沈农8号)为对象,研究了大豆种子籽粒的脱粒损伤状况、特征,分析了造成损伤的基本原因.结果表明:机械脱粒的大豆种子籽粒普遍存在严重的机械损伤问题,其中外部损伤率(含破碎)9%-12%、内部损伤率5%-9%;大豆机械损伤脱粒环节、由脱粒机械作用所致,其次发生在清选与分级过程、由输送装置导致.
【期刊名称】《沈阳农业大学学报》
【年(卷),期】2010(041)001
【总页数】4页(P55-58)
【关键词】大豆籽粒;机械损伤;大豆脱粒;损伤特征
【作者】高连兴;李晓峰;接鑫;那雪姣;张永丽
【作者单位】沈阳农业大学,工程学院,沈阳,110866;沈阳农业大学,工程学院,沈阳,110866;沈阳农业大学,工程学院,沈阳,110866;沈阳农业大学,工程学院,沈
阳,110866;沈阳农业大学,工程学院,沈阳,110866
【正文语种】中文
【中图分类】S513
目前，我国大豆收获与加工质量低，破碎与损伤严重，对于商品大豆而言，脱粒损
失的增加与等级的下降直接降低了经济效益；而对于种用大豆来讲，破碎与损伤不但直接造成种子浪费、增加生产成本，而且影响发芽与出苗而造成的减产，特别是对机械化精量播种技术影响更为严重。

龙生云等[1]研究了大豆种子破损率并进行
了出苗试验；牛元民[2]就我国大豆收获籽粒破碎率一般5%～10%现状，提出了
适时收获与改进脱粒滚筒等措施；毛志怀等[3]对应用弹性模量方法研究了大豆破
裂强度和接触刚度系数等；谭建白等[4]研究了减轻大豆脱离破碎的脱粒机螺旋杆
齿部件；陈海霞[5]提出了减轻大豆脱粒破碎与提高脱净率的双滚筒脱粒装置设想。

FERNANDO等[6]进行了割前脱粒的朔料弹性杆齿滚筒大豆收获机，大豆破碎率
可下降到0.35%～1.11%但破皮严重、达到11.8%～16.6%；MESQUITA等[7]研究一种原理简单大豆脱脱粒装置，该脱粒装置用反向旋转的朔料杆齿滚筒而不切断地上的茎秆，更适合大豆物理特性以减轻破碎和破皮，比较适合大豆种子收获；VANUTRECH[8]研究了利用三种化学元素观察大豆机械损伤情况的方法等。

到目
前为止，关于大豆损伤研究主要集中在大豆破碎和种皮损伤等外部损伤方面，以及如何改进脱粒技术减轻脱粒破碎等，而关于大豆特别是大豆种子内部机械损伤情况、损伤特征等文献报道尚不多见。

本研究重点研究大豆种子机械脱粒过程中的破碎、特别内部机械损伤特征及其损伤分类并分析造成机械损伤的主要原因，为深入研究其对发芽率的影响、改进大豆脱粒原理和奠定基础。

1 材料与方法
1.1 材料与设备
试验选用辽宁省主栽大豆品种开育857、沈农8号和辽豆15作为试验材料，选自辽宁省农科院和沈阳农业大学农学试验基地，皆为分段收获、5T-45型筛选式豆
麦脱粒机进行脱粒。

试验时大豆脱粒存放30d，测得3种大豆含水率、大豆籽粒
外部特征以及籽粒性状见表1。

主要试验设备有体视显微镜、数码相机、谷物品质分析仪（或近红外快速品质分析仪）、电脑、电子天平、游标卡尺等。

表1 大豆籽粒主要物理性状Table 1 Size and configuration of soybean kernels品种Varieties开育857 Kaiyu857辽豆15 Liaodou15沈农8号Shennong8指标Index均值Mean标准差Standard deviation均值Mean标准差Standard deviation均值Mean标准差Standard deviation外形尺寸Measurement/mm长Long 7.98 0.50 8.26 0.56 7.70 0.33宽Width 7.33 0.36 7.48 0.27 6.85 0.27厚Thickness 6.33 0.35 6.05 0.36 6.05 0.41百粒重/g 100-seed weight 25.50 21.05 26.05含水率/%Moisture content 13.47 11.6 14.43 1.2 机械损伤观察方法
借鉴大豆、花生损伤分类方法[9]，大豆损伤也可分为外观损伤（也称外部损伤）
和内部损伤（也称隐性损伤），外部损伤如破碎、缺损和掉皮等，可用肉眼直接观察后记录、分析与统计。

内部损伤是指种皮完好而内部子叶、胚芽等受到机械伤害的损伤，在自然状态下由于种皮包裹而用肉眼很难直接观察到内部情况，需要吸湿、膨胀后借助灯箱系统（图1）、体视显微系统（图2）观察。

灯箱系统构成与原理如图2，由灯泡、通光孔、遮光板、光箱、玻璃托盘构成，其工作原理如图2，灯泡的光线从通光孔照射到光箱里，光箱里的光线透过玻璃后照射在大豆籽粒上，由于大豆籽粒具有一定透射性，目光垂直于玻璃观察籽粒时可以通过透过大豆籽粒的光线分辨出裂纹，也可以用数码相机采集灯箱玻璃板上的大豆籽粒的图像。

体式显微系统构成与原理如图2，将尼康SMZ800体式显微镜与电脑连接，可以方便存
取显微图像并进行图像观察和分析，对每个籽粒的内部机械裂纹情况深入、准确地观察。

2 结果与分析
2.1 大豆籽粒外部损伤形式
通过观察发现，3个不同品种的大豆籽粒损伤形式基本相同，其籽粒外部机械损伤形式多样、复杂，按其所占比例的不同可归纳为破碎、两瓣和破损3种形式（图3）：（1）破碎。

分离的大豆子叶残缺不全或未沿着子叶结合面断裂（图3a）；（2）两瓣。

大豆两片子叶分离但子叶形状基本完好（图3b）；（3）破损。

大豆形状未发生明显变化但种皮损伤、开裂或子叶局部受到损伤（图3c）。

2.2 大豆籽粒内部损伤形式
内部损伤的大豆籽粒由于种皮完好，自然状态下难以观察其内部损伤情况。

将大豆吸湿、膨胀处理后，损伤明显情况可用肉眼直接观察内部子叶裂纹的情况，损伤不明显情况如子叶裂纹、错位、胚芽损伤等只能借助体视显微镜技能型观察。

试验观察结果表明，大豆内部损伤主要分为子叶损伤（裂纹、碎裂）、错位和胚芽损伤3种（图 4）。

（1）子叶碎裂。

子叶折断或碎裂（图 4a）；（2）子叶裂纹。

内
部子叶有 1～2 条裂纹（图 4b）；（3）胚轴与胚芽损伤。

两片子叶发生微小的相对位移或偏转，胚芽受到伤害(图4c)。

2.3 大豆机械损伤率
根据上述不同损伤分类，对3个品种大豆籽粒损伤情况进行了挑选、记录和统计，最后计算出各种机械损伤率（表2）。

由表2可知，机械脱粒的大豆损伤比较严重，总损伤率为16.0%～30.5%、平均损伤率22.4%；内部机械损伤率为8.1%～
11.8%，平均9.4%；3个大豆品种的外部损伤与内部损伤差异显著。

沈农8号大
豆总机械损伤率最高为30.5%，其次是开育857，损伤率20.8%，辽豆15损伤最轻，损伤率16.0%；其外部损伤与内部损伤程度排序与总机械损伤率一致，分析
原因认为，大豆脱粒机械作用力、脱粒时大豆含水率是主要影响因素，含水率低时脱粒容易且损伤下降。

3种大豆的内部机械损伤率平均为9.4%，占总机械损伤率
的42%，说明内部损伤比例较大。

对于大豆种子而言，内部损伤可能严重影响大
豆发芽与出苗，具有十分严重的潜在危害性。

3 结论与讨论
（1）开育857、沈农8号和辽豆15大豆外部损伤特征基本相同，破碎率分别为2.8%、1.9%和2.5%，平均为2.4%；两瓣率分别为4.3%、6.4%和4.1%，平均
为4.9%；破损率（种皮）分别为5.3%、10.4和 1.3%，平均为5.7%；总外部损
伤率分别为12.4%、18.7%和7.9%，平均为13.0%。

这表明大豆的损伤十分严重，会造成严重的经济损失。

表2 大豆外部与内部机械损伤率统计Table 2 Statistics of the damaged soybean kernels机械损伤形式Mechanical damage form损伤率Damage
rate/%外部机械损伤External mechanical damage破碎Serious fracture两瓣Separate into two pieces破损Breakage内部机械损伤Internal mechanical damage子叶碎裂Cotyledon fracture子叶裂纹Cotyledon breakage胚轴与胚芽损伤Hypocotyl and germ damage总机械损伤率Total mechanical damage开育857 Kaiyu857 12.4沈农8号Shennong8 18.7辽豆15
Liaodou15 7.9平均Average 13.0 2.81.92.52.4 4.36.44.14.9 5.310.41.35.7
8.411.88.19.4 3.24.33.03.5 2.43.12.62.7 2.84.42.53.2 20.830.516.022.4
（2）3种大豆同时存在内部机械损伤，开育857、沈农8号和辽豆15内部机械
损伤率平分别为8.4%、11.8%和8.1%，平均为9.4%，占总机械损伤率的42%。

对于商品大豆而言，内部机械损伤似乎可以不予考虑，但大豆种子的内部损伤是不可忽视的。

由于大豆内部损伤有种皮包裹，不能直观发现、也不容易引起人们注意，其对影响大豆发芽、出苗以及产量的影响具有潜在危害性，需要进一步深入研究。

（3）试验的沈农8号大豆总机械损伤率最高为30.5%，其次是开育857，损伤率20.8%，辽豆15损伤最轻，损伤率16.0%，其外部损伤与内部损伤程度排序与总
机械损伤率相一致。

对试验结果进行分析发现，大豆脱粒损伤的主要因素包含3方面：一是脱粒时大豆含水率即脱粒作业是否适时；二是脱粒机脱粒装置结构域工作参数是否合理，如脱粒滚筒结构、转速与喂入方式等；三是不同品种大豆的物理机械性质的差异。

上述影响需要做进一步深入研究。

参考文献：
[1]龙生云,王明立.从大豆种子的现状看精选种子的重要性[J].大豆通报,2004,(1):11-12.
[2]牛元民.浅谈大豆机械收割减少破碎技术[J].大豆科技,2008,(5):28-29
[3]刘传云,张强,毛志怀.大豆表面接触弹性模量的测定[J].粮食与饲料工业,2007,（10）:12-14.
[4]谭建白,王慧如,费殿琪.大豆脱粒元件的试验研究[J].农机化研究，199,3（2）:14-17.
[5]陈海霞.大豆联合收获机的研究[J].农村牧区机械化,2009,81（2）:4-5.
[6]FERNANDO S,HANNA M,MESQUITA C.Soybean threshing mechanism development and testing[J].Transactions of the ASAE,2004,47(3):599-605.
[7]MESQUITA C M,HANNA M A,COSTA N P.New harvesting device for soybeans[J].Transactions of the Asae,2005,48(1):55-62.
[8]VANUTRECHT D,BERN C J,RUKUNUDIN I H.Soybean mechanical demage detection[J].Applied Engineering in Agriculture,2000,16(2):137-141.
[9]周霞,朱顺达,徐正浩,等.中国大豆危机的成因与复兴对策[J].中国农学通
报,2008,24(10):127-132.。