CN109211711A - 利用研磨法快速规模化测定玉米子粒耐破碎性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用研磨法快速规模化测定玉米子粒耐破碎性的方法，旨在解决玉米耐破碎性鉴定难的技术问题。该方法为：在温湿度一致的条件下平衡样品水分；称取定量的样品一次性送入研磨仪中，研磨并计时；当研磨至预定时间时，关闭研磨仪将研磨腔内的粉料移至样品筛中筛分，收集筛上和筛下物并称重；由公式子粒破碎率（%）=W1/（W1+W2）×100%计算玉米子粒的破碎率，W1为过筛后筛下粉料重量；W2为过筛后筛上粉料重量；用所计算子粒破碎率分别达到50%和100%时所需的粉碎时间或所对应的转速表征玉米子粒的耐破碎性。本发明的方法操作简单，可规模化、高通量评价玉米品种子粒耐破碎性。
Description
技术领域
本发明涉及农产品质量鉴定技术领域，具体涉及一种利用研磨法快速规模化测定玉米子粒耐破碎性的方法。
背景技术
玉米是我国第一大粮食作物，是重要的饲料作物和工业原料之一。在国民经济中起着重要的作用。长期以来，由于我国玉米生产收获手段落后，其收获需投入劳动量约占整个玉米种植过程中投入的劳动量的55%，从而导致玉米生产成本居高不下，导致市场竞争力低。因此，传统的玉米生产方式已不适应当前产业发展的要求，建立以全程机械化操作为显著特征的现代玉米生产技术体系成为新趋势，其中，玉米机械粒收是实现全程机械化的关键，是玉米生产发展的方向。
目前，评价玉米机械粒收质量的指标主要包括子粒破碎率、杂质率和损失率（包括田间落粒率和落穗率）。当前，我国玉米机械粒收存在的主要质量问题是子粒破碎率偏高。且破碎率高成为限制机械粒收技术推广应用的主要障碍。子粒破碎是由于机械损伤子粒后产生的结果，STEELE等定义子粒机械损伤（mechanical damage）为机械收获的子粒出现任何破裂（rupture）或种皮破损均为机械损伤。
玉米子粒损伤和耐破碎性通常用破碎敏感性、子粒硬度等指标来评价，子粒硬度定义为耐磨性，是指破坏子粒所受到的阻力，或子粒对施加形变的抵抗能力。当前，在大田使用联合粒收机械进行粒收，通过调查收获子粒的破碎比例，来评价玉米品种耐破碎性，但此方法不但易受子粒含水率、收获机械类型及其操作和种植面积影响，而且费时费力，效率低下。而采用室内测定玉米子粒硬度，测定方法多以易破损性为基础来表示子粒的硬度值，具体操作是称取一定质量的供试子粒，选用粉碎和过筛设备、按标准化程序粉碎、过筛，以过筛物料的重量占粉碎样品重量的百分比作为硬度指数（Particle Size Index，PSI）。但该测定方法受限多种不确定性因素的影响，而且影响大小及量化关系尚不明确。
因此，鉴于当前的大田测试和室内测定都有很大局限性，如子粒破碎率周期长、成本高、速度慢和影响因素多的特点，目前国内没有一种客观、可靠的玉米子粒耐磨性测定及评价方法，生产上亟需一种测试结果准确、测定快速、规模化测定玉米子粒耐破碎性的方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种利用研磨法快速规模化测定玉米子粒耐破碎性的方法，以解决大田玉米耐破碎性鉴定效率低、成本高，而室内难以实现大批量快速测定的技术问题。
本发明人在长期大量的科研实践中发现，不同玉米品种子粒耐破碎性不同，玉米子粒耐破碎特性是可遗传性状，且具有较高的遗传力；子粒含水率相近的不同玉米品种之间，破碎率存在显著差异，也证明了不同品种耐破碎性存在差异；而实际的玉米子粒破碎率测定受到粉碎时间、测定样品质量和机械转速等因素的影响。本发明分别探讨上述因素对子粒破碎率的影响，并基于此测定或评价玉米品种耐破碎性。具体而言，本发明至少从以上三个方面进一步深入开展了大量的试验研究（如图1所示），从而明确了粉碎时间、测定样品质量和转速与子粒破碎的量化关系。
为解决上述技术问题，本发明具体采用的技术方案如下：
设计一种利用研磨法快速规模化测定玉米子粒耐破碎性的方法，包括以下步骤：
（1）子粒水分平衡：供试品种子粒在温、湿度一致的条件下进行长时间水分充分平衡，消去子粒含水率对其耐破碎性的影响；
（2）称取样品，倒入进样器中，使样品一次性进入研磨仪中，并启动研磨；
（3）当工作至预定时间时，关闭研磨仪，待研磨腔内研磨头停止转动时，将研磨腔内的粉料全部清理出来移至样品筛中，收集筛上和筛下物并称重；
（4）计算玉米子粒的破碎率，破碎率越低，耐破碎性越强，计算公式如下：
子粒破碎率（%）=W1/（W1+W2）×100%
其中，所述W1为过筛后筛下样品重量；所述W2为过筛后筛上样品重量；
（5）用所计算子粒破碎率分别达到50%和100%时所需的粉碎时间或所对应的转速表征玉米子粒的耐破碎性。所需时间越长，子粒耐破碎性越强；所对应转速越快，子粒耐破碎性越强。
优选的，在所述步骤（1）中，所述子粒为均匀一致的玉米中部子粒。以确保子粒有代表性、均匀一致。
优选的，在所述步骤（2）中，所述进样器采用PM-8188-A谷物水分测定仪；所述倒计时装置采用YYC-25型计时器。
优选的，在所述步骤（2）中，所述研磨仪为PX-MFC90D数字式超细研磨仪。
进一步的，所述研磨仪的研磨篮容量设置为0.3L；介质尺寸设置为0.2～6.0mm；研磨头选择冲击研磨头，模拟子粒之间和子粒与不同介质表面之间的力；粉碎腔出口筛分片同样选用为2mm筛分片，同选用筛分片一致。
优选的，在所述步骤（3）中，所述过筛时，筛分设备采用标准检验筛GB/T6003.1-2012。
优选的，在所述步骤（3）中，所述样品筛的大小为2mm。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：
1.本发明的测定方法通过研磨装置、倒计时装置、进样装置、筛分设备、称量装置等综合优化设计，进而测定玉米子粒破碎率，用子粒破碎率来表征玉米品种耐破碎性，其结果准确可靠，检测效率高，且测定结果之间具有可比性。
2.本发明的测定方法提高了耐破碎性评价的鉴定效率和准确性，该方法操作简单，为规模化、高通量评价玉米品种子粒耐破碎性提供了关键技术。
3.本发明的测定方法中子粒质量、转速、粉碎时间均对子粒破碎率有显著影响。随子粒质量的增加，破碎率呈下降趋势，两者符合二次曲线关系；随着转速和碾磨时间的增加，破碎率呈线性增加；因而可以用子粒破碎率达50%和100%需要的碾磨时间、转速作为评价玉米品种耐破碎性的指标；对玉米子粒破碎率测试与耐破碎性评价方法提供新的思路、方法和标准。
附图说明
图1为本发明研究的技术路线示意图。
图2为玉米破碎率与样品质量的线性关系图。
图3为分段测试子粒样本质量与破碎率的线性关系图。
图4为玉米子粒破碎率与研磨时间的线性关系图。
图5为玉米破碎率与转速的线性关系图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。
在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的试剂或产品如无特别说明，均为市售常规试剂或产品；所涉及的试验方法，如无特别说明，均为常规方法。
实施例一：利用研磨法快速规模化测定玉米子粒耐破碎性的方法
（1）品种水分平衡
选取有代表性均匀一致的玉米中部子粒，供试品种在温湿度相同条件室内进行时间水分平衡，消去子粒含水率对耐破性的影响。
（2）按测定需要称取的样品，倒入进样器中，按下进样器的启动按键，样品一次性进入研磨仪中，进样快速、均匀，同时倒计时开始，按下计时开始，设定时间结束自动停止。
进样装置采用PM-8188-A谷物水分测定仪进样器，进样按键触发倒计时装置；倒计时装置采用YYC-25型计时器；
研磨仪为PX-MFC90D数字式超细研磨仪，适用物料为干燥，低脂肪，多筋和容易延展的样品；研磨篮容量设置为0.3L；介质尺寸设置为0.2～6.0mm；变频速度控制模块设置为LED数字转速显示和运行状态显示，旋钮转速调节；安全设置为过热保护、过载保护、梗塞保护；研磨头选择冲击研磨头；粉碎腔出口筛分片选择2mm筛分片。
（3）待研磨仪工作至预定时间时，关闭研磨仪电源，待研磨腔内研磨头停止转动时，打开研磨腔端盖，用毛刷将研磨腔内的粉料全部清理出来移至样品筛（2mm）中，充分筛下小于2mm的颗粒，收集筛上和筛下物并称重（用D&T千分之一天平，精确至0.001g）。
筛分设备采用标准检验筛GB/T6003.1-2012，孔径2mm；
（4）计算玉米子粒的破碎率，计算公式如下：
子粒破碎率（%）=W1/（W1+W2）×100%
其中，W1为过筛后筛下样品重量（g）；W2为过筛后筛上样品重量（g）。
试验例一：样品质量与耐破碎性的关系试验
1. 试验材料
选取有代表性均匀一致的玉米中部子粒。玉米品种为KX3564、郑单958（ZD958）和新引M751(M751)。3个玉米品种的种子在市场统一采购。
KX3564和M751是大田机械粒收时破碎率差异大的玉米品种，ZD958为当前第一大玉米品种。ZD958子粒半马齿型，偏粉质；KX3564子粒马齿型，偏粉质；新引M751子粒马齿型，偏角质。
2. 玉米破碎率与样品质量的关系
按实施例1的方法分别测定3个品种子粒质量和子粒破碎率的关系，作测定子粒质量与破碎率的趋势图。
质量梯度设置为：5g、10g、15g、20g、25g、30g、35g、40g、45g，测定的转速为900r/min，粉碎时间20s；3次重复。
玉米破碎率与样品质量的关系如图2所示。
由图2可知，随着测试子粒质量的增加，玉米子粒破碎率逐渐减小，在测试子粒质量大于20g以后破碎率趋于稳定，回归模型为二次曲线，3个品种拟合相关系数均达到显著水平。
根据品种子粒破碎率的分布情况，分别从测试子粒质量低和高两部分通过同质性测验，建立不同样品质量的分段模型（如图3所示）：
Y1=﹣0.0331x+0.8965（样品质量≤20g），R2=0.9753
Y2=﹣0.0011x+0.2565(样品质量≥20g)，R2=0.2116
由分段回归模型可知，在不同样品质量范围内，样品质量的变化对子粒破碎率的影响差异明显。在样品质量小于20g时，样品质量每增加1g，破碎率减少3.31%；当样品质量大于20g时，样品质量每增加1g，破碎率减少0.11%，前后速率呈倍性差异，这可能与不同样品质量条件下子粒的受力情况会发生变化有关。
试验例二：粉碎时间与耐破碎性的关系试验
1. 试验材料同试验例1。
2. 玉米破碎率与时间的关系
按实施例1的方法分别测定3个品种不同的粉碎时间和子粒破碎率的关系，并作图。
粉碎时间梯度设置为：5 s、20 s、35 s、50 s、65 s、80 s、95 s、110 s、125 s、140s，测定的转速选择900r/min，测定样品质量20g；3次重复。
检测结果如表1所示：
表1 各品种不同粉碎时间的子粒破碎率
。
由以上数据作图得玉米破碎率与粉碎时间的关系，如图4所示。
由图4可知，随着粉碎时间的增加，玉米子粒破碎率也逐渐增加，破碎率与粉碎时间之间呈现出极显著的线性相关关系，回归方程为y=0.0072x+0.0697，R2=0.9857**。由拟合方程的斜率可知，碾磨时间每增加1s，玉米子粒破碎率平均增加0.72%。
3. 不同品种破碎率50%、100%所需时间
不同品种破碎率50%、100%所需时间如表2所示。
表2不同玉米品种破碎率达到50%和100%所需要时间
。
不同品种达到同一破碎率所需要的时间不同。依据各品种粉碎时间与子粒破碎率的回归模型，可以分别计算出3个玉米品种子粒破碎率达到50%和100%时所需的粉碎时间。
由表2可知，破碎率达到50%时所需粉碎时间从短到长依次为KX3564、M751和ZD958。最长与最短相差19.9 s；各品种子粒破碎率达到100%时所需粉碎时间次序相同，最长与最短相差31.6 s。因此，可以用破碎率为50%和100%所需的粉碎时间作为评价品种耐破碎性的指标。
试验例三：转速与耐破碎性的关系试验
1. 试验材料同试验例1。
2. 玉米破碎率与转速的关系
按实施例1的方法分别测定3个品种不同的粉碎转速和子粒破碎率的关系，并作图。
转速梯度设置为：600 r/min、800 r/min、1000 r/min、1200 r/min、1400 r/min、1600 r/min、1800 r/min，测定的样品质量选择20g，粉碎时间20s；3次重复。
检测结果如表3所示：
表3 各品种不同转速的子粒破碎率
。
由以上数据作图得玉米破碎率与转速的关系，如图5所示。
由图5可知，随着研磨仪转速的增加，各品种子粒破碎率呈线性增加的趋势，回归方程为y = 0.0008x – 0.4184，R² = 0.9781**，拟合达到极显著水平。由拟合方程的斜率可知，转速每增加1r/min，玉米子粒破碎率平均增加0.08%。
3. 不同品种破碎率50%、100%转速
不同品种破碎率50%、100%转速如表4所示。
表4 不同玉米品种破碎率达到50%和100%所需要转速
由表4可知，子粒破碎率为50%时ZD958、M751和 KX3564需要的转速分别为：1162.6r/min、1080.2 r/min和986.0r/min。子粒破碎率达到100%时所需转速依次为1787.6 r/min、1635.8 r/min 和1541.6r/min。
由此说明，不同品种达到相同的破碎率所需要的转速有差异，这与品种子粒自身耐破碎性有关，玉米子粒破碎率达到50%或100%所需的转速可以作为评价玉米品种耐破性的指标。
综上所述，在不同样品质量、不同转速和不同粉碎时间的测试条件下，不同类型的各品种子粒破碎率响应趋势一致，说明该规模化玉米子粒耐破碎性的快速测定方法测定玉米子粒耐破碎性是可行的，并且可基于子粒破碎率达到50%和100%所需的粉碎时间和对应转速进行耐破碎性评价，该方法准确可靠，而且直观形象。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。
Claims (8)
1.一种利用研磨法快速规模化测定玉米子粒耐破碎性的方法，包括以下步骤：
（1）将各待测子粒样品在温、湿度相一致的条件下平衡其子粒含水量；
（2）称取定量的待测子粒样品一次性送入研磨仪中，启动研磨并计时；
（3）当研磨至预定时间时，关闭研磨仪，并将研磨腔内的粉料移至样品筛中进行筛分，收集筛上和筛下的粉料并分别称重；
（4）由下述公式计算玉米子粒的破碎率：
子粒破碎率（%）=W1/（W1+W2）×100%
其中，所述W1为过筛后筛下粉料重量；所述W2为过筛后筛上粉料重量；
（5）用所计算子粒破碎率分别达到50%和100%时所需的粉碎时间或所对应的转速表征玉米子粒的耐破碎性。
2.根据权利要求1所述的利用研磨法快速规模化测定玉米子粒耐破碎性的方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，所述待测子粒样品选自玉米穗中部的均匀一致的子粒。
3.根据权利要求1所述的利用研磨法快速规模化测定玉米子粒耐破碎性的方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，所述待测子粒样品经由PM-8188-A谷物水分测定仪的进样装置送入研磨仪。
4.根据权利要求1所述的利用研磨法快速规模化测定玉米子粒耐破碎性的方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，计时采用YYC-25型计时器。
5.根据权利要求1所述的利用研磨法快速规模化测定玉米子粒耐破碎性的方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，所述研磨仪为PX-MFC90D数字式超细研磨仪。
6.根据权利要求5所述的利用研磨法快速规模化测定玉米子粒耐破碎性的方法，其特征在于，所述研磨仪的研磨篮容量设置为0.3L；介质尺寸设置为0.2～6.0mm；研磨头选择冲击研磨头；粉碎腔出口筛分片选择为2mm筛分片。
7.根据权利要求1所述的利用研磨法快速规模化测定玉米子粒耐破碎性的方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，采用标准GB/T6003.1-2012规定的检验筛进行筛分。
8.根据权利要求1所述的利用研磨法快速规模化测定玉米子粒耐破碎性的方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，所述样品筛的空间大小为2mm。
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2018
- 2018-10-10 CN CN201811179853.0A patent/CN109211711A/zh active Pending
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