第 20 卷 第 5 期

    2004 年 9 月

    农 业 工 程 学 报

    T ransact ions of the CSA E

    Vo l . 20 No. 5

    Sep t . 2004

    薇菜类蔬菜生物力学性质试验研究

    马洪顺1

    , 张忠君2

    , 曹龙奎3

    (1. 吉林大学南岭校区工程力学系, 长春 130022; 2. 长春飞行学院力学

    教研室, 长春 130022; 3. 吉林省农业科学院, 公主岭市 136100)

    摘 要: 通过研究野生富硒植物薇菜的粘弹性力学性质等为食品物性学研究提供生物力学参数。选用吉林省汪清县山区

    野生薇菜为研究对象, 对野生薇菜茎进行拉伸、压缩、弯曲、冲击、应力松驰、蠕变试验。得出了薇菜拉伸最大载荷、应力、应

    变、弹性模量、弯曲弯矩、弯曲应力, 得出了薇菜冲击功、冲击韧性; 还得出了薇菜茎应力松驰、蠕变试验数据和曲线, 用三参

    数模型对应力松驰, 蠕变数据进行拟合, 得出了应力松驰方程, 蠕变方程, 得出了薇菜应力、应变随时间的变化规律。薇菜具

    有良好的生物力学性能, 属于粘弹性材料。

    关键词: 薇菜; 生物力学; 拉伸; 压缩; 弯曲; 冲击; 粘弹性

    中图分类号: R318. 01;O 348 文献标识码: A 文章编号: 100226819 (2004) 0520074204

    收稿日期: 2003206209 修订日期: 2004206218

    作者简介: 马洪顺(1949- ) , 男, 吉林长春人, 高级工程师, 主要从事

    生物力学研究。长春 吉林大学南岭校区工程力学系, 130022

    0 引 言

    薇菜, 又名“野豌豆”是一种多年生蕨类草本植物,根茎粗状, 多生长于阴暗湿润的荒坡野岭, 其茎色鲜味

    美, 营养丰富, 含有丰富的蛋白质、多种维生素、糖类及

    钙、铁、磷等人体必需的矿物质元素, 具有多种保健功

    能, 是名贵的野菜[ 1 ]。

    食品物性学最早起源于对食品粘弹性的研究, 在食

    品物性学中, 发展最早的是食品力学方面的研究, 食品

    力学的中心是食品流变学, 食品流变学的基础是流体力

    学和粘弹性理论[ 1 ]。

    食品物性学是关于研究食品物理性质的一门科学,在国外, 食品物性学和食品化学、营养生理学这几门学

    问被称为是食品科学与食品工程研究领域极为重要的

    基础学科, 随着农业生产和食品工业的发展, 无论是从

    加工、流通领域, 还是从人们的消费倾向来看, 对食品及

    其原料品质的评价, 不仅仅是营养成分和卫生要求, 而

    且对其物理性质的研究和控制日显重要。力学性质是物

    理性质中十分重要的内容, 它包括食品在力的作用下产

    生变形, 振动、流动, 破断等的规律, 以及其感观评价的

    关系等, 它与食品工程的关系十分密切, 关于食品的力

    学性质国内外学者做了一定的研究[ 2- 11 ]。1982 年王岳

    等对稻麦作物的振动力学特性做了研究[ 4 ]; 马小愚、雷

    得天等 1988 年、 1991 年、 1999 年分别对大豆、小麦籽粒

    与马铃薯的力学性能做了研究[ 5- 7 ]; 王俊等 1994 年对

    桃子的冲击力学特性做了试验研究[ 8 ]; 2002 年王剑平

    等对黄花梨的冲击力学特性做了试验研究[ 9 ]; 徐树来等

    2002 年对高压处理后蒜薹的力学性能做了研究[ 10 ]; 高

    梦祥等 2003 年对玉米秸秆的茎叶连接力、叶鞘的抗拉

    特性和茎秆、叶鞘的抗冲击特性进行了测试研究[ 11 ]。关

    于薇菜类蔬菜力学性质研究, 国内未见报道, 薇菜深加

    工非常有必要了解薇菜的力学性质, 鉴于此, 作者对野

    生薇菜进行拉伸、压缩、弯曲、冲击、应力松驰, 蠕变力学

    性质试验研究。得出拉伸、压缩最大载荷, 最大应力, 最

    大应变, 弹性模量; 弯曲最大载荷、弯矩、最大应力。冲击

    功、冲击韧性。应力松驰, 蠕变试验数据和曲线, 以三参

    数模型对试验数据进行拟合得出了应力松驰、蠕变方

    程, 得出子薇菜应力、应变随时问的变化规律, 对试验结

    果进行分析讨论。

    1 试验材料与方法

    试验用野生植物薇菜(3 年生)取自吉林省汪清县

    山区。由吉林省农业科学院食品加工中心提供。取薇菜

    拳卷幼叶在室内通风自然干燥的薇菜茎秆为标本。

    1 . 1 拉伸试验与方法

    本试验为使拉伸试验得以实现, 采取了将拉伸试样

    两端部以牙托粉固定, 即自制直径为 10 mm , 深度为 12

    mm 的模具, 将试样两端置入模具内, 用以牙托水稀释

    的牙托粉向模具内浇涛, 使试样固定于牙托粉内, 干燥

    24 h 后脱模, 试样两端由牙托粉牢固的固定住。

    拉伸试验设备为日本岛津A G- 10TA 自动控制电

    子万能试验机, 载荷由载荷传感器传递, 传感器最大量

    程 200 N , 使用量程为 200 N。位移通过光电编码器传

    递, 应变通过机器的应变单元传递。以游标卡尺测量试

    样的原始尺寸, 试样长 29. 6～ 30. 4 mm , 宽 1. 98～ 2. 70

    mm , 厚为 1. 32～ 2. 00 mm。将试样的原始尺寸输入得

    控制机器的计算机内。将试样两端装夹到机器的上、下

    夹头内。本试验以2mm? m in 的试验速度对试样施加拉

    应力, 试验结束后计算机自动输出载荷, 应力, 应变等试

    验数据经统计分析见表1。

    1 . 2 压缩试验与方法

    压缩试验设备, 试样加工方法等, 试样测量等同拉

    伸试验。试样高为 3. 98～ 4. 40 mm , 宽为 1. 96～ 2. 26

    mm , 厚为1. 32～ 1. 64 mm 将试样置于试验机的工作台

    上, 将试样的原始尺寸输入给控制机器的计算机。以

    2 mm? m in的试验速度对试样施加压应力, 试样破坏后,计算机自动输出最大载荷、应力, 应变等数据。薇菜压缩

    试验结果经统计分析x + sD 结果见表2。

    47

    ? 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.表 1 薇菜拉伸试验结果

    Table 1 Pull test results of osm und a cinnam om ea

    样号 最大载荷

    ? N

    应力

    ? M Pa

    应变

    ? %

    弹性模量

    ? M Pa

    试样截面积

    ? mm2

    1 32 . 23 9 . 04 2 . 265 887 . 4 3 . 564

    2 14 . 15 2 . 92 3 . 950 968 . 9 4 . 840

    3 102 . 75 38 . 43 2 . 490 716 . 5 2 . 673

    4 87 . 30 32 . 09 1 . 049 1026 . 9 2 . 720

    5 91 . 40 33 . 45 0 . 806 695 . 7 2 . 730

    6 100 . 32 35 . 06 2 . 017 896 . 8 2 . 861

    7 67 . 96 26 . 54 0 . 508 996 . 1 2 . 560

    8 51 . 79 20 . 36 0 . 812 762 . 8 2 . 560

    9 67 . 90 24 . 87 0 . 508 874 . 6 2 . 730 ......