一、研究背景

稻谷作为全球重要的粮食作物，其品质直接影响着经济价值和消费者体验。脱壳是稻谷加工的关键起始步骤，脱壳过程中的脱壳率和稻谷断裂行为是决定大米品质的核心要素，而这些又受到橡胶辊线速度、稻谷含水量、干燥温度等多种因素的影响。在稻谷脱壳时，若压力不当，稻谷易出现裂纹或破碎，这不仅会提高脱壳破损率，还会对后续加工产生不利影响。同时，稻谷质量还受其含水量和干燥温度的左右，如在潮湿环境下品质下降，干燥过程中又可能产生裂纹，浸泡也会改变其含水量进而影响加工质量。然而，目前对于稻谷加工质量与浸泡条件、干燥温度之间的关联研究较为匮乏。

在这样的研究现状下，要深入了解稻谷的力学性能，优化脱壳工艺，就需要精准地测试和分析稻谷在不同条件下的力学特性及断裂行为。纹理分析仪作为一种先进的实验设备，能够模拟实际加工过程中的受力情况，为研究提供关键的数据支持，对推动稻谷加工领域的发展具有重要意义。

• 实验方法

本研究选用了三种常见的稻谷品种，即籼稻、粳稻和糯米，这些稻谷均产自江苏宿迁市。将稻谷样本密封并在室温下储存180天，之后使用数字游标卡尺测量单粒稻谷的三维尺寸（长度、宽度和厚度），筛选出尺寸相近的完整谷粒备用。为制备不同特性的样本，一部分稻谷被置于不同温度（30℃、60℃、90℃、120℃、150℃）的电鼓风干燥箱中干燥1小时，另一部分则浸泡在去离子水中1小时、3小时、6小时和12小时，以获得不同含水量的样本。

在实验过程中，果博质构仪（TA.XTC - 18）发挥了核心作用。进行单粒稻谷压缩试验时，把单粒稻谷放在探头和刚性底座之间，保证稻谷放置方向一致，探头直径设为6mm 。设定预实验速度为1mm/s，后实验速度为2mm/s，触发力为0.02N，数据采集频率为200Hz。通过控制中心设置好位移和探头速度等实验参数后，启动实验，使探头中心与稻谷中心先接触，利用力传感器收集稻谷在压缩过程中受到的力，整个过程中稻谷在水平方向保持静止，避免产生剪切力。

基于橡胶辊脱壳机的工作原理，研究人员在模拟脱壳实验中，将聚氨酯橡胶膜置于稻谷下方。当探头向下移动对稻谷施加压力时，橡胶膜同时对稻谷施加剪切力，模拟实际脱壳时稻谷的受力情况，通过纹理分析仪记录相关数据。

 三、实验结果

通过质构仪的测试，研究人员获得了丰富且关键的实验数据。在研究含水量对稻谷力学性能和破损行为的影响时，发现随着含水量增加，稻谷的断裂能和断裂强度下降。如从图2（1a） - （1b）可看出，断裂能从160 - 140 N·mm降至100 - 90 N·mm，断裂强度从12 - 13 N/mm降至8.5 - 9.5 N/mm。这是因为含水量增加使稻谷变软，且内部会产生吸湿裂纹，降低了稻谷品质和力学性能。在观察稻谷外观时发现，浸泡会使稻壳和糙米变软，结合力下降，导致在压缩时出现断裂，且糙米内部存在吸湿裂纹和缺陷，影响品质。

在研究稻谷在压缩和模拟脱壳条件下的断裂行为和力学性能时，纹理分析仪提供的数据显示，三种稻谷在刚性压缩试验中的断裂能范围为35 - 45 N·mm，断裂强度范围为9.5 - 10.5 N/mm，其中粳稻的断裂能最小、断裂强度最大。在模拟脱壳试验中，通过纹理分析仪绘制的时间 - 力曲线可知，籼稻受力最大，断裂形式复杂；粳稻和糯米的应力变化各有特点，且不同稻谷的断裂形式差异明显，表明剪切力在脱壳过程中对稻谷断裂起重要作用。

研究速度和干燥温度对稻谷的影响时，纹理分析仪同样功不可没。通过改变试验速度，发现稻谷的断裂强度和断裂能在0.25mm/s时最低，随后随速度增加而逐渐增大。在不同干燥温度试验中，观察到温度从30℃升高到60℃时，稻谷的断裂能和断裂强度下降，这与稻谷发生玻璃化转变有关；而继续升高温度，由于稻壳和糙米表面变光滑、硬度增加，断裂能和断裂强度又有所增加。

纹理分析仪在本次稻谷研究中至关重要。它帮助研究人员全面深入地了解了不同因素对稻谷断裂行为和力学性能的影响，为优化稻谷脱壳工艺、提高大米品质提供了坚实的数据基础和有力的技术支撑，推动了稻谷加工领域的科学研究和产业发展。