Moduł sprystoci podłunej ziarniaka pszenicy

Transkrypt

1 Leszek Romaski, Roman Stopa Instytut Inynierii Rolniczej Akademia Rolnicza we Wrocławiu Moduł sprystoci podłunej ziarniaka pszenicy Streszczenie W pracy przedstawiono wyniki bada wpływu czynników fizycznych, chemicznych i geometrycznych na warto modułu sprystoci poprzecznej ziarna pszenicy. Analiza statystyczna wykazała, e czynniki istotne to wskanik twardoci PSI, szklisto ziarna oraz grubo okrywy owocowo- nasiennej i warstwy aleuronowej. Wszystkie zalenoci maj charakter liniowy. Słowa kluczowe: ziarniak pszenicy, moduł sprystoci, twardo, szklisto ziarna, okrywa owocowo- nasienna. Wstp Jednym z głównych czynników fizycznych charakteryzujcych właciwoci wytrzymałociowe ziarna jest moduł sprystoci podłunej. Mona go wyznaczy opierajc si na teorii Bussinesqa [Sitkej 1986] lub te bazujc na załoeniach teorii Hertza [Koper 1980, Frczek 1999]. Z bada Kopera [1980] wynika, e bardzo duy wpływ na warto modułu ma wilgotno ziarna. Obciajc ziarno pszenicy Grana o wilgotnoci 11-19% stwierdził, e warto modułu wraz ze wzrostem wilgotnoci zmniejsza si liniowo od wartoci 1080 MPa do 180 MPa. Podobnie duy wpływ wilgotnoci na moduł sprystoci zauwayli Kustermann i Kutzbach [1982] testujc ziarno kukurydzy. Autorzy ci stwierdzili take, e warto modułu nieznacznie ronie wraz z prdkoci zgniatania (stosowano prdkoci w zakresie do m s -1 ) i przyrost ten był wprost proporcjonalny. Na warto modułu ma take wpływ struktura wewntrzna ziarniaka. Dla jej scharakteryzowania stosowane s dwa pojcia: szklisto i twardo [Laskowski i in. 1999]. Badajc ziarno pszenicy Romaski i Pawlak [2002] stwierdzili korelacj pomidzy modułem i szklistoci ziarna Zaleno opisali 183

2 równaniem regresji prostoliniowej o współczynniku determinacji R 2 =0,52 (przy 28-miu stopniach swobody). Wanym aspektem, który równie wpływa na wytrzymało ziarniaka w zakresie odkształce sprystych (równowanych w przyblieniu z wytrzymałoci doran ziarna suchego) jest take grubo okrywy owocowo-nasiennej i warstwy aleuronowej. Warstwy te s bardzo wanym elementem konstrukcji ziarna, gdy chroni bielmo przed pkaniem. Interesujcym jest czy i w jakim stopniu ich wymiary geometryczne wpływaj na warto modułu sprystoci poprzecznej ziarna. Cel pracy Celem pracy było okrelenie dla wybranych odmian pszenicy ozimej zalenoci pomidzy sprystoci ziarna a niektórymi czynnikami fizycznymi charakteryzujcymi ziarno (gsto usypowa, MTZ, twardo, szklisto), chemicznymi (białko ogólne, tłuszcz), jak i geometrycznymi zwizanymi z budow ziarna (sumaryczna grubo okrywy owocowo- nasiennej i warstwy aleuronowej) Materiał i metody Przedmiotem bada było ziarno pszenicy ozimej, którego charakterystyka przedstawiona jest w tabeli 1. Zboe pochodziło z poletek ZDHAR Radzików i uprawiane było przy poziomie nawoenia 90 kg N/ha. Wilgotno badanego ziarna wynosiła 12,1%. Tabela 1. Charakterystyka odmian badanych pszenic Table 2. Characteristic of kind wheat grains using in experiment Odmiana Masa usypowa [kg m -3 ] MTZ [mg] Szklisto Białko Włókno Popiół Tłuszcz Roma 749,32 44,38 21,66 12,27 2,03 1,97 1,70 Elena 761,32 49,42 29,00 12,07 2,76 1,97 1,93 Wanda 781,72 48,01 37,30 13,07 2,93 1,97 1,73 Kobra 762,92 46,97 53,60 12,87 3,06 2,00 1,97 Korweta 747,24 49,51 71,20 13,17 2,84 1,97 1,90 Mewa 748,8 50,49 73,33 13,53 2,90 2,00 1,90 Almari 759,64 44,73 79,33 13,30 2,96 2,00 1,80 184

3 Moduł umownej sprystoci podłunej ziarna pszenicy wyznaczano bazujc na klasycznym wzorze σ E H = S Naprenie σ i pole powierzchni S kontaktu ziarna z płyt obciajc wyznaczono zgodnie z metodyk zaproponowan w pracy Romaskiego i Pawlaka [2002]. W myl tej metodyki sił potrzebn do wyznaczenia naprenia była ta warto obcienia, która charakteryzowała pierwszy pik na wykresie wytrzymałociowym zgniatania ziarna. Pomiaru twardoci metod PSI (Particle Size Index) wykonano według obowizujcej normy AACC 1980 (Laskowski i in. 1999). Kadorazowo, przy uyciu laboratoryjnego młynka cztero-walcowego Brabender Junior typu o szczelinie roboczej 0,45 mm rozdrabniano 20 g ziarna. Uzyskan rut przesiewano na przesiewaczu mechanicznym wyposaonym w sito o oczkach 75 µm przez 10 minut. Jako wskanik twardoci przyjmowano stosunek masy przesiewu do masy wyjciowej próbki. Wynik wyraano w procentach. Badania wytrzymałociowe wykonano na 25 ziarniakach kadej odmiany w 3 powtórzeniach. Zawarto białka jak i tłuszczu w ziarnie oznaczano wykorzystujc urzdzenie Infratec Dla sprawdzenia poprawnoci uzyskanych wyników w losowo wybranych próbkach zawarto białka okrelono standardow, czasochłonn metod Kieldahla. Szklisto ziarna oceniano zgodnie z PN-70/R Gsto w stanie zsypnym okrelono opierajc si na normie PN-73/R Mas tysica sztuk ziaren (MTZ) zgodnie z norm PN-68/R Pomiaru gruboci okrywy owocowo-nasiennej i wielkoci komórek warstwy aleuronowej dokonywano na obrazach przekroi poprzecznych ziarniaków pszenicy, uzyskanych za pomoc mikroskopu skaningowego LEO 435 VP. Przykładowy przekrój przedstawiono na rysunku

4 Rys.1. Okrywa owocowo- nasienna (1) i warstwa aleuronowa (2) ziarniaka pszenicy Kobra; powikszenie 700x Fig.1. Seed fruit- coat (1) and layer aleuronic (2) of Kobra wheat kernel, enlargement 700x Realizacja pomiaru była moliwa dziki zastosowaniu programu graficznego Photoshop 5.0, przy wykorzystaniu jednego z jego narzdzi -miarki. Gruboci okrywy ziarniaka danej odmiany była redni z 15 obszarów pomiarowych. Sposób pomiaru przedstawiono na rysunku 2. Wyniki bada Dla okrelenia istotnoci wpływu niektórych czynników fizycznych charakteryzujcych ziarno (gsto usypowa, MTZ, twardo, szklisto), chemicznych (białko ogólne, tłuszcz) jak i geometrycznych zwizanych z g o Rys.2. Sposób pomiaru gruboci okrywy owocowo- nasiennej i warstwy aleuronowej Fig.2. Method of measuring the thickness of seed fruit- coat and layer aleuronic 186

5 z budow ziarna (sumaryczna grubo okrywy owocowo- nasiennej i warstwy aleuronowej) na warto modułu sprystoci zastosowano analiz wariancji wieloczynnikowej. Testowanie przeprowadzono na poziomie istotnoci α=0,05. Uzyskane wyniki pozwoliły na przyjcie hipotezy o istotnoci wpływu jedynie wskanika twardoci PSI, szklistoci i gruboci okrywy ziarna na jego umowny moduł sztywnoci podłunej. Na rysunku 3 przedstawiono zaleno umownego modułu sprystoci ziarna od wskanika twardoci PSI. Opisana jest ona równaniem regresji prostoliniowej o stosunkowo wysokim współczynniku determinacji R 2 =0,906. Nie stwierdzono natomiast istotnoci wpływu twardoci okrelanej zmodyfikowan metod Vickersa [Romaski, Pawlak 2002] na moduł sprystoci. W tym przypadku współczynnik R 2 był mniejszy od 0,1. Zauwaono jednoczenie, e brak jest wzajemnej korelacji pomidzy twardoci okrelona metod Vickers a [Romaski, Niemiec 2002], a wskanikiem twardoci PSI EH [MPa] EH = 57,615 WPSI - 168,45 R 2 = 0, PSI Rys.3. Zaleno pomidzy umownym modułem sprystoci poprzecznej ziarna a wskanikiem twardoci PSI Fig.3. Relationship between module of elasticity and hardness index PSI for a wheat kernel Zaleno umownego modułu sprystoci od szklistoci ziarna przedstawia natomiast rysunek 4. Równie i w tym przypadku jest to zaleno liniowa. Jednak dla tej zalenoci współczynnik determinacji jest zdecydowanie niszy i wynosi około 0,606. Dlatego te w przypadku wykorzystywania modułów do dokładnych oblicze przykładowo: energochłonnoci, jego warto powinna by dla rónych odmian ustalana w wyniku pomiarów EH [MPa] y = 7,3218x + 195,82 R 2 = 0, szkl 187

6 Rys.4. Zaleno pomidzy umownym modułem sprystoci poprzecznej ziarna pszenicy a jego szklistoci. Fig.4. Relationship between module of elasticity and vitreousity of wheat kernel Wpływ jednej z cech geometrycznych charakteryzujcych ziarno jako konstrukcj: grubo okrywy owocowo- nasiennej i warstwy aleuronowej na warto umownego modułu sprystoci przedstawiono na rysunku 5. Zaleno ma charakter liniowy i moduł ronie proporcjonalnie do przyrostu gruboci warstwy okrywajcej bielmo ziarna pszenicy. Przyrost wartoci modułu wraz z gruboci okrywy owocowo- nasiennej i warstwy aleuronowej wydaje si oczywisty, gdy z bada Girszona (1954) wynika, e wytrzymało okrywy na rozrywanie jest kilkakrotnie wiksza ni samego bielma. Przy małych obcieniach i odkształceniach quasi sprystych jej udział w wytrzymałoci na zgniatanie ziarna jest bardzo istotny. Im grubsza cianka ziarna tym ugicie pod wpływem działajcej siły bdzie mniejsze EH [MPa] EH = 60,796 goa ,8 R 2 = 0, goa [µm] Rys.5. Zaleno pomidzy umownym modułem sprystoci podłunej ziarna a gruboci okrywy owocowo-nasiennej i warstwy aleuronowej Fig.5. Relationship between module of elasticity and seed fruit- coat and layer aleuronic 188

7 Wnioski 1. Umowny moduł sprystoci podłunej ziarna zaley w sposób istotny (R= 0,90) od wskanika twardoci PSI a nie zaley od twardoci okrelonej metod Vicersa. Zaleno ma charakter liniowy. Podobny charakter ma zaleno modułu od szklistoci ziarna. 2. Umowny moduł sprystoci podłunej ziarna zaley take w sposób istotny od parametru geometrycznego charakteryzujcego budow wewntrzn ziarna: sumy gruboci okrywy owocowo- nasiennej i warstwy aleuronowej (R= 0,84). Zaleno w tym przypadku ma take charakter liniowy. 3. Na warto umownego modułu sprystoci nie wpływaj podstawowe czynniki chemiczne, takie jak: białko, tłuszcz, włókno, popiół. Bibliografia 1. Frczek J Tarcie ziarnistych materiałów rolinnych. Zesz. Nauk. AR. Kraków, z Koper Roman Właciwoci mechaniczne ziarna i dbła pszenicy wyznaczone metod interferometrii holograficznej i elastooptyki. Pr habil. Wyd. AR Lublin 3. Kupric J Teoria i technologia przemiału zboa. WPLiS 4. Kustermann M. Kutzbach H Young`s moduls dependent on deformation velocity. Presentation at summer meeting of ASAE, : Laskowski J., Janiak G., Dziki D Badania twardoci pszenic rónymi metodami pomiarowymi. In. Rol. 4; Romaski L., Pawlak T Sprysto i warto napre niszczcych ziarno pszenicy. In. Rol. 5: Romaski L.,Niemiec A Metoda okrelania twardoci ziarna. In. Rol. 5:

8 Wheat kernel elasticity module Summary Results of investigations on the influence of physical, chemical and geometrical factors on the value of transverse elasticity modulus of wheat grain were presented in this paper. Statistic analysis showed that the hardness index, vitreousity and thickness of seed coat and aleuronic layer were the most important factors. All relations are linear. Key words: wheat kernel, module of elasticity, hardness, vitreosity of grain, seed coat 190