稻米硬度黏度自動測量系統及其評價分析的研究

稻米品質中最重要的食味品質標準中,多數指標的檢測尚處於採用人工感官評定或常規的理化檢測方法的階段,因方法的主觀性強、準確性差、耗時長,嚴重製約了稻米品質的改良。稻米食味品質的表述、測量及相關技術是衡量、評價稻米品質的前提,在系統分析食味品質人工感官評定的基礎上,圍繞米飯口感這一關鍵指標,藉助於機械工程學科的力學相關測量和分析技術,建立米飯硬度、黏度等質構特性新的表述和測量方法,力求研究出一種簡單、快捷、準確的品質量化測定新方法和儀器,這對於完善我國稻米品質評價標準化和規範化具有重要的現實意義和套用價值。

基本介紹

• 中文名：稻米硬度黏度自動測量系統及其評價分析的研究
• 屬性：研究報告
• 相關領域：農業
• 相關專業：農業培育

摘要

隨著人們生活水平的提高,對稻米品質的要求愈來愈高。據此,本文開展了基於材料特性的稻米硬度黏度自動測量系統的研究,通過研明米飯質構特性的測量機理,建立適合米飯質構特性檢測的測試技術與方法,實現對米飯硬度等質構特性新的量化表征方法,並對品種、施肥水平、栽插方式稻米硬度黏度的實例評價以及稻米內部微組織結構觀察,驗證自動測量系統的準確性與適用性。

主要研究結果

1.在闡明稻米有機固體物材料力學特性基礎上,運用材料(金屬、有機物)力學性能測量原理與方法,建立了能滿足米飯粒硬度、黏度測量精度要求高、反應靈敏的米飯硬度、黏度自動測量系統,其中硬體系統為雙懸臂樑應力-應變測量系統、自動驅動裝置、數據採集卡、電源系統和箱體結構；軟體系統為運行過程控制模組、數據分析模組、數據處理模組、數據管理模組和人機界面,並進行了硬、軟體系統設計最佳化集成。通過該自動測量系統,實現了對米飯粒進行直接載入和卸載的硬度、黏度的自動測量。

2.通過對米飯粒力變形曲線即對米飯粒直接載入和卸載過程的曲線特徵量分析,找出了能有效反映稻米主要質構參數硬度、黏度的載入和卸載曲線斜率建立了選取被測米飯粒“力-位移”載入、卸載曲線的平均斜率大小作為衡量米飯粒硬度、黏度大小的量化表征方法；提出了載入、卸載曲線平均斜率標準化的計算方法,使米飯粒硬度、黏度的大小用0-10之間的實數值來進行表達。自動測量系統能夠分辨不同品種稻米的硬度、黏度差異,能夠分辨同一品種稻米的硬度、黏度隨米飯放置時間變化的狀態。通過與日本食味計的對比試驗驗證了該方法在檢測稻米品質方面的正確性和適用性。

3.通過不同品種、施肥水平、栽培方式下稻米硬度、黏度的測量與評價,進一步驗證自動測量系統的套用可靠性。 ①51個供試水稻品種硬度值變動在7.07-7.75之間；黏度值變動在7.7-8.17之間。按硬度值聚類51個品種劃分為4類,第一類硬度值在7.07-7.28之間,含鎮稻210等9個品種,第二類硬度值在7.29-7.44之間,含鎮稻158等18個品種,第三類硬度值在7.44-7.56之間,含武粳13等18個品種,第四類硬度值在7.59-7.75之間,含常粳09-8等6個品種。

按黏度值

聚類51個品種劃分為4類,第一類黏度值在7.70-7.79之間,含武28181等7個品種,第二類黏度值在7.82-7.91之間,含常優2等14個品種,第三類黏度值在7.93-8.0之間,含鎮稻158等19個品種,第四類黏度值在8.02-8.17之間,包括鎮稻158等11個品種。按硬度、黏度值綜合聚類51個品種也劃分為4類,第一類含鎮稻210等4個品種；第二類含T712等14個品種；第三類含泰粳394等27個品種；第四類含常粳09-8等6個品種。四種類型品種的硬度值和黏度值均呈同步遞增趨勢。 ②不同施氮水平下,不同品種對硬度、黏度值回響均呈拋物線關係,施氮水平達到17.5Kg/666.7m2時,硬度值最高。 ③栽插方式對稻米的硬度、黏度有影響,硬度值分別是旱直播手插水直播機插拋秧機條播免耕拋秧,旱直播方式下稻米硬度最高,免耕拋秧方式下稻米硬度最低。黏度值分別是手插旱直播水直播機插免耕拋秧機條播拋秧,手插方式下稻米黏度最高,拋秧方式下稻米黏度最低。 4.運用材料金相組織分析方法,採用光學顯微鏡(放大400倍)觀察各品種在不同施氮水平下的稻米組織晶粒的大小、分布與連線狀態等內部組織結構。晶粒較小,晶粒排列較規整的稻米品種其硬度高、黏度大,晶粒較大且排列不規整的稻米品種硬度低、黏度小。從材料金相組織上證明了自動測量系統在原理與方法上的正確性,其測量所得到的硬度與黏度值能夠反映稻米食味品質的內在物質組織基礎特徵。 稻米硬度黏度的自動測量與量化表征,更直觀、真實地反映了米飯的軟硬與粘黏的特性,克服了如日本食味計等現有測試儀器以稻米各成分的光學特性,如蛋白質、直鏈澱粉等的透過光或反射光後再參考相關經驗公式來間接確定米飯質構特性的測量不足,同時也符合現有稻米硬度黏度測量的表達方式和習慣,為稻米食味品質的評價提供了一種簡便、準確、可靠的手段與方法。

【關鍵字】：稻米硬度黏度自動測量量化表征聚類分析組織結構
【學位授予單位】：揚州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：S511

目錄

• 中文摘要7-9
  
• Abstract9-12
  
• 第一章 緒論12-27
  
• 1.1 稻米品質與質構特性13-14
  
• 1.1.1 稻米品質13-14
  
• 1.1.2 質構特性14
  
• 1.2 稻米質構參數的測量技術與方法14-21
  
• 1.2.1 質構參數及其測量概述14-16
  
• 1.2.2 國內的研究現狀及其分析16-19
  
• 1.2.3 國外的研究現狀及其分析19-21
  
• 1.3 本課題的意義與主要研究內容21-24
  
• 1.3.1 課題來源與意義21-22
  
• 1.3.2 主要研究內容22-24
  
• 1.4 本章小結24
  
• 參考文獻24-27
  
• 第二章 稻米質構參數自動測量系統的建立27-65
  
• 2.1 基於材料特性分析的質構參數測量27-33
  
• 2.1.1 米飯粒的受力變形分析27-28
  
• 2.1.2 微小力—變形測量方法與技術28-30
  
• 2.1.3 基於材料特性分析的新方法構建30-33
  
• 2.1.3.1 基本思想30-32
  
• 2.1.3.2 基本原理32-33
  
• 2.2 自動測量系統的總體設計33-36
  
• 2.2.1 自動測量系統的目的和要求33-34
  
• 2.2.2 功能分析34-35
  
• 2.2.3 系統總體方案35-36
  
• 2.3 自動測量系統的硬體設計36-47
  
• 2.3.1 硬體系統組成36-37
  
• 2.3.2 雙懸臂樑應變測量系統37-39
  
• 2.3.3 測量控制系統設計39-42
  
• 2.3.4 自動施力裝置42-44
  
• 2.3.5 箱體結構44-47
  
• 2.4 自動測量系統的軟體設計47-60
  
• 2.4.1 軟體系統的組成47-49
  
• 2.4.2 數據處理系統49-53
  
• 2.4.3 數據分析系統53-55
  
• 2.4.4 數據管理系統55-57
  
• 2.4.5 人機界面設計57-60
  
• 2.5 測量系統運行初始化60-62
  
• 2.5.1 應力-應變測量的參數標定60-61
  
• 2.5.2 系統自檢61-62
  
• 2.6 本章小結62
  
• 參考文獻62-65
  
• 第三章 米飯硬度的測試試驗與量化表征65-73
  
• 3.1 測試準備65-67
  
• 3.1.1 測試方案65
  
• 3.1.2 米飯準備65-66
  
• 3.1.3 壓頭準備66-67
  
• 3.2 硬度測試67-69
  
• 3.2.1 同品種不同壓頭的測試67-68
  
• 3.2.2 同一壓頭對不同品種的測試68
  
• 3.2.3 同品種在不同時段的測試68-69
  
• 3.3 測試分析69-70
  
• 3.3.1 測試數據分析69
  
• 3.3.2 與日本儀器測試的對比分析69-70
  
• 3.3.3 誤差分析70
  
• 3.4 稻米硬度的量化表征與適用性70-72
  
• 3.5 本章小結72
  
• 參考文獻72-73
  
• 第四章 米飯黏度的測試試驗與量化表征73-81
  
• 4.1 黏度測量的進一步分析73-74
  
• 4.2 實驗方案74
  
• 4.3 驗證試驗74-76
  
• 4.4 實驗結果分析76-77
  
• 4.4.1 對比分析76-77
  
• 4.4.2 誤差分析77
  
• 4.5 稻米黏度的量化表征與適用性77-79
  
• 4.6 本章小結79
  
• 參考文獻79-81
  
• 第五章 硬度黏度稻米品種評價實例81-94
  
• 5.1 材料與方法81-82
  
• 5.1.1 品種、肥料組合試驗81-82
  
• 5.1.2 不同栽培方式試驗82
  
• 5.1.3 稻米硬度黏度的測定82
  
• 5.2 結果與分析82-92
  
• 5.2.1 硬度、黏度品種差異及類型82-89
  
• 5.2.1.1 硬度、黏度品種的差異82-83
  
• 5.2.1.2 硬度、黏度品種的類型83-89
  
• 5.2.2 不同氮肥水平對稻米硬度、黏度的影響89-92
  
• 5.2.2.1 不同氮肥水平下水稻品種硬度的差異89
  
• 5.2.2.2 不同硬度類型水稻品種在不同氮肥水平下的硬度值差異.89-90
  
• 5.2.2.3 不同氮肥水平下水稻品種黏度的差異90-91
  
• 5.2.2.4 不同黏度類型水稻品種在不同氮肥水平下的黏度值的差異91-92
  
• 5.2.3 水稻不同栽插方式對稻米硬度、黏度的影響92
  
• 5.2.3.1 栽插方式對稻米硬度的影響92
  
• 5.2.3.2 栽插方式對稻米黏度的影響92
  
• 5.3 本章小結92-93
  
• 參考文獻93-94
  
• 第六章 稻米硬度黏度與其組織結構關係分析94-104
  
• 6.1 稻米組織結構分析準備94-95
  
• 6.1.1 分析儀器、工具和藥品94
  
• 6.1.2 試樣製備94-95
  
• 6.1.3 試樣觀察95
  
• 6.2 相同施氮水平下不同品種內部組織比較95-102
  
• 6.2.1 10 Kg/666.7m~2施氮水平下的不同品種稻米的內部組織95-96
  
• 6.2.2 12.5Kg/666.7m~2施氮水平下的不同品種稻米的內部組織96-97
  
• 6.2.3 15Kg/666.7m~2施氮水平下的不同品種稻米的內部組織97-99
  
• 6.2.4 17.5 Kg/666.7m~2施氮水平下的不同品種稻米的內部組織99-100
  
• 6.2.5 20Kg/666.7m~2施氮水平下的不同品種稻米的內部組織100-101
  
• 6.2.6 22.5Kg/666.7m~2施氮水平下的不同品種稻米的內部組織101-102
  
• 6.3 同品種不同施氮水平下稻米內部組織比較102-103
  
• 6.4 本章小結103
  
• 參考文獻103-104
  
• 第七章 結論與研究工作展望104-109
  
• 7.1 結論104-107
  
• 7.2 創新點107
  
• 7.3 研究工作展望107-109
  
• 致謝109-110
  
• 作者在攻讀博士學位期間發表的學術論文110