杏鮑菇廢菌棒力學(xué)性能試驗(yàn)

郭穎杰 楊軍 賁東偉 王波 程昱

摘要：以經(jīng)過(guò)栽培的杏鮑菇（Pleurotus eryngii）廢菌棒為試驗(yàn)材料，對(duì)不同含水率的廢菌棒進(jìn)行剪切、壓縮等力學(xué)性能試驗(yàn)。結(jié)果表明，含水率是影響廢菌棒剪切強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度的重要因素。平均含水率分別為27.2%、21.4%、12.6%的廢菌棒其平均剪切強(qiáng)度分別為15.5 kPa、22.3 kPa、29.4 kPa。平均含水率分別為28.1%、21.0%、12.6%的廢菌棒，其平均抗壓分別為71.3 kPa、120.0 kPa、150.0 kPa。壓縮試驗(yàn)中廢菌棒一般經(jīng)歷彈性、屈服、強(qiáng)化和斷裂4 個(gè)階段，符合塑性材料的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：杏鮑菇（Pleurotus eryngii）廢菌棒；含水率；剪切強(qiáng)度；抗壓強(qiáng)度；塑性材料

中圖分類號(hào)：S646.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）13-3174-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.13.027

Mechanical Property Test on Edible Fungi Residue of Pleurotus eryngii

GUO Ying-jie，YANG Jun，BEN Dong-wei，WANG Bo，CHENG Yu

（Engineering and Technology College， Jilin Agricultural University， Changchun 130118， China）

Abstract： With the edible fungi residue of Pleurotus eryngii after cultivating as test material，shear and compression mechanical tests were carried out. Results showed that moisture content was the key factor influencing shear intensity and compressive intensity. When the average moisture content of edible fungi residue was 27.2%，21.4%，and 12.6%，respectively， the average shear intensity was 15.5 kPa，22.3 kPa，29.4 kPa，respectively. When the average moisture content of edible fungi residue was 28.1%，21%，and 12.6%，respectively，their average compressive intensity was 71.3 kPa，120 kPa，150 kPa，respectively. During the test，the edible fungi residue undergone the four periods including elasticity， surrender， intensity and breakage，which presented characteristics of plastic material.

Key words：edible fungi residue of Pleurotus eryngii； moisture content； shear intensity； compressive intensity； plastic material

食用菌廢菌棒（Edible fungi residue，EFR）是食用菌栽培過(guò)程中采集產(chǎn)品后剩下的棒狀培養(yǎng)基廢料。中國(guó)是食用菌生產(chǎn)大國(guó)，據(jù)中國(guó)食用菌協(xié)會(huì)不完全統(tǒng)計(jì)，2009年全國(guó)食用菌總產(chǎn)量已達(dá)1.83×107 t，總產(chǎn)值突破600多億元[1，2]。伴隨著食用菌產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，每年有大量的廢菌棒產(chǎn)生，2009年全國(guó)食用菌廢菌棒總量約4.57×107 t。菌棒主要含有木屑、玉米粉、糠麩等有機(jī)質(zhì)，經(jīng)過(guò)栽培后菌棒仍具有較高的利用價(jià)值，隨意丟棄不僅浪費(fèi)木材資源，占用大量土地，廢菌料中有機(jī)質(zhì)的發(fā)酵還會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染[3-5]。因此，如何處理好食用菌廢菌棒是一個(gè)越來(lái)越嚴(yán)峻的問(wèn)題。

目前廢菌棒循環(huán)利用的方式主要為：一是用作生產(chǎn)其他菇類的菌料；二是用作生產(chǎn)生物肥料；三是加工成菌糠飼料；四是發(fā)酵生產(chǎn)沼氣?；厥盏膹U菌棒外套塑料袋也可以被重新加工使用[6-15]。在廢菌棒破碎過(guò)程中， 刀具刃口附近會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的應(yīng)力和應(yīng)變， 影響脫袋效果、粉碎效果及功率消耗。為此，進(jìn)行廢菌棒的力學(xué)特性參數(shù)試驗(yàn)， 獲得其剪切強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度等力學(xué)特性參數(shù)，以期對(duì)低能耗、高效率的切割器設(shè)計(jì)提供一定的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

剛栽培過(guò)杏鮑菇（Pleurotus eryngii）的廢菌棒于2014年3月5日放置于實(shí)驗(yàn)室。菌棒要求底面平整，菌袋外表面完整，菌料無(wú)損傷或開裂。第一批試樣于2014年4月5日隨機(jī)采集，記為A組；第二批試樣于2014年5月5日隨機(jī)采集，記為B組；第三批試樣于2014年6月5日隨機(jī)采集，記為C組。每組均采集45個(gè)廢菌棒。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)備 微機(jī)控制電子式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、干燥箱、電子天平等。

1.2.2 廢菌棒含水率測(cè)定 測(cè)定含水率時(shí)將廢菌棒置于錫紙盒（重13.5 g）內(nèi)，秤取試驗(yàn)樣品的重量，記為試驗(yàn)樣品的濕重S；在80 ℃的干燥箱內(nèi)將試驗(yàn)樣品烘9 h至恒重，然后稱取試驗(yàn)樣品的重量，記作試驗(yàn)樣品的干重T。

試驗(yàn)樣品的含水率：ν=（1-■）×100%（1）

1.2.3 廢菌棒剪切試驗(yàn) 將試驗(yàn)樣品置于自制夾具上（圖1），以15 mm/min的速度加載，記錄破壞載荷。

廢菌棒剪切強(qiáng)度：τ=■ （2）

式中，τ為剪切強(qiáng)度，單位kPa；Pmax為最大剪切力，單位N；L為試樣厚度，單位mm；D為試樣直徑，單位mm。

1.2.4 廢菌棒壓縮試驗(yàn) 壓縮試樣壓板采用平面壓板，將試驗(yàn)樣品置于中心位置，以15 mm/min的速度加載，記錄抗壓強(qiáng)度。

廢菌棒抗壓強(qiáng)度：σ=■ （3）

式中，F(xiàn)max為最大壓應(yīng)力，單位N。

2 結(jié)果與分析

2.1 含水率測(cè)定結(jié)果

含水率是影響物料力學(xué)性能的重要因素之一。采摘杏鮑菇后，廢菌棒后各部分的含水率可以認(rèn)為是相同的。廢菌棒在實(shí)驗(yàn)室中放置幾個(gè)月后，其含水率如圖2和圖3所示。

從圖2可以看出，剪切試驗(yàn)A、B、C組廢菌棒的平均含水率分別為27.2%、21.4%、12.6%；從圖3可以看出，壓縮試驗(yàn)A、B、C組廢菌棒的平均含水率分別為28.1%、21.0%、12.6%。剪切試驗(yàn)樣品A組2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)的含水率與B組3號(hào)、4號(hào)的含水率接近。壓縮試驗(yàn)樣品A組2號(hào)的含水率與B組2號(hào)的含水率接近。

2.2 剪切試驗(yàn)結(jié)果

廢菌棒剪切試驗(yàn)是研究在相同加載條件下，廢菌棒試樣的剪切強(qiáng)度與含水率之間的關(guān)系。分別對(duì)7組試驗(yàn)樣品進(jìn)行剪切試驗(yàn)并記錄其剪切強(qiáng)度，結(jié)果見(jiàn)表1。對(duì)表1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析（表2），結(jié)果表明，在顯著水平α=0.05下，由F檢查可知組別對(duì)剪切強(qiáng)度影響顯著。

試驗(yàn)樣品的剪切強(qiáng)度與含水率的關(guān)系見(jiàn)圖4。由圖4可知，A、B、C組廢菌棒的剪切強(qiáng)度組間逐漸下降，平均剪切強(qiáng)度分別為29.4 kPa、20.0 kPa、14.5 kPa。

對(duì)B組試驗(yàn)樣品的剪切試驗(yàn)曲線中近似部分的離散數(shù)據(jù)進(jìn)行一元線性回歸，得出B組菌棒的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，如圖5所示。從圖5可以看出，隨著剪切力的逐漸增大直至破壞極限，在此過(guò)程中，開始預(yù)緊階段有小部分滑移，在達(dá)到破壞極限之前曲線近似呈線性關(guān)系。

2.3 壓縮試驗(yàn)結(jié)果

廢菌棒壓縮試驗(yàn)主要研究在相同的加載速率下試驗(yàn)樣品的抗壓強(qiáng)度。分別對(duì)8組試驗(yàn)樣品進(jìn)行壓縮試驗(yàn)，記錄每組的抗壓強(qiáng)度，結(jié)果見(jiàn)表3。

對(duì)表3中的數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析（表4），結(jié)果表明，在水平α=0.05下，由F檢查可知組別對(duì)剪切強(qiáng)度影響顯著。

試驗(yàn)樣品抗壓強(qiáng)度與含水率的關(guān)系見(jiàn)圖6。由圖6可以得出，A、B、C組廢菌棒組間的抗壓強(qiáng)度逐漸升高，其平均抗壓強(qiáng)度分別為71.3 kPa、120.0 kPa、150.0 kPa。

對(duì)B組試驗(yàn)樣品的壓縮試驗(yàn)曲線中近似部分的離散數(shù)據(jù)進(jìn)行一元線性回歸，得出B組廢菌棒的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，如圖7所示。從圖7可以看出，壓縮試驗(yàn)中試驗(yàn)樣品一般經(jīng)歷彈性、屈服、強(qiáng)化和斷裂4 個(gè)階段，符合塑性材料的特點(diǎn)。

3 小結(jié)

試驗(yàn)結(jié)果表明，含水率是影響廢菌棒抗壓強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度力學(xué)性能的重要因素。平均含水率分別為27.2%、21.4%、12.6%的廢菌棒其平均剪切強(qiáng)度分別為15.5 kPa、22.3 kPa、29.4 kPa。平均含水率分別為28.1%、21.0%、12.6%的廢菌棒，其平均抗壓強(qiáng)度分別為71.3 kPa、120.0 kPa、150.0 kPa。壓縮試驗(yàn)中試驗(yàn)樣品一般經(jīng)歷彈性、屈服、強(qiáng)化和斷裂4個(gè)階段，符合塑性材料的特點(diǎn)。研究結(jié)果可以為低能耗、高效率的切割器設(shè)計(jì)提供一定的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張金霞.中國(guó)食用菌產(chǎn)業(yè)科學(xué)與發(fā)展[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2009.

[2] 盧 敏，李 玉.中國(guó)食用菌產(chǎn)業(yè)發(fā)展新趨勢(shì)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（5）：3121-3123，3127.

[3] 劉曉牧，王中華，李福昌，等.菌糠的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及其應(yīng)用[J].中國(guó)飼料，2000（18）：29-30.

[4] 王德漢，項(xiàng)錢彬，陳廣銀.蘑菇渣資源的生態(tài)高值化利用研究進(jìn)展[J].有色冶金設(shè)計(jì)與研究，2007，28（2-3）：262-266.

[5] 李學(xué)梅.食用菌菌渣的開發(fā)利用[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003（5）：40-42.

[6] 李用芳，李學(xué)梅.利用金針菇菌糠生產(chǎn)平菇菌種初探[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2000（11）：28-29.

[7] 李進(jìn)杰，蔣明琴，李新民，等.平菇菌糠在奶牛飼養(yǎng)中的應(yīng)用試驗(yàn)[J].黑龍江畜牧獸醫(yī)，2007（2）：62-63.

[8] 石明生，焦 鐳，李鵬偉，等.平菇菌糠喂羊增重試驗(yàn)[J].食用菌，2004，26（3）：45-46.

[9] 李浩波，白存江，陳云杰，等.菌糠飼料對(duì)繁殖母豬生產(chǎn)性能的影響[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2005，14（1）：115-120.

[10] 吳 萍，李正鵬，饒圣宏，等.利用廢菌渣生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白飼料研究[J].中國(guó)飼料，2008（22）：38-41.

[11] 熊小興，王 飛，李小毛，等.菇渣發(fā)酵有機(jī)肥在小白菜上的應(yīng)用試驗(yàn)[J].江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2009，21（7）：100-101.

[12] 肖勝剛，劉葉高，王文美，等.食用菌廢菌料回填臍橙果園改土試驗(yàn)[J].食用菌，2005，27（6）：48.

[13] 朱小平，劉 微，高書國(guó)，等.有益微生物組合加菌糠對(duì)菠菜生長(zhǎng)及土壤養(yǎng)分的影響[J].河北職業(yè)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，17（2）：21-24.

[14] SHERRY H W，VIRGINIA I L，DAVID L C.Growth response of selected vegetable crops to spent mushroom compost application in a controlled environment[J]. Plant and Soil，1984， 82（1）：31-40.

[15] MEDINA E，PAREDES C，PEREZ～MURCIA M D，et al.Spent mushroom substrates as component of growing media for germination and growth of horticultural plants[J]. Bioresource Technology，2009，100（18）：4227-4232.