D0I:10.13374/j.issnl00I53.2006.04.018 第28卷第4期 北京科技大学学报 Vol.28 No.4 2006年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2006 减少苜蓿茎和叶干燥速率差异的实验研究 李树童莉葛王立 北京科技大学机械工程学院，北京100083 摘要在给出压扁率定义的基础上，利用自制的压扁实验台对不同压扁率和压强时首蓿茎的水 分损失和干燥特性进行了实验研究：分析了首蓿茎上附着的叶片数对其干燥速率的影响，并与单 叶和单茎的干燥速率进行了对比·对干燥前后茎、叶的收缩率进行了对比实验：结果表明：干燥温 度对直径较大的茎和压扁率较小的茎的干燥速率影响较大；干燥温度为100℃和80℃，压扁率为 0.2457时苜蓿茎的干燥速率与叶的干燥速率接近：干燥温度为100℃时，长度50mm的茎与六片 叶相连时茎叶的干燥速率接近单叶的干燥速率：叶短轴的收缩率最大· 关键词苜蓿：干燥；干燥速率：压扁率 分类号S375:S542+.4 干燥是一个高能耗的工艺过程，提高干燥物 其茎秆的角质层、维管束和表皮，使茎秆的内部暴 料品质、缩短干燥工作周期以降低干燥系统的能 露于空气中，增大了水导系数，从而加快干燥速 耗，一直是国内外研究的重要课题)，苜蓿作为 度[可，但苜蓿茎压扁时会挤出汁液，茎的内部完 “饲料皇后”，其种植面积占世界牧草种植面积的 全暴露于空气中，氧化作用旺盛，故蛋白质损失较 90%以上，苜蓿草的收割时机、干燥方法、茎叶比 高，Patil等人[门通过研究发现，采用平辊碾碎后 等对其营养含量有重大影响，与谷物干燥不同， 苜蓿草需要的干燥时间要比凹辊碾碎后的干燥时 苜蓿的茎杆木质化程度较高，且胶体物质含量较 间短，辊压次数达到5次后对干燥速率的影响就 多，茎内水分向外散失的阻力较大，苜蓿的叶柄 不很明显， 细、叶片较薄且表面积大，因此在水分散失过程 为了解决苜蓿干燥过程中茎、叶干燥速率不 中，叶的干燥速率比茎快得多，收割后的苜蓿植 同造成的叶的营养损失，Arinze时采用了气体动 物细胞仍在呼吸，呼吸导致干物质损失，直到含水 力学方法在苜蓿干燥过程中对叶、茎进行分离，以 量降到35%~40%.苜蓿割倒后蛋白质含量迅速 适应二者干燥速率的差异，取得了令人满意的干 下降，如果采用机械烘干，干燥时间在2之内， 燥效果，但其设备的复杂程度和操作上的复杂性 则苜蓿蛋白质保存率可以高达95%；如果干燥速 大大提高，其工程上的应用前景还有待观察，我 度为72h,则蛋白质保存率仅为60%3.苜蓿干 国牧草产业化进程起步较晚，国内关于牧草干燥 燥过程的最大难点是叶和茎的干燥速度不同 的研究主要集中在苜蓿的干燥设备[6,8]、苜蓿的 步同，当叶已经脱水到安全水分(14%~15%) 干燥方法10]、，压扁技术在苜蓿干燥中的应用研 时，茎杆的含水量还很高，在此后的进一步干燥 究山几个方面。本文针对苜蓿茎、叶干燥速率的 中，叶和茎杆的连接力很小，轻微的振动和搬运都 不同，重点研究压扁率的定义方法和压扁率对提 会造成严重的落叶损失，人工摊晒自然干燥法会 高苜蓿茎的干燥速率的作用，另外，对茎叶相连 使叶片脱落的现象更为严重，由于苜蓿叶中的蛋 的比例对茎叶干燥速率的影响和茎叶的收缩率也 白质和营养物含量占50%以上，因此如果大部分 进行了研究 叶片脱落会失去苜蓿的商业价值和喂饲价值， 为使苜蓿的茎叶干燥速度一致，可先将收获 1实验研究 的苜蓿茎秆压扁后再进行干燥，压扁苜蓿破坏了 1.1苜蓿样本 收稿日期：2005-01-10修回日期：2006-02-26 实验草样本为北京昌平区兴寿镇沙场绿田园 作者简介：李树(1979-)，男，硕士研究生：王立(1956-)，男，教 生态农场的苜蓿草.苜蓿草分为叶和茎，茎又细 授，博士 分为主茎和分枝，主茎是苜蓿草的主干，分枝上附
减少苜蓿茎和叶干燥速率差异的实验研究 李 树 童莉葛 王 立 北京科技大学机械工程学院北京100083 摘 要 在给出压扁率定义的基础上利用自制的压扁实验台对不同压扁率和压强时苜蓿茎的水 分损失和干燥特性进行了实验研究．分析了苜蓿茎上附着的叶片数对其干燥速率的影响并与单 叶和单茎的干燥速率进行了对比．对干燥前后茎、叶的收缩率进行了对比实验．结果表明：干燥温 度对直径较大的茎和压扁率较小的茎的干燥速率影响较大；干燥温度为100℃和80℃压扁率为 0∙2457时苜蓿茎的干燥速率与叶的干燥速率接近；干燥温度为100℃时长度50mm 的茎与六片 叶相连时茎叶的干燥速率接近单叶的干燥速率；叶短轴的收缩率最大． 关键词 苜蓿；干燥；干燥速率；压扁率 分类号 S375；S542＋∙4 收稿日期：20050110 修回日期：20060226 作者简介：李树（1979—）男硕士研究生；王立（1956—）男教 授博士 干燥是一个高能耗的工艺过程提高干燥物 料品质、缩短干燥工作周期以降低干燥系统的能 耗一直是国内外研究的重要课题［12］．苜蓿作为 “饲料皇后”其种植面积占世界牧草种植面积的 90％以上．苜蓿草的收割时机、干燥方法、茎叶比 等对其营养含量有重大影响．与谷物干燥不同 苜蓿的茎杆木质化程度较高且胶体物质含量较 多茎内水分向外散失的阻力较大苜蓿的叶柄 细、叶片较薄且表面积大因此在水分散失过程 中叶的干燥速率比茎快得多．收割后的苜蓿植 物细胞仍在呼吸呼吸导致干物质损失直到含水 量降到35％～40％．苜蓿割倒后蛋白质含量迅速 下降．如果采用机械烘干干燥时间在2h 之内 则苜蓿蛋白质保存率可以高达95％；如果干燥速 度为72h则蛋白质保存率仅为60％［34］．苜蓿干 燥过程的最大难点是叶和茎的干燥速度不同 步［5］当叶已经脱水到安全水分（14％～15％） 时茎杆的含水量还很高在此后的进一步干燥 中叶和茎杆的连接力很小轻微的振动和搬运都 会造成严重的落叶损失．人工摊晒自然干燥法会 使叶片脱落的现象更为严重．由于苜蓿叶中的蛋 白质和营养物含量占50％以上因此如果大部分 叶片脱落会失去苜蓿的商业价值和喂饲价值． 为使苜蓿的茎叶干燥速度一致可先将收获 的苜蓿茎秆压扁后再进行干燥压扁苜蓿破坏了 其茎秆的角质层、维管束和表皮使茎秆的内部暴 露于空气中增大了水导系数从而加快干燥速 度［6］但苜蓿茎压扁时会挤出汁液茎的内部完 全暴露于空气中氧化作用旺盛故蛋白质损失较 高．Patil 等人［7］通过研究发现采用平辊碾碎后 苜蓿草需要的干燥时间要比凹辊碾碎后的干燥时 间短辊压次数达到5次后对干燥速率的影响就 不很明显． 为了解决苜蓿干燥过程中茎、叶干燥速率不 同造成的叶的营养损失Arinze ［5］ 采用了气体动 力学方法在苜蓿干燥过程中对叶、茎进行分离以 适应二者干燥速率的差异取得了令人满意的干 燥效果但其设备的复杂程度和操作上的复杂性 大大提高其工程上的应用前景还有待观察．我 国牧草产业化进程起步较晚国内关于牧草干燥 的研究主要集中在苜蓿的干燥设备［68］、苜蓿的 干燥方法［910］、压扁技术在苜蓿干燥中的应用研 究［11］几个方面．本文针对苜蓿茎、叶干燥速率的 不同重点研究压扁率的定义方法和压扁率对提 高苜蓿茎的干燥速率的作用．另外对茎叶相连 的比例对茎叶干燥速率的影响和茎叶的收缩率也 进行了研究． 1 实验研究 1∙1 苜蓿样本 实验草样本为北京昌平区兴寿镇沙场绿田园 生态农场的苜蓿草．苜蓿草分为叶和茎．茎又细 分为主茎和分枝主茎是苜蓿草的主干分枝上附 第28卷 第4期 2006年 4月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．28No．4 Apr．2006 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2006．04．018
.384 北京科技大学学报 2006年第4期 着叶是次干，样本的茎长为50mm,主茎的平均 弹性模量，N·mm1；l为弹簧压缩到的长度， 直径为2.90mm,分枝的平均直径为1.90mm,叶 mm;lo为弹簧原长，mm,本实验所用弹簧原长 的长轴平均长度为21mm,短轴平均长度为18 31mm,弹性模量167.99Nmm1.当P=2.4 mm· MPa时，m=0.6398;P=2.014MPa时，m= 1.2实验仪器 0.4608. 本实验采用的实验仪器为MA145C一 (3)机械压扁法，图1为压扁实验台的平面 000230V1红外水分分析仪，分析仪通过C0M1 图，通过转动台钳手柄不同圈数，可以对苜蓿茎 口与计算机相连，使用数据采集软件可自动记录 施加不同的压力，压力的大小可以由平板2,3之 称量盘内物料重量，同常规的烘箱法一样，基于 间的距离变化即弹簧的压缩量求出， 红外线干燥的水分分析也是一种热重测量法，干 台钳座 燥过程中，通过加热除去水分，即可以测得重量损 失 1.3初始含水量的确定 平板1 为获得实验物料的湿基含湿量，需要测出苜 蓿叶、茎和整个草体的初始含湿量，整株草体的初 一有楷装 始含湿量高于分离后的茎或叶的含湿量，因为分 ~平板2 离茎、叶时会损失部分水分，压扁和剖开操作也 弹簧 会损失茎的汁液，损失量的大小视压扁和剖开的 平板3 程度而不同，本文所有的苜蓿初始含湿量均是干 旋柄 燥温度在220℃时测得的，该温度低于焦化温 ● 度. 1.4压扁率的定义 图1茎压扁实验台的平面图 (1)剖切法.将苜蓿茎分别沿轴向二等分、 Fig.1 Schematic of the experimental platform for crushing the 四等分、八等分，即剖开程度u为1/2,1/4,1/8. stem (2)压扁率的定义，压扁率为剖切后增加的 湿分扩散面积与原外表面积之比·以外表面积为 2实验结果及分析 基准，则剖切前外表面积为： 2.1压扁率对茎的干燥速率的影响 A=πDL (1) 图2(a)~(c)分别为干燥温度在100℃，130 剖切后增加的表面积为： ℃和80℃，压强不同时苜蓿茎的湿基含湿量随时 △A=πD1L十n(D-D1)L (2) 间的变化曲线图.图3(a)~(d)分别为干燥温度 式中，n为切口数；D为茎的外径，mm;D1为茎 在100℃，130℃和80℃，压扁率不同时苜蓿茎的 的内径，mmL为茎的长度，mm,苜蓿样本D= 湿基含湿量随时间的变化曲线图，苜蓿茎采用长 2.72mm,D1=1.84mm, 度为50mm的实验样本.使用725型往复式割刀 切口数n与剖开程度u的关系为： 割草压扁机收割后苜蓿作为样本苜蓿（见图2(a) (3) 中样本压扁曲线)，其干燥速率近似于茎施加压强 为2.014MPa时的干燥速率，即认为该型号的压 则压扁率定义为： 扁机压扁的程度与此压强下的压扁程度相当，由 m=D a(D-D1) πD (4) 于压扁和剖开操作会损失茎的汁液，水分损失量 如表1所示， 当n≤π时，m≤1，m为压扁率；若m>1, 当压强等于2.4MPa时，用机械压扁后的干 则m为压扁度，剖切前的压扁率为零，当n为 燥速率比未用机械压扁的提高了76.57%，干燥 2,4,8时，m分别为0.882,1.088,1.5. 时间缩短了32.4s,当压强大于2.4MPa时，用机 由胡克定律，压强为： 械压扁后的茎的干燥速率的增加就不明显了，但 P=k(lo-1)/S (5) 干燥时间由于水分损失而缩短. 式中，P为压强，MPa;S为受力面积，mm2;k为
着叶是次干．样本的茎长为50mm．主茎的平均 直径为2∙90mm分枝的平均直径为1∙90mm叶 的长轴平均长度为21mm短轴平均长度为18 mm． 1∙2 实验仪器 本实 验 采 用 的 实 验 仪 器 为 MA145C — 000230V1红外水分分析仪分析仪通过 COM1 口与计算机相连使用数据采集软件可自动记录 称量盘内物料重量．同常规的烘箱法一样基于 红外线干燥的水分分析也是一种热重测量法．干 燥过程中通过加热除去水分即可以测得重量损 失． 1∙3 初始含水量的确定 为获得实验物料的湿基含湿量需要测出苜 蓿叶、茎和整个草体的初始含湿量整株草体的初 始含湿量高于分离后的茎或叶的含湿量因为分 离茎、叶时会损失部分水分．压扁和剖开操作也 会损失茎的汁液损失量的大小视压扁和剖开的 程度而不同．本文所有的苜蓿初始含湿量均是干 燥温度在220℃时测得的该温度低于焦化温 度［7］． 1∙4 压扁率的定义 （1） 剖切法．将苜蓿茎分别沿轴向二等分、 四等分、八等分即剖开程度 u 为1／21／41／8． （2） 压扁率的定义．压扁率为剖切后增加的 湿分扩散面积与原外表面积之比．以外表面积为 基准则剖切前外表面积为： A＝πDL （1） 剖切后增加的表面积为： ΔA＝πD1L＋ n（ D— D1） L （2） 式中n 为切口数；D 为茎的外径mm；D1 为茎 的内径mm；L 为茎的长度mm．苜蓿样本 D＝ 2∙72mmD1＝1∙84mm． 切口数 n 与剖开程度 u 的关系为： n＝ 1 u （3） 则压扁率定义为： m＝ πD1＋ n（ D— D1） πD （4） 当 n≤π时m≤1m 为压扁率；若 m＞1 则 m 为压扁度．剖切前的压扁率为零．当 n 为 248时m 分别为0∙8821∙0881∙5． 由胡克定律压强为： P＝k（ l0— l）／S （5） 式中P 为压强MPa；S 为受力面积mm 2 ；k 为 弹性模量N·mm —1 ；l 为弹簧压缩到的长度 mm；l0 为弹簧原长mm．本实验所用弹簧原长 31mm弹性模量167∙99N·mm —1．当 P＝2∙4 MPa 时m ＝0∙6398；P ＝2∙014MPa 时m ＝ 0∙4608． （3） 机械压扁法．图1为压扁实验台的平面 图．通过转动台钳手柄不同圈数可以对苜蓿茎 施加不同的压力．压力的大小可以由平板23之 间的距离变化即弹簧的压缩量求出． 图1 茎压扁实验台的平面图 Fig．1 Schematic of the experimental platform for crushing the stem 2 实验结果及分析 2∙1 压扁率对茎的干燥速率的影响 图2（a）～（c）分别为干燥温度在100℃130 ℃和80℃压强不同时苜蓿茎的湿基含湿量随时 间的变化曲线图．图3（a）～（d）分别为干燥温度 在100℃130℃和80℃压扁率不同时苜蓿茎的 湿基含湿量随时间的变化曲线图．苜蓿茎采用长 度为50mm 的实验样本．使用725型往复式割刀 割草压扁机收割后苜蓿作为样本苜蓿（见图2（a） 中样本压扁曲线）其干燥速率近似于茎施加压强 为2∙014MPa 时的干燥速率即认为该型号的压 扁机压扁的程度与此压强下的压扁程度相当．由 于压扁和剖开操作会损失茎的汁液水分损失量 如表1所示． 当压强等于2∙4MPa 时用机械压扁后的干 燥速率比未用机械压扁的提高了76∙57％干燥 时间缩短了32∙4s．当压强大于2∙4MPa 时用机 械压扁后的茎的干燥速率的增加就不明显了但 干燥时间由于水分损失而缩短． ·384· 北 京 科 技 大 学 学 报 2006年第4期
Vol.28 No.4 李树等：减少苜蓿茎和叶干燥速率差异的实验研究 385 0.8r (a) -叶 0.81 (b) 0.7 -e-P-2.495 MPa 0.7 0 叶 0.6金 P-2.400MPa 0.6 e-P-2.495 MPa 0.5 P-2.014MPa 0.5 P-2.400MPa 车 茎 10.4 样本压扁 0.4 红 Xg 一茎 0.3 0.3 0.2 0.2 0.1 0.1 0 0 0 40 60 80 6一802416i8 燥时间min 干操时间min 0.8r (c) 一叶 0.7 -e-P-2.495 MPa P-2.400MPa 正0.5 茎 0.4 纯 0.3 bb 0.2 0.1 20 40 60 于燥时间min 图2干燥温度及压强不同时苜蓿茎的湿基含湿量随时间的变化.(a)100℃：(b)130℃；(c)80℃ Fig-2 Moisture variation of alfalfa stems at different drying temperatures and pressures:(a）10o℃；(b)l30℃；(c)80℃ 0.8r 0.8r 0.7 (a) (b) ◆一叶 0.7 m=0.8220 0.6 日-m=1.500 0.6 -m=0.6398 0.5 -m=1.088 0.5 m=0.4608 的 m=0.882 。m=0 0.4 一 0.4 0.3 0.3 0.2 0.2 0.1 0.1 0 0 20 40 60 80 20 40 60 80 F煤时间min 「操H时间/min 0.8 (c) 0.8 0.7 ◆一叶 0.7 (d) 0.6 m1.088 ◆一叶 0.6 m=0.882 e-m=1.088 0.5 0.5 一茎 ±一m=0.882 0.4 0.4 一茎 0.3 0.3 0.2 0.1 0.1 0 681012141618 -0.1 10 20 30405060 燥时间min 广燥时阿/min 图3 干燥温度及压扁率不同时首蓿茎的湿基含湿量随时间的变化.(a),(b)100℃：(c)130℃：(d80℃ Fig.3 Misture variation of alfalfa stems at different drying temperatures and crushing ratios:(a).(b)100C;(c)130C;(d)80C 表1压强和压扁率不同时，首蓿茎的初始含湿量和水分损失率 Table 1 Experimental data of alfalfa stems at different crushing ratios and pressures P/MPa 初始含湿量Mo 水分损失率/% 初始含湿量Mo 水分损失率/% 茎(P=0) 0.6914 叶(m=0) 0.7365 2.014 0.6534 5.438 0.822 0.6656 3.732 2.400 0.6194 10.410 1.088 0.6639 3.977 2.495 0.5799 16.130 1.500 0.5503 20.41 压强均为2.4MPa时，干燥温度100℃的茎 71.71%,是干燥温度80℃的茎的干燥速率的 的干燥速率是干燥温度130℃的茎的干燥速率的 2.25倍.压强均为2.495MPa时，干燥温度100
图2 干燥温度及压强不同时苜蓿茎的湿基含湿量随时间的变化．（a）100℃；（b）130℃；（c）80℃ Fig．2 Moisture variation of alfalfa stems at different drying temperatures and pressures： （a）100℃；（b）130℃；（c）80℃ 图3 干燥温度及压扁率不同时苜蓿茎的湿基含湿量随时间的变化．（a）（b）100℃；（c）130℃；（d）80℃ Fig．3 Moisture variation of alfalfa stems at different drying temperatures and crushing ratios： （a）（b）100℃；（c）130℃；（d）80℃ 表1 压强和压扁率不同时苜蓿茎的初始含湿量和水分损失率 Table1 Experimental data of alfalfa stems at different crushing ratios and pressures P／MPa 初始含湿量 M0 水分损失率／％ m 初始含湿量 M0 水分损失率／％ 茎（ P＝0） 0∙6914 — 叶（ m＝0） 0∙7365 — 2∙014 0∙6534 5∙438 0∙822 0∙6656 3∙732 2∙400 0∙6194 10∙410 1∙088 0∙6639 3∙977 2∙495 0∙5799 16∙130 1∙500 0∙5503 20∙41 压强均为2∙4MPa 时干燥温度100℃的茎 的干燥速率是干燥温度130℃的茎的干燥速率的 71∙71％是干燥温度80℃的茎的干燥速率的 2∙25倍．压强均为2∙495MPa 时干燥温度100 Vol．28No．4 李树等： 减少苜蓿茎和叶干燥速率差异的实验研究 ·385·
.386 北京科技大学学报 2006年第4期 ℃的茎的干燥速率是干燥温度130℃的茎的干燥 干燥温度130℃时，干燥时间与压扁率的拟 速率的56.6%，是干燥温度80℃的茎的干燥速率 和公式为： 的1.12倍.干燥温度对压扁程度小的茎的干燥 m=-13.08lnt+25.164,t≤7.1min(7) 速率的影响比较大， 千燥温度80℃时，干燥时间与压扁率的拟和 千燥温度100℃时，压扁度为1.5的苜蓿茎 公式为： 的干燥速率超过叶的干燥速率，压扁度为1.088 m=-0.6245nt+2.8718,t≤99.3min(8) 的苜蓿茎的干燥速率与叶的干燥速率接近，干燥 式中，t为干燥到含湿量0.2时的干燥时间，min, 温度80℃时，压扁度为1.088的苜蓿茎的干燥速 2.2茎叶相连的比例对茎叶的干燥速率的影响 率与叶的干燥速率接近 图4(a)一(c)分别为干燥温度在100℃，130 干燥温度100℃时，干燥时间与压扁率的拟 ℃和80℃，茎叶相连的比例不同时，苜蓿的湿基 和公式为： 含湿量随时间的变化曲线图，图中q为茎叶相连 m=-0.5391nt十2.3086，t≤72.4min(6) 时叶片数 0.8 (a) 0.8r ◆一叶 (b) 0.7 0.7物 0.6 。-L=50mm,9-6 叶 ★-L.=100mm,g=9 0.6 L=50 mm.g=3 的0.5 L=50mm,9=3 g0.5 茎 0.4 -L=100mm,9=6 0.4 0.3 一茎 如0.3 0.2 0.2 0.1 0.1F 0 0 20 40 60 80 20 40 60 80 干燥时间min 干燥时间min 0.8r (c) 0.7料 一叶 0.6 L÷50mm.g-3 05 0.4 铁 0.3 0.2 0.1 20 40 60 T燥时间min 图4干燥温度及茎叶相连的此例不同时苜蓿的湿基含湿量随时间的变化·(a)100℃；(b)130℃；(c)80℃ Fig.4 Moisture variation of the alfalfa stems with different leaves attached at drying temperatures:(a)100C:(b)130C:(c)80C 长度100mm的茎与六片叶相连的茎叶干燥 收缩率为32.35%，叶长轴的收缩率为12.5%，短 速率比长度50mm的茎与六片叶相连的茎叶干 轴的收缩率为40%.所以叶短轴的收缩率最大， 燥速率减少了56.18%.长度50mm的茎与六片 长轴的收缩率最小. 叶相连的茎叶干燥速率比长度50mm的茎与三 片叶相连的茎叶干燥速率增加了56.18%.长度 3结论 100mm的茎与六片叶相连的茎叶干燥速率比长 (1)干燥温度是影响苜蓿茎、叶干燥速率的 度50mm的茎与三片叶相连的茎叶干燥速率减 重要因素， 小了28.78%.当茎长增加50mm,而叶片的数量 (2)采用机械方法压裂茎杆可以加快茎的干 增加三片时，干燥速率减少了28.78%.干燥温度 燥速率，当压强超过2.4MPa时，随着压强的增 100℃，50mm的茎与三片叶相连时的干燥速率 大，苜蓿茎的干燥速率的增加不明显，干燥温度 是干燥温度130℃的45.15%，是干燥温度80℃ 为100℃时，当压扁率为0.4914时苜蓿茎的干燥 的1.83倍. 速率快于叶的干燥速率，当压扁率为0.2457时 2.3茎叶的收缩率 苜蓿茎与叶的干燥速率接近，干燥温度为80℃ 使用游标卡尺分别对干燥前后苜蓿草的茎和 时，压扁率为0.2457的苜蓿茎与叶的干燥速率 叶进行测量，获得茎和叶的收缩情况·实验苜蓿 接近 茎长度为100mm,干燥温度为100℃，茎直径的 (③)茎与叶相连的比例不同对茎、叶干燥速
℃的茎的干燥速率是干燥温度130℃的茎的干燥 速率的56∙6％是干燥温度80℃的茎的干燥速率 的1∙12倍．干燥温度对压扁程度小的茎的干燥 速率的影响比较大． 干燥温度100℃时压扁度为1∙5的苜蓿茎 的干燥速率超过叶的干燥速率压扁度为1∙088 的苜蓿茎的干燥速率与叶的干燥速率接近．干燥 温度80℃时压扁度为1∙088的苜蓿茎的干燥速 率与叶的干燥速率接近． 干燥温度100℃时干燥时间与压扁率的拟 和公式为： m＝—0∙5391ln t＋2∙3086t≤72∙4min （6） 干燥温度130℃时干燥时间与压扁率的拟 和公式为： m＝—13∙08ln t＋25∙164t≤7∙1min （7） 干燥温度80℃时干燥时间与压扁率的拟和 公式为： m＝—0∙6245ln t＋2∙8718t≤99∙3min （8） 式中t 为干燥到含湿量0∙2时的干燥时间min． 2∙2 茎叶相连的比例对茎叶的干燥速率的影响 图4（a）～（c）分别为干燥温度在100℃130 ℃和80℃茎叶相连的比例不同时苜蓿的湿基 含湿量随时间的变化曲线图图中 q 为茎叶相连 时叶片数． 图4 干燥温度及茎叶相连的比例不同时苜蓿的湿基含湿量随时间的变化．（a）100℃；（b）130℃；（c）80℃ Fig．4 Moisture variation of the alfalfa stems with different leaves attached at drying temperatures： （a）100℃；（b）130℃；（c）80℃ 长度100mm 的茎与六片叶相连的茎叶干燥 速率比长度50mm 的茎与六片叶相连的茎叶干 燥速率减少了56∙18％．长度50mm 的茎与六片 叶相连的茎叶干燥速率比长度50mm 的茎与三 片叶相连的茎叶干燥速率增加了56∙18％．长度 100mm 的茎与六片叶相连的茎叶干燥速率比长 度50mm 的茎与三片叶相连的茎叶干燥速率减 小了28∙78％．当茎长增加50mm而叶片的数量 增加三片时干燥速率减少了28∙78％．干燥温度 100℃50mm 的茎与三片叶相连时的干燥速率 是干燥温度130℃的45∙15％是干燥温度80℃ 的1∙83倍． 2∙3 茎叶的收缩率 使用游标卡尺分别对干燥前后苜蓿草的茎和 叶进行测量获得茎和叶的收缩情况．实验苜蓿 茎长度为100mm干燥温度为100℃．茎直径的 收缩率为32∙35％叶长轴的收缩率为12∙5％短 轴的收缩率为40％．所以叶短轴的收缩率最大 长轴的收缩率最小． 3 结论 （1） 干燥温度是影响苜蓿茎、叶干燥速率的 重要因素． （2） 采用机械方法压裂茎杆可以加快茎的干 燥速率当压强超过2∙4MPa 时随着压强的增 大苜蓿茎的干燥速率的增加不明显．干燥温度 为100℃时当压扁率为0∙4914时苜蓿茎的干燥 速率快于叶的干燥速率当压扁率为0∙2457时 苜蓿茎与叶的干燥速率接近．干燥温度为80℃ 时压扁率为0∙2457的苜蓿茎与叶的干燥速率 接近． （3） 茎与叶相连的比例不同对茎、叶干燥速 ·386· 北 京 科 技 大 学 学 报 2006年第4期
Vol.28 No.4 李树等：减少苜蓿茎和叶干燥速率差异的实验研究 .387. 率的影响也不同，相同数量的叶，原长50mm茎 Univ Sci Technol Beijing.2004.11(4):373 的长度增大50mm时，苜蓿的干燥速率减小 [3]Pandey V N.Srivaslave A K.A simple low energy requiring 56.18%.相同长度的茎，当叶片数增加三片时， method of coagulation leaf proteins for use.Plant Foods Hum Nutr,1993,43:241 苜蓿的干燥速率增加56.18%.当茎长增加50 [4]Pandey V N.Leaf protein content and yield of some Indian mm,而叶片数增加三片时，苜蓿的干燥速率减小 legumes.Plant Foods Hum Nutr.1994.46:313 28.78%.因此，茎的长度增加50mm对苜蓿干燥 [5]Arinze E A,Schoenau G J.Sokhansan JS,et al.Aerodynam- 速率的影响要比叶片数量增加三片对苜蓿干燥速 ic separation and fractional drying of alfalfa leaves and stems:a 率的影响大.干燥温度100℃时，长度50mm的 review and new concept.Drying Technol.2003.21(9): 1669 茎与六片叶相连时茎叶干燥速率接近叶的干燥速 [5]赵艳忠，郑先哲，陈立·牧草干燥试验台的研究设计·农机 率。这可以用于调整苜蓿茎和叶混和比例，从而 化研究，2003(1)：109 改善苜蓿整体干燥的均匀性， [7]Mujumdar A S.Drying Technology in Agriculture and Food (4)干燥过程中，叶短轴的收缩率最大， Sciences.USA:Science Publishers Inc.2000:190 [8]李玉清，刘仁涛，汪春，等.牧草烘干机生产工艺参数及应 参考文献 用效果研究.黑龙江八一农垦大学学报，2002,14(3)：32 [9]王钦.牧草的干燥和贮备技术，中国草地，1995(1)：55 [1]向飞，杨晶，王立，等.小麦流态化干燥实验关联式及在热 [10]高彩霞，王培.收获期和干燥方法对干草质量的影响.草 泵流化床谷物干燥中的应用。北京科技大学学报，2005， 地学报，1997,5(2)：113 27(1):109 [11]车刚，汪春，李成华.紫花首蓿常压热风干燥试验研究 [2]Yang J.Wang L.Xiang F,et al.Experiment research on 农机化研究，2004(6)：177 grain drying process in the heat pump assisted fluidized beds.J Experimental research on decreasing the drying rate differences between stems and leaves of the alfalfa LI Shu,TONG Lige,WANG Li Mechanical Engineering School.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACI Based on the definition of crushing ratio,the moisture loss and drying characteristic of crushed stems of the alfalfa at different crushing ratios and pressures were studied.The influence of leaf numbers attached on an alfalfa stem on the drying rate was analyzed and compared with that of a single leaf and a single stem.The shrinkages of stems and leaves before and after drying were comparatively investi- gated.The results show that drying temperature has significant influence on alfalfa stems with bigger diam- eters and less crushing ratios.At drying temperatures of 100C and 80C,the drying rate of the alfalfa stem with a crushing ratio of 0.245 7 is close to that of an alfalfa leaf.At a drying temperature of 100C. the drying rate of the stem of 50 millimeter long with six leaves attached is close to that of a single leaf.The shrinkage of an alfalfa leaf is the largest in the short axis direction. KEY WORDS alfalfa;dehydration;drying rate;crushing ratio
率的影响也不同．相同数量的叶原长50mm 茎 的长度增大 50mm 时苜蓿的干燥速率减小 56∙18％．相同长度的茎当叶片数增加三片时 苜蓿的干燥速率增加56∙18％．当茎长增加50 mm而叶片数增加三片时苜蓿的干燥速率减小 28∙78％．因此茎的长度增加50mm 对苜蓿干燥 速率的影响要比叶片数量增加三片对苜蓿干燥速 率的影响大．干燥温度100℃时长度50mm 的 茎与六片叶相连时茎叶干燥速率接近叶的干燥速 率．这可以用于调整苜蓿茎和叶混和比例从而 改善苜蓿整体干燥的均匀性． （4） 干燥过程中叶短轴的收缩率最大． 参 考 文 献 ［1］ 向飞杨晶王立等．小麦流态化干燥实验关联式及在热 泵流化床谷物干燥中的应用．北京科技大学学报2005 27（1）：109 ［2］ Yang JWang LXiang Fet al．Experiment research on grain drying process in the heat pump assisted fluidized beds．J Univ Sci Technol Beijing200411（4）：373 ［3］ Pandey V NSrivaslave A K．A simple low energy requiring method of coagulation leaf proteins for use．Plant Foods Hum Nutr199343：241 ［4］ Pandey V N．Leaf protein content and yield of some Indian legumes．Plant Foods Hum Nutr199446：313 ［5］ Arinze E ASchoenau G JSokhansan J Set al．Aerodynamic separation and fractional drying of alfalfa leaves and stems：a review and new concept．Drying Technol200321（9）： 1669 ［6］ 赵艳忠郑先哲陈立．牧草干燥试验台的研究设计．农机 化研究2003（1）：109 ［7］ Mujumdar A S．Drying Technology in Agriculture and Food Sciences．USA：Science Publishers Inc2000：190 ［8］ 李玉清刘仁涛汪春等．牧草烘干机生产工艺参数及应 用效果研究．黑龙江八一农垦大学学报200214（3）：32 ［9］ 王钦．牧草的干燥和贮备技术．中国草地1995（1）：55 ［10］ 高彩霞王培．收获期和干燥方法对干草质量的影响．草 地学报19975（2）：113 ［11］ 车刚汪春李成华．紫花苜蓿常压热风干燥试验研究． 农机化研究2004（6）：177 Experimental research on decreasing the drying rate differences between stems and leaves of the alfalfa LI ShuTONG L igeWA NG L i Mechanical Engineering SchoolUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China ABSTRACT Based on the definition of crushing ratiothe moisture loss and drying characteristic of crushed stems of the alfalfa at different crushing ratios and pressures were studied．The influence of leaf numbers attached on an alfalfa stem on the drying rate was analyzed and compared with that of a single leaf and a single stem．The shrinkages of stems and leaves before and after drying were comparatively investigated．The results show that drying temperature has significant influence on alfalfa stems with bigger diameters and less crushing ratios．At drying temperatures of 100℃ and 80℃the drying rate of the alfalfa stem with a crushing ratio of 0∙2457is close to that of an alfalfa leaf．At a drying temperature of 100℃ the drying rate of the stem of50millimeter long with six leaves attached is close to that of a single leaf．The shrinkage of an alfalfa leaf is the largest in the short axis direction． KEY WORDS alfalfa；dehydration；drying rate；crushing ratio Vol．28No．4 李树等： 减少苜蓿茎和叶干燥速率差异的实验研究 ·387·
