杏鲍菇废菌棒力学性能试验

郭颖杰 杨军 贲东伟 王波 程昱

摘要：以经过栽培的杏鲍菇（Pleurotus eryngii）废菌棒为试验材料，对不同含水率的废菌棒进行剪切、压缩等力学性能试验。结果表明，含水率是影响废菌棒剪切强度、抗压强度的重要因素。平均含水率分别为27.2%、21.4%、12.6%的废菌棒其平均剪切强度分别为15.5 kPa、22.3 kPa、29.4 kPa。平均含水率分别为28.1%、21.0%、12.6%的废菌棒，其平均抗压分别为71.3 kPa、120.0 kPa、150.0 kPa。压缩试验中废菌棒一般经历弹性、屈服、强化和断裂4 个阶段，符合塑性材料的特点。

关键词：杏鲍菇（Pleurotus eryngii）废菌棒；含水率；剪切强度；抗压强度；塑性材料

中图分类号：S646.9 文献标识码：A 文章编号：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

食用菌废菌棒（Edible fungi residue，EFR）是食用菌栽培过程中采集产品后剩下的棒状培养基废料。中国是食用菌生产大国，据中国食用菌协会不完全统计，2009年全国食用菌总产量已达1.83×107 t，总产值突破600多亿元[1，2]。伴随着食用菌产业的发展，每年有大量的废菌棒产生，2009年全国食用菌废菌棒总量约4.57×107 t。菌棒主要含有木屑、玉米粉、糠麸等有机质，经过栽培后菌棒仍具有较高的利用价值，随意丢弃不仅浪费木材资源，占用大量土地，废菌料中有机质的发酵还会对环境造成严重的污染[3-5]。因此，如何处理好食用菌废菌棒是一个越来越严峻的问题。

目前废菌棒循环利用的方式主要为：一是用作生产其他菇类的菌料；二是用作生产生物肥料；三是加工成菌糠饲料；四是发酵生产沼气。回收的废菌棒外套塑料袋也可以被重新加工使用[6-15]。在废菌棒破碎过程中， 刀具刃口附近会产生复杂的应力和应变， 影响脱袋效果、粉碎效果及功率消耗。为此，进行废菌棒的力学特性参数试验， 获得其剪切强度、抗压强度等力学特性参数，以期对低能耗、高效率的切割器设计提供一定的依据。

1 材料与方法

1.1 材料

刚栽培过杏鲍菇（Pleurotus eryngii）的废菌棒于2014年3月5日放置于实验室。菌棒要求底面平整，菌袋外表面完整，菌料无损伤或开裂。第一批试样于2014年4月5日随机采集，记为A组；第二批试样于2014年5月5日随机采集，记为B组；第三批试样于2014年6月5日随机采集，记为C组。每组均采集45个废菌棒。

1.2 方法

1.2.1 试验设备 微机控制电子式万能试验机、干燥箱、电子天平等。

1.2.2 废菌棒含水率测定 测定含水率时将废菌棒置于锡纸盒（重13.5 g）内，秤取试验样品的重量，记为试验样品的湿重S；在80 ℃的干燥箱内将试验样品烘9 h至恒重，然后称取试验样品的重量，记作试验样品的干重T。

试验样品的含水率：ν=（1-■）×100%（1）

1.2.3 废菌棒剪切试验 将试验样品置于自制夹具上（图1），以15 mm/min的速度加载，记录破坏载荷。

废菌棒剪切强度：τ=■ （2）

式中，τ为剪切强度，单位kPa；Pmax为最大剪切力，单位N；L为试样厚度，单位mm；D为试样直径，单位mm。

1.2.4 废菌棒压缩试验 压缩试样压板采用平面压板，将试验样品置于中心位置，以15 mm/min的速度加载，记录抗压强度。

废菌棒抗压强度：σ=■ （3）

式中，Fmax为最大压应力，单位N。

2 结果与分析

2.1 含水率测定结果

含水率是影响物料力学性能的重要因素之一。采摘杏鲍菇后，废菌棒后各部分的含水率可以认为是相同的。废菌棒在实验室中放置几个月后，其含水率如图2和图3所示。

从图2可以看出，剪切试验A、B、C组废菌棒的平均含水率分别为27.2%、21.4%、12.6%；从图3可以看出，压缩试验A、B、C组废菌棒的平均含水率分别为28.1%、21.0%、12.6%。剪切试验样品A组2号、3号、4号的含水率与B组3号、4号的含水率接近。压缩试验样品A组2号的含水率与B组2号的含水率接近。

2.2 剪切试验结果

废菌棒剪切试验是研究在相同加载条件下，废菌棒试样的剪切强度与含水率之间的关系。分别对7组试验样品进行剪切试验并记录其剪切强度，结果见表1。对表1中的数据进行单因素方差分析（表2），结果表明，在显著水平α=0.05下，由F检查可知组别对剪切强度影响显著。

试验样品的剪切强度与含水率的关系见图4。由图4可知，A、B、C组废菌棒的剪切强度组间逐渐下降，平均剪切强度分别为29.4 kPa、20.0 kPa、14.5 kPa。

对B组试验样品的剪切试验曲线中近似部分的离散数据进行一元线性回归，得出B组菌棒的应力-应变关系，如图5所示。从图5可以看出，随着剪切力的逐渐增大直至破坏极限，在此过程中，开始预紧阶段有小部分滑移，在达到破坏极限之前曲线近似呈线性关系。

2.3 压缩试验结果

废菌棒压缩试验主要研究在相同的加载速率下试验样品的抗压强度。分别对8组试验样品进行压缩试验，记录每组的抗压强度，结果见表3。

对表3中的数据进行单因素方差分析（表4），结果表明，在水平α=0.05下，由F检查可知组别对剪切强度影响显著。

试验样品抗压强度与含水率的关系见图6。由图6可以得出，A、B、C组废菌棒组间的抗压强度逐渐升高，其平均抗压强度分别为71.3 kPa、120.0 kPa、150.0 kPa。

对B组试验样品的压缩试验曲线中近似部分的离散数据进行一元线性回归，得出B组废菌棒的应力-应变关系，如图7所示。从图7可以看出，压缩试验中试验样品一般经历弹性、屈服、强化和断裂4 个阶段，符合塑性材料的特点。

3 小结

试验结果表明，含水率是影响废菌棒抗压强度、剪切强度力学性能的重要因素。平均含水率分别为27.2%、21.4%、12.6%的废菌棒其平均剪切强度分别为15.5 kPa、22.3 kPa、29.4 kPa。平均含水率分别为28.1%、21.0%、12.6%的废菌棒，其平均抗压强度分别为71.3 kPa、120.0 kPa、150.0 kPa。压缩试验中试验样品一般经历弹性、屈服、强化和断裂4个阶段，符合塑性材料的特点。研究结果可以为低能耗、高效率的切割器设计提供一定的依据。

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