为了研究控制湿度水平对桃子（Prunus persica）果核的影响：包括其尺寸、重量、摩擦力、光学特性以及机械性能

《Food Physics》：To investigate the effects of controlled moisture levels on the peach ( Prunus persica) kernels: Dimensional, gravimetrical, frictional, optical, and mechanical properties

水分含量对桃核尺寸、摩擦、光学及机械特性的影响研究表明，随着水分从5.83%增至25.26%，桃核主要尺寸（长、宽、厚）显著增加（3.42%~15.88%），体积膨胀系数增大20.58%，表面能和硬度下降，静摩擦角增大，光学参数ΔE达7.60。这些特性变化为设计含水特定的储运、加工设备提供了关键参数。

　　本文围绕桃核的工程特性展开，探讨了其在不同含水率下的尺寸、摩擦、光学和机械性能变化，旨在为桃核的加工、储存和运输设备的设计与优化提供科学依据。桃核作为桃果加工过程中产生的副产品，具有丰富的营养成分和生物活性物质，因此其有效利用对于推动可持续农业和食品工业发展具有重要意义。然而，目前关于桃核的工程特性研究较为有限，本文通过系统实验分析，填补了这一知识空白，为后续的工业应用提供了理论支持。

### 1. 桃核的重要性与研究背景

桃核，即桃果的内果皮包裹下的种子，因其含有多种有益成分而受到关注。这些成分包括脂肪酸、维生素E（生育酚）、酚类化合物等，具有抗氧化和健康促进作用。在食品、医药和化妆品行业中，桃核可以作为有价值的原料，用于生产食用油、蛋白粉、纤维和生物活性物质。然而，由于其在加工过程中的特殊性，桃核的处理通常依赖于传统的手工方法，这不仅效率低下，还可能导致产品破损、污染和资源浪费。因此，研究桃核的工程特性对于实现高效、低成本的加工和存储至关重要。

桃核的含水率对其物理和机械性能具有显著影响。随着含水率的增加，桃核的尺寸、形状和表面特性都会发生变化，从而影响其在储存和运输过程中的流动性和机械强度。本文研究了五种不同的含水率（5.83%、9.86%、14.56%、20.12%和25.26%，湿基）对桃核工程特性的影响，包括尺寸、摩擦、光学和机械性能。通过实验分析，研究人员期望获得更精确的工程参数，以优化桃核的处理流程，提高加工效率并确保产品质量。

### 2. 实验方法与数据采集

为了准确测量桃核的工程特性，研究人员采用了一系列标准实验方法。首先，他们对桃核的含水率进行了控制，通过使用干燥器和加水的方式，将含水率调整至所需水平。随后，对桃核的尺寸和形状进行了测量，包括长度、宽度、厚度、等效直径、几何平均直径、球形度、体积和体积膨胀系数等。这些参数的测量使用了高精度的工具，如游标卡尺和数字传感器，以确保数据的准确性和可重复性。

接下来，研究人员对桃核的重力特性进行了分析，包括单位质量、千粒重、堆密度和真实密度。这些参数对于设计运输和储存系统至关重要，因为它们直接影响材料的流动性和堆积特性。此外，通过液体置换法测量了桃核的真实体积，进一步计算其真实密度和孔隙率。孔隙率的增加与含水率的提升有关，这可能是因为水分填充了桃核内部的空隙，导致材料变得更加疏松。

摩擦特性方面，研究了桃核的休止角和静摩擦角。休止角的测定采用了圆柱提升法，而静摩擦角则通过倾斜不同表面（如木板、镀锌铁和玻璃）进行。实验结果表明，随着含水率的增加，桃核的摩擦角也有所上升，这可能是因为水分增加了表面之间的粘附力，降低了流动能力。这种变化对输送系统和包装设备的设计提出了新的挑战，需要在设备调整时加以考虑。

光学特性方面，研究人员使用色度计测量了桃核的色度参数，包括L*、a*、b*等，以评估其颜色变化。这些参数反映了桃核在不同含水率下的颜色差异，有助于理解水分对桃核外观的影响。实验还计算了总色差（ΔE），表明水分含量对桃核的表面反射率和颜色变化具有显著影响。

机械特性方面，研究了桃核的破裂力、硬度、破裂点变形、能量和韧性。破裂力是衡量桃核结构强度的重要指标，实验发现随着含水率的增加，破裂力显著下降。硬度和能量的变化同样受到水分含量的影响，表明水分在一定程度上降低了桃核的机械强度。韧性作为衡量材料抗裂能力的参数，也表现出与含水率的负相关性，即水分越多，桃核越容易破裂。

### 3. 实验结果与分析

在不同含水率条件下，桃核的尺寸和形状表现出显著的变化。随着水分含量从5.83%增加到25.26%，桃核的长度、宽度和厚度分别增加了3.42%、5.84%和15.88%。这种尺寸的扩大可能与水分渗透到细胞间隙有关，使细胞壁变软并发生膨胀。同时，球形度略有提升，表明桃核的形状趋向于更接近球体。体积和体积膨胀系数的增加也表明水分的吸收导致了桃核的体积扩张。

重力特性方面，随着水分的增加，桃核的单位质量和千粒质量显著上升，而堆密度和真实密度则下降。这种变化趋势与水分对桃核结构的影响密切相关，水分的增加导致材料变重，同时体积的膨胀降低了单位体积内的质量密度。孔隙率的增加进一步验证了水分对桃核内部结构的改变，可能有助于提高干燥过程中的气流交换效率。

摩擦特性方面，休止角和静摩擦角均随水分含量的增加而上升。这表明水分在一定程度上增加了桃核之间的粘附力，降低了其流动性和输送效率。对于输送系统和储存设备的设计而言，这一结果意味着需要考虑水分对材料流动性能的影响，以优化设备的运行参数。

光学特性方面，随着水分含量的增加，桃核的颜色逐渐变深，表现为L*值的下降和b*值的上升。这种颜色变化可能与水分引起的细胞壁结构变化和光反射特性有关。总色差（ΔE）的增加进一步表明水分对桃核颜色的影响显著，这可能对自动化分选和包装系统的设计产生影响。

机械特性方面，破裂力、硬度和能量均表现出随水分含量增加而下降的趋势。在水平加载方向，破裂力最低，表明桃核在此方向上的结构最为脆弱。这种特性对裂解设备的设计至关重要，因为设备应针对桃核的弱方向进行优化，以减少损伤并提高能量利用效率。韧性作为衡量材料抗裂能力的参数，也表现出与水分的负相关性，表明水分含量越高，桃核越容易发生断裂。

### 4. 研究意义与应用前景

本研究不仅揭示了桃核在不同水分含量下的工程特性变化，还为桃核的加工、储存和运输提供了科学依据。例如，了解桃核的尺寸变化有助于设计更高效的分选和分级设备；掌握摩擦特性变化可以优化输送系统的设计，以提高材料的流动性和输送效率；光学特性变化则为自动化分选系统提供了重要的参数参考；而机械特性的变化则直接影响裂解设备的运行参数和加工效率。

此外，本研究还强调了水分对桃核加工过程的重要性。合适的水分含量可以提高加工效率，减少能量消耗，同时确保产品质量。然而，水分过高可能导致桃核变形严重，增加加工难度。因此，确定最佳水分含量对于桃核的高效利用至关重要。

从环境和经济角度来看，桃核的再利用不仅可以减少农业废弃物的产生，还能为食品、医药和化妆品等行业提供新的原料来源。这种循环利用模式符合可持续发展的理念，有助于推动绿色农业和工业的发展。

### 5. 结论与未来展望

综上所述，本研究系统地分析了水分含量对桃核工程特性的影响，发现水分的增加显著改变了桃核的尺寸、摩擦、光学和机械性能。这些变化对桃核的加工、储存和运输设备的设计提出了新的要求。研究还指出，水分含量对桃核的加工效率和质量具有重要影响，因此在实际应用中应结合水分含量进行设备优化。

未来的研究可以进一步探讨水分对桃核加工过程中的其他因素的影响，如温度、压力和时间等。此外，可以结合其他处理方法，如低温干燥或物理裂解，研究水分含量与其他处理参数之间的相互作用。这些研究将有助于开发更加高效、环保的桃核加工技术，推动其在农业和食品工业中的广泛应用。