对种子提取工艺进行了优化落叶松属蜕膜轧机。球果包括种子数量和质量的评价

从欧洲和波兰落叶松的球果中提取种子比较困难^1，2比其他针叶树种类要多^3.，4．这是由于落叶松球果鳞片特殊的解剖和形态结构^5，6．与松树和云杉相比，落叶松球果的鳞片更薄、更小、更圆⁴．它们可以用来确定落叶松的确切分类种类⁷．在典型的欧洲落叶松中，鳞片相对较宽，并向尖端逐渐变细;顶部边缘为椭圆形，有时具圆齿⁴．根据文献，鳞片是由不同壁厚的细胞层组成的。水分最容易通过位于外侧的细胞蒸发，因此鳞片在其中部和顶部区域偏离轴。干燥的鳞片很脆，一旦折断就失去弹性，不容易再偏转⁸．鳞片打开和关闭的具体机制与树木的生存策略和进化有关，这使得针叶树在干燥的阳光下能够在更远的地方释放种子^9，10．

种子提取工艺用于林业提取物中控制种子生产¹¹．用这种方法获得的种子短期储存(同季播种)¹²或长期¹³,例如,¹⁴种子库或苗圃(露天或容器播种-单种播种)^15，16．合适的温度和水分条件保证了种子提取的高品质^3.．

落叶松球果种子提取的标准化问题(落叶松属)主要是在20世纪50年代受战争影响地区植树造林时进行的研究¹⁷到20世纪80年代^{18，19，20.，21，22}．由于松树种子需求量大，目前关于种子提取的文献主要集中在松果上^23，24，25．控制种子提取过程中的能源使用对于确保可持续发展和促进自然资源的保护是重要的。能源消费已经成为每个国家经济发展的重要影响因素²⁶．为了减少对化石燃料的依赖，同时减少其活动对环境的影响，制造商有两个基本选择:使用可再生能源系统或减少能源消耗²⁷．能源需求的减少可以进一步细分为三种选择:减少总活动(例如:减少活动)。²⁸）;改善能源管理(例如:²⁹）;以及废能源的回收和再利用(如。^30.)．

属落叶松属在波兰用于快速生长的种植园³¹在中国和蒙古是优势种³²以及加拿大³³．落叶松树皮粉碎是一种重要的生物质来源，可用于制造升级循环产品(Tudor等。³⁴)．例如，由碎树皮制成的薄面板可以取代地板上的软木³⁵．此外，纸浆和造纸工业产生许多副产品，其中一些被用来发电³⁶．为了追求充分和有效地利用生物材料(落叶松)，研究工作应该继续优化从这一物种的球果中提取种子的过程，这在波兰已经存在了一个多世纪³⁷．关于连续干燥和浸泡步骤的数量及其持续时间，以确保种子提取过程的最大有效性，在知识方面存在差距。

考虑到从落叶松球果中提取种子的困难，在实践中主要使用两种方法:热法和热机械法^3.．前者除了干燥外，还包括锥形浸渍或喷洒，这大大延长了种子提取的时间，甚至可达60小时⁴．球果在烘干机里的时间可能是整个种子提取过程的一半，这使得干燥成为该过程中最消耗能源的部分。

在热机械法中，球果中的水分含量降低到约8-10%³⁸使鳞片变得非常脆弱，从而更容易从轴上脱落，释放出种子⁸．此外，机械震动或碾压可提高种子产量，但在此过程中，种皮可能会被磨蚀物损坏^3.．在这样的过程之后，种子应该从灰尘和球果残留物的混合物中分离出来，这在分类空落叶松种子和满落叶松种子方面存在困难，因为它们的重量相似^3.，4．值得注意的是，落叶松球果中空籽的比例可达70%²¹．这种程序还会导致种子提取设施产生大量粉尘，这是危险的，需要操作人员采取额外的预防措施。

在多步落叶松种子提取中，波兰提取设备越来越多地使用热法，其中包括锥形润湿^3.．松木和云杉球果的两步提取工艺¹⁷已被用于落叶松球果。这就产生了具有高萌发能量和萌发能力的高质量种子^8，39．在实践中，最常用的是显著降低水分含量的三步工艺⁴⁰．为了获得最大的提取产量，落叶松球果应交替干燥和湿润¹⁹．然而，球果不应浸泡太久，因为这可能会对获得的种子的活力产生不利影响。此外，在水中浸泡数小时后，种子会膨胀⁸并且必须在提取后不久播种。从业者使用两种类型的球果滋润:浸泡(例如，Lasowice maye的种子提取物;Kluczbork林区)和喷洒(例如，Czarna biaostocka的种子提取物;Czarna biaostocka林区)。

研究问题是由于缺乏关于商业提取落叶松球果种子或用于此目的的热法(浸泡法)的效率的详细资料。目前尚不清楚应该使用多少干燥和浸泡步骤来确保正确的干燥/水分参数，以获得尽可能多的种子而不影响其质量。此外，应调查这些步骤的持续时间，以确保这一过程在经济上和精力上是合理的。

在种子释放时，球果水分含量可能存在一定的阈值。很可能在锥形干燥和浸泡步骤之后，干燥收缩现象将促进下一个干燥步骤⁴¹．因此，可以预测，在随后的浸泡步骤中，球果将能够吸收更多的水。

本文的另一个目的是分析不同种子干燥和浸泡时间的五步提取过程中锥体水分含量的变化，建立提取过程中热质交换的数学模型，评估所研究的工艺变量下的提取动态，并评估所获得的种子质量。

材料来源和特性

实验室研究涉及2019年12月初由Czarna biaostocka种子提取设施从波德拉斯基省别尔斯克波德拉斯基市(52°41′0 N, 23°60′E) 282 k区Grabowiec苗圃的种子园收集的欧洲落叶松球果。植物研究是根据波兰国家森林的现行规定进行的。获得了波德拉斯基省别尔斯克波德拉斯基市政府的许可，可以将收集到的落叶松球果用于研究。获得球果的主要林业材料供应商登记册中的国家编号为MP/3/41001/05，球果的原产地证书为MR/60849/20/PL(基于波兰2001年6月7日关于森林生殖材料的法案(2015年《法律杂志》第1092项))。收集到的锥细胞被运送到华沙生命科学大学生物系统工程系的实验室，分成批次，并在研究前以+ 2±1°C储存在LKexv 3600实验室冰箱(利勃海尔，布勒，瑞士)。所有的球果都有自己的高度(h)和直径(d)使用电子滑动卡尺(型号677,256，来自英国Yeovil Silverline Tools)测量，精度为±0.1 mm，初始重量使用WPS210S实验室天平(Radwag, Radom, Poland)测定，精度为±0.001 g。

种子提取过程:过程及经验模型

球果分为十批，每批32粒;九个批次被指定用于测试提取过程，一个构成不受任何处理的对照。对照组被放置在单独的容器中，没有干燥、浸泡或摇晃。它们被保存在室温的开放容器中。自然释放出来的种子被收集起来，转移到发芽器中。

九个研究的种子提取变体在干燥和浸泡时间方面存在差异。每一种程序都包括5个10、8或6小时的干燥步骤，5个30分钟的摇鼓步骤，5个5、10或15分钟的浸泡步骤，以及4个12、14或16小时的浸泡步骤。一个阶段被定义为一个单一的干燥、摇晃和浸泡的循环。变体是整个过程的名称，每一个过程都从将球果放入烘干机开始，以对过程中获得的种子质量的评估结束。

有效提取时间定义为整个过程中所有干燥、浸泡和摇动时间的总和。反过来，总处理时间还包括步骤1、2、3和4后的锥泡(图2)。1、表1)．

将球果从冰箱中取出后，在室温(20-22°C)、相对空气湿度为40%的条件下驯化约1小时。然后，在测量尺寸和重量参数后，将一批32个球果放置在Heraeus UT612空气循环对流干燥机(Kendro实验室产品有限公司，Hanau，德国)的穿孔架子上。在每个干燥步骤开始时，干燥器内的温度在前2小时为35°C，然后增加到50°C，直到过程结束，以防止种子热损伤。在此过程中，每2小时将球果从烘干机中取出，以称重并分离已释放的种子。测量时间约为5 min。

在每个干燥步骤完成后，将单个球果放入密封的P17土工布袋中，然后放入滚筒中摇晃30分钟。滚筒以30转/分钟的速度旋转，并与水平方向倾斜30°(专利权利要求号:no。Up p.437143 [wipo st 10/ c pl437143])。

摇晃后，从每个袋子中取出种子，记录种子的数量和重量。随后，将球果浸泡在半满蒸馏水的塑料容器中，温度为24°C(±1°C)，时间为5,10或15分钟，具体时间取决于测试变量。在浸泡过程中，球果被水覆盖。浸泡后，将球果从容器中取出，放在棉织物上，在22°C的控制温度下分别放置12、14或16小时(包括10、8或6小时的干燥步骤)。经过适当时间的干燥，摇晃，然后浸泡和浸泡-过程的第一阶段完成。

在第二和随后的干燥步骤中，锥体在放入烘干机之前被称重;剩下的步骤和以前完全一样。在每个变体中，在最后第五步之后，既不浸泡也不浸泡(只干燥和摇晃球果)。

用FTH 100 m (Geo FENNEL, Kassel, Germany)监测烘干机和实验室的温度和湿度，精度分别为0.01°C和0.01%。

提取过程后，球果在干燥器中105°C(±1°C)干燥至恒定重量。干重测量可以计算出整个过程中球果的初始和最终水分含量，以及确定瞬时水分含量。

假设在五步干燥过程中，锥体水分含量的变化可以根据干燥第二阶段的Lewis经验模型(^42，43)．该模型通过确定五个干燥步骤的系数值来适应提取条件，同时考虑到干燥室中的可变温度和其他决定因素。描述某一步球果中水分含量变化的一般方程为⁴⁴：

在哪里u-萃取过程中锥面瞬时含水率(\ \ ({mathrm{公斤}}_ {\ mathrm{水}}\ cdot {\ mathrm{公斤}}_ {\ mathrm {d}。\ mathrm {w}。}^ {1}]\)，u₀-给定步骤中的初始锥体水分含量(\ \ ({mathrm{公斤}}_ {\ mathrm{水}}\ cdot {\ mathrm{公斤}}_ {\ mathrm {d}。\ mathrm {w}。}^ {1}]\)，u_k-在给定步骤中的最终锥体水分含量(\ \ ({mathrm{公斤}}_ {\ mathrm{水}}\ cdot {\ mathrm{公斤}}_ {\ mathrm {d}。\ mathrm {w}。}^ {1}]\)，b-表征含水率变化的系数[h⁻¹),\ \(τ\)_我- [h],e-自然对数的底。

系数值b在文献中给出⁴⁴是否恒定，反映在恒温下干燥的球果水分含量的变化⁴⁰．

另外，种子提取率由下式计算:

公式1而且2用来描述所研究的9个变体的种子提取过程。

种子提取动力学

通过计算在此过程中释放的种子的累积数量和重量来评估种子提取的动态，并使用以下种子产量系数公式:α(3)，圆锥质量屈服系数，β(4):

在哪里l_n-提取种子数，l_w-种子总数;

在哪里米_n-提取种子重量[g]，米₀-锥体初始重量[g]。

在提取过程完成后，分析了能够产生两个种子的开放鳞片的数量，因为它们是决定种子提取过程的结构元素。

种子活力评估

从所研究的工艺变体的每个步骤中获得的种子被手动去翅、清洗并转移到Jacobsen发芽器(Laborset， Łódź， Poland)，以根据波兰种子评估系统评估种子的生存能力^45，46．落叶松种子放置在发芽器的滤纸上，分3次重复，每批种子100个样品。24 h萌发周期包括光照8 h，水温维持在24℃。温度由Termo-Stab RBS1控制器(Termo-Stab, Warsaw, Poland)控制，精度为±1°C。曝光定时器为Grasslin Talento 371设备(Grässlin GmbH, St. Georgen, Germany)。光源由两根钨ram 36 W-F74日光荧光灯管组成。试验7 d后测定萌发能，试验28 d后测定萌发力。这些结果用于根据标准PN-R-65700确定种子质量等级。一级落叶松种子在40-60%的情况下发芽。

统计分析

使用Statistica v. 13(2010)软件进行统计分析。采用夏皮罗-威尔克检验评估锥体尺寸和重量参数的正态分布。用方差分析(ANOVA)评估平均大小和体重参数的差异F和邓肯的测试。采用HSD Tukey检验进行方差齐性检验。所有分析均在0.05的统计学显著性水平上进行。

圆锥特征:整个集合和个体变异

在所有测试变体中使用的锥体在高度方面彼此没有差异(学生的方差系数)t以及,F= 1.33 atp= 0.23)，直径(F= 1.77 atp= 0.08)，或初始权重(F= 0.86 atp= 0.55)。方差分析显示，锥面湿度有显著差异(F= 2.52 atp˂0.05)。

锥体的高度、直径和初始重量等参数是决定抽提过程的因素。因此，在研究中使用的所有球果的直径和高度之间的关系是用线性回归方程描述的\ (x (y = 0.2794 + 8.3195) \)，这意味着每增加1毫米的锥体高度，锥体直径增加0.28毫米，\ ((R = 0.778 > 0.104 - {R} _ {kr}) \)．

球果的初始重量可能与收获时间或贮藏条件有关。通过线性回归方程描述了被检球果的高度与初始重量之间的关系(y = 0.238x - 3.918)，即初始重量平均每1 mm高度增加0.238 g， (R= 0.795 > 0.104)。

表格2显示了整组被研究的球果和种子的标准差均值、测量参数的最小值和最大值、方差范围、变异系数和标准误差。夏皮罗-威尔克检验表明，所测特征服从正态分布。

研究中使用的球果高度为21.4-44.1毫米，直径为12.5-24.3毫米。球果平均高度为33.8(±3.4)mm，平均直径为17.8(±1.6)mm。球果初始重量为2.137 ~ 9.111 g，平均4.144(±1.019)g。球果初始含水量为27.6 ~ 57.1%，平均40.4(±4.5)%。对个别提取变量进行了分析。圆锥高度的平均值h,直径d，初始权值米₀₁，水分含量W计算(表3.)．

HSD Tukey测试显示，锥高有一个均匀组，包括所有变量，直径有两个均匀组。第一组包括除7个变量外的所有变量，第二组包括除2个变量外的所有变量。取一个均质组作为初始权重。水分含量有两个同质组，一个由除7以外的所有变体组成，另一个包含变体1、4、5、6、7、8和9。

所研究步骤的种子提取结果

种子提取条件和时间

萃取过程中各步锥重的变化与萃取过程持续时间、萃取柜内的温度和湿度条件以及锥体初始含水率有关。

由于温度的升高，干燥室内的湿度在每一步2小时后下降到平均30%。在接下来的4小时的过程中，在提高温度后，室内的湿度显著下降，然后(超过2和4小时)它只进一步略有下降，稳定在大约。10小时变异平均5%，8小时变异平均6%，6小时变异平均8%。

抽种过程中球果水分含量的变化

初始含水率(u₀₁)远大于0.20\ ({\ mathrm{公斤}}_ {\ mathrm{水}}\ cdot {\ mathrm{公斤}}_ {\ mathrm {d}。\ mathrm {w}。}^ {1}\)，这意味着在种子提取过程中必须特别小心，种子提取应在高达50℃的温度下进行⁸．

球果的水分含量相对较高可能是由于在种子提取之前(这是商业实践中的典型情况)在通风的储存场所没有进行初步干燥，以及在提取季节开始时收获球果。首字母(u_{0 x})及最后(u_kx)表中以标准偏差给出各工艺变体所用球果的含水率4．

球果的初始含水率(u_{0 x})在大多数变体中，由于浸泡而随着提取步骤的增加而增加。在大多数变体中，最终的水分含量(u_kx)在第一步提取时最高，随后每一步均有所下降或保持在同一水平。

干燥10 h后，三种工艺的平均初始含水率为0.411\ ({\ mathrm{公斤}}_ {\ mathrm{水}}\ cdot {\ mathrm{公斤}}_ {\ mathrm {d}。\ mathrm {w}。}^ {1}\)．干燥10 h后，平均含水率降至0.130\ ({\ mathrm{公斤}}_ {\ mathrm{水}}\ cdot {\ mathrm{公斤}}_ {\ mathrm {d}。\ mathrm {w}。}^ {1}\)．第5步平均初始含水率为0.437\ ({\ mathrm{公斤}}_ {\ mathrm{水}}\ cdot {\ mathrm{公斤}}_ {\ mathrm {d}。\ mathrm {w}。}^ {1}\)，该步骤最终含水率为0.071\ ({\ mathrm{公斤}}_ {\ mathrm{水}}\ cdot {\ mathrm{公斤}}_ {\ mathrm {d}。\ mathrm {w}。}^ {1}\)．在提取步骤4和5后，干燥10小时的球果平均含水率达到7%。

3种工艺在干燥8 h时的平均初始含水率为0.412\ ({\ mathrm{公斤}}_ {\ mathrm{水}}\ cdot {\ mathrm{公斤}}_ {\ mathrm {d}。\ mathrm {w}。}^ {1}\)．干燥8 h后，平均含水率降至0.128\ ({\ mathrm{公斤}}_ {\ mathrm{水}}\ cdot {\ mathrm{公斤}}_ {\ mathrm {d}。\ mathrm {w}。}^ {1}\)．第5步平均初始含水率为0.440\ ({\ mathrm{公斤}}_ {\ mathrm{水}}\ cdot {\ mathrm{公斤}}_ {\ mathrm {d}。\ mathrm {w}。}^ {1}\)，该步骤最终含水率为0.064\ ({\ mathrm{公斤}}_ {\ mathrm{水}}\ cdot {\ mathrm{公斤}}_ {\ mathrm {d}。\ mathrm {w}。}^ {1}\)．提取步骤IV后球果水分含量平均为7.1%，提取步骤V后平均为6.4%。

3种工艺在干燥6 h时的平均初始含水率为0.389\ ({\ mathrm{公斤}}_ {\ mathrm{水}}\ cdot {\ mathrm{公斤}}_ {\ mathrm {d}。\ mathrm {w}。}^ {1}\)．干燥6 h后，平均含水率降至0.129\ ({\ mathrm{公斤}}_ {\ mathrm{水}}\ cdot {\ mathrm{公斤}}_ {\ mathrm {d}。\ mathrm {w}。}^ {1}\)．第5步平均初始含水率为0.415\ ({\ mathrm{公斤}}_ {\ mathrm{水}}\ cdot {\ mathrm{公斤}}_ {\ mathrm {d}。\ mathrm {w}。}^ {1}\)，该步骤最终含水率为0.084\ ({\ mathrm{公斤}}_ {\ mathrm{水}}\ cdot {\ mathrm{公斤}}_ {\ mathrm {d}。\ mathrm {w}。}^ {1}\)．干燥6 h的球果在提取步骤IV后平均含水率达到8.9%，在提取步骤V后平均含水率达到8.4%，即其最终含水率高于干燥8 h和10 h的球果。

浸泡时间最长(15 min)的球果在每个提取步骤的初始含水量均高于浸泡时间相同(5 min和10 min)的其他两种变体。在给定的提取步骤中，不同浸泡时间的球果的最终水分含量不同。浸泡时间为15 min的球果在各提取步骤中最终含水率最高，浸泡时间为5 min的球果最终含水率最低。

Tukey HSD测试显示，初始含水率均为同质组(u₀₁,你₀₂,你₀₃,你₀₄,你₀₅)和最终含水率(u_k1,你_k2,你_k3,你_k4,你_k5)，如表所示4．例如，提取步骤V后的最终水分含量为四组均质组(u_k5):第一个包括除7、8、9以外的所有变体，第二个包括变体1、2、3、7，第三个包括变体7、8，而第四个仅由变体9组成。

使用Eq. (1)，在每个变体的所有五个步骤中，描述了每个测试球果的水分含量变化。计算公式包括初始值和最终值b单个锥的系数。的平均值b各提取步骤的系数和标准差见表5对于个别提取变体。

的最低值b记录10h_15min变异的第一步系数(b₁= 0.34)，而在8 h_15 min变异中，第5步达到最大值(b₅= 0.60)。在涉及10和8小时干燥的工艺变体中b系数随提取步骤的增加而增大，直到第三步;在第四步，它略有下降，在第五步，它保持不变。在不同的干燥时间为6小时b系数在第2步达到峰值，直到第5步都保持在相同的水平。在干燥6 h的变异的第一步，平均b系数为0.54，与其他步骤中获得的系数没有显著差异。值得注意的是，在8 h_15 min的变异中b系数在连续的步骤中增加。

数据2- - - - - -3.显示样品锥的实际和模型含水率变化和萃取速率的曲线示例，变体10 h_15分钟和8 h_15分钟各一个。

下面给出了连续提取步骤中水分含量和提取率的变化方程，以图中所示的锥体为例。2(没有。在10 h_15分钟的变体中是32):

我步:\({你}_ {1}= 0.264 \ cdot {\ mathrm {e}} ^{\离开(-0.38 \ cdot{\τ}_{我}\右)}+ 0.107 \)，\ \(压裂{d{你}_ {1}}{d{\τ}_ {1}}= -0.100 \ cdot {\ mathrm {e}} ^ {(-0.38 \ cdot{\τ}_{我})}\)

第二步:\({你}_ {2}= 0.372 \ cdot {\ mathrm {e}} ^{\离开(-0.44 \ cdot{\τ}_{我}\右)}+ 0.095 \)，\ \(压裂{d{你}_ {1}}{d{\τ}_ {1}}= -0.164 \ cdot {\ mathrm {e}} ^ {(-0.44 \ cdot{\τ}_{我})}\)

第三步:\({你}_ {3}= 0.397 \ cdot {\ mathrm {e}} ^{\离开(-0.49 \ cdot{\τ}_{我}\右)}+ 0.086 \)，\ \(压裂{d{你}_ {1}}{d{\τ}_ {1}}= -0.195 \ cdot {\ mathrm {e}} ^ {(-0.49 \ cdot{\τ}_{我})}\)

第四步:\({你}_ {4}= 0.536 \ cdot {\ mathrm {e}} ^{\离开(-0.44 \ cdot{\τ}_{我}\右)}+ 0.080 \)，\ \(压裂{d{你}_ {1}}{d{\τ}_ {1}}= -0.236 \ cdot {\ mathrm {e}} ^ {(-0.44 \ cdot{\τ}_{我})}\)

第五步:\({你}_ {5}= 0.485 \ cdot {\ mathrm {e}} ^{\离开(-0.46 \ cdot{\τ}_{我}\右)}+ 0.076 \)，\ \(压裂{d{你}_ {1}}{d{\τ}_ {1}}= -0.223 \ cdot {\ mathrm {e}} ^ {(-0.46 \ cdot{\τ}_{我})}\)

变化方程(图;3.)的含水率和连续萃取步骤的萃取速率。17在8 h_15分钟的变体):

我步:\({你}_ {1}= 0.304 \ cdot {\ mathrm {e}} ^{\离开(-0.53 \ cdot{\τ}_{我}\右)}+ 0.113 \)，\ \(压裂{d{你}_ {1}}{d{\τ}_ {1}}= -0.161 \ cdot {\ mathrm {e}} ^ {(-0.53 \ cdot{\τ}_{我})}\)

第二步:\({你}_ {2}= 0.292 \ cdot {\ mathrm {e}} ^{\离开(-0.55 \ cdot{\τ}_{我}\右)}+ 0.085 \)，\ \(压裂{d{你}_ {1}}{d{\τ}_ {1}}= -0.161 \ cdot {\ mathrm {e}} ^ {(-0.55 \ cdot{\τ}_{我})}\)

第三步:\({你}_ {3}= 0.369 \ cdot {\ mathrm {e}} ^{\离开(-0.70 \ cdot{\τ}_{我}\右)}+ 0.077 \)，\ \(压裂{d{你}_ {1}}{d{\τ}_ {1}}= -0.258 \ cdot {\ mathrm {e}} ^ {(-0.70 \ cdot{\τ}_{我})}\)

第四步:\({你}_ {4}= 0.379 \ cdot {\ mathrm {e}} ^{\离开(-0.71 \ cdot{\τ}_{我}\右)}+ 0.059 \)，\ \(压裂{d{你}_ {1}}{d{\τ}_ {1}}= -0.269 \ cdot {\ mathrm {e}} ^ {(-0.71 \ cdot{\τ}_{我})}\)

第五步:\({你}_ {5}= 0.428 \ cdot {\ mathrm {e}} ^{\离开(-0.77 \ cdot{\τ}_{我}\右)}+ 0.060 \)，\ \(压裂{d{你}_ {1}}{d{\τ}_ {1}}= -0.330 \ cdot {\ mathrm {e}} ^ {(-0.77 \ cdot{\τ}_{我})}\)

最后，给出了锥号在连续萃取步骤中含水率和萃取速率的变化方程。5在6 h_15分钟的变体:

我步:\({你}_ {1}= 0.308 \ cdot {\ mathrm {e}} ^{\离开(-0.58 \ cdot{\τ}_{我}\右)}+ 0.0904 \)，\ \(压裂{d{你}_ {1}}{d{\τ}_ {1}}= -0.179 \ cdot {\ mathrm {e}} ^ {(-0.58 \ cdot{\τ}_{我})}\)

第二步:\({你}_ {2}= 0.346 \ cdot {\ mathrm {e}} ^{\离开(-0.63 \ cdot{\τ}_{我}\右)}+ 0.1070 \)，\ \(压裂{d{你}_ {1}}{d{\τ}_ {1}}= -0.218 \ cdot {\ mathrm {e}} ^ {(-0.63 \ cdot{\τ}_{我})}\)

第三步:\({你}_ {3}= 0.368 \ cdot {\ mathrm {e}} ^{\离开(-0.63 \ cdot{\τ}_{我}\右)}+ 0.0837 \)，\ \(压裂{d{你}_ {1}}{d{\τ}_ {1}}= -0.232 \ cdot {\ mathrm {e}} ^ {(-0.63 \ cdot{\τ}_{我})}\)

第四步:\({你}_ {4}= 0.387 \ cdot {\ mathrm {e}} ^{\离开(-0.68 \ cdot{\τ}_{我}\右)}+ 0.0838 \)，\ \(压裂{d{你}_ {1}}{d{\τ}_ {1}}= -0.263 \ cdot {\ mathrm {e}} ^ {(-0.68 \ cdot{\τ}_{我})}\)

第五步:\({你}_ {5}= 0.396 \ cdot {\ mathrm {e}} ^{\离开(-0.65 \ cdot{\τ}_{我}\右)}+ 0.0743 \)，\ \(压裂{d{你}_ {1}}{d{\τ}_ {1}}= -0.257 \ cdot {\ mathrm {e}} ^ {(-0.65 \ cdot{\τ}_{我})}\)

数据2一个,3.A为不同干燥时间(10、8 h)，相同浸泡时间(15 min)下三种样品球果水分含量的实际变化曲线;这些曲线被拟合到一个模型中，该模型广泛用于描述恒温干燥(主要用于蔬菜)。本研究除了输入变量(干燥和浸泡时间)外，还使用了可能影响模型拟合的可变温度。结果表明，在干燥8小时的条件下，锥体的最佳拟合效果最好。3.)，在前三步中有轻微偏差，而在第四步和第五步中有非常好的拟合。在干燥6 h时，拟合度最低，这可能是由于干燥时间不足造成的(在35℃下暴露2 h，在50℃下仅暴露4 h)。

数据2b,3.B为相同浸泡时间(15分钟)，不同干燥时间(10小时和8小时)下的锥样萃取率图。可以看出，萃取率在一开始就下降了，这是所谓的固体干燥第二阶段的特征(Pabis⁴⁴)．

种子提取动力学

表格2给出了所研究球果鳞片和种子数量的数据。每个锥体有33 ~ 70个开放量表，平均48(±6)个。每个球果提取1 ~ 76粒种子，平均36粒(±18)。最后，每个球果含有5 ~ 97粒种子，平均52粒(±19)。提取的种子质量范围为0.001 ~ 0.651 g，平均0.193(±0.109)g。

从不同的工艺变体中获得的球果在提取的种子数量方面没有差异(F= 0.862，p= 0.55)或他们的体重(F= 0.720 atp= 0.674)。然而，方差分析确实揭示了量表数量的显著差异(F= 3.561 atp小于0.05)，每球果总种子数(F= 2.93601 atp= 0.003645)。表格6给出不同提取变量和均质组的平均尺度和每个落叶松球果的种子数(带标准差)。

平均而言，70%的种子是从所有9个研究变种中使用的球果中提取的，30%的种子留在球果中。表格7显示在个体变异中提取的种子数量和球果中剩余的种子数量，以百分比表示。

以2 ~ 73%的工艺变体获得的种子数量最多，其次是3、1、7(72%)和8(70%)。变异4的种子产量最低(65%)。

在所有的研究变体中，有些种子是在室内提取的过程中获得的，有些是在鼓中摇晃的过程中获得的(表7)．变异2的种子数量最高(69%)，变异9的种子数量最低(56%)。平均而言，10 h内种子数量最多，6 h内种子数量最少。比较相同干燥时间的不同工艺变体，在变体2、5和7中获得的种子数量最多(变体8中也只有1%少)。变型9摇鼓提籽量最高(44%)，变型2摇鼓提籽量最低(31%)。平均而言，所有变种中38%的种子是通过在滚筒中摇晃获得的。

可以看出，在每个变体及其单独的步骤中，在该过程的6 h后获得了最高的种子数量。数字4a - c表示有效提取时间内获得的种子的百分比，其中给定步骤中提取的种子数量与前面步骤中提取的种子数量相加。

图中的图表。4显示在整个过程中获得的种子的百分比。每个步骤包括干燥、摇晃、浸泡和浸泡，除了V步，它只涉及干燥和摇晃，不涉及浸泡和浸泡。干燥10小时种子产量分析(图;4A)表明，所有提取的种子中平均有37%是在第一步中获得的，26%是在第二步中获得的。第三步20%，第四步11%，第五步约6%。

至于8小时的过程(图;4B)，在8h_5 min和8h_15 min的变种中，平均30%的种子是在第一步提取得到的，而在8h_10 min的变种中，这一比例高达53%。平均27%的种子在第二步提取，15%在第三步，约11%在第四步，大约。5%在第五步。与8 h_5 min和8 h_15 min变体相比，8 h_10 min变体的特点是种子产量最高，从过程的第一步开始。

对于干燥6 h的变型(图;4C)，平均约。所有提取的种子在第一步得到46%，在第二步得到24%，在第三步得到15%，大约。第四步11%，第五步约4%。

当从落叶松球果中提取种子时，由于上述落叶松球果的形态造成的困难，在此过程中不会评估鳞片偏斜和所获得的种子数量，就像松树和云杉球果的情况一样(Tyszkiewicz, 1949)。所示的图表显示，在有效提取时间10小时后，在干燥8和6小时后，获得了令人满意的种子产量(60%)。

每种提取变体的种子产量系数α(3)和锥体质量产量系数β(4)见表8．

籽粒产量系数以变异2(0.73)和变异3(0.72)最高，变异4(0.65)和变异6和9(0.67)最低。变异体5的锥质量屈服系数最高，变异体9最低。

种子活力

表格9萌发能量(E)和容量(Z)用于对照种子，以及用于从九种工艺变体的不同步骤获得的种子，以及其相应的质量等级。

对照样品的发芽能为45%，发芽量为57%，即自然释放的种子，未经任何热处理或机械处理，属于I类质量¹⁸．重要的是，从所有研究的工艺变体中获得的种子也被放在同一类;它们的萌发能在30 ~ 59%之间，萌发力在35 ~ 61%之间。当单独分析每个提取步骤时，发现萌发能的降低与后续步骤之间没有相关性。9个变种中，第1步种子平均发芽率为46%，第2步和第3步种子平均发芽率为45%，第4步种子为41%，第5步种子为40%。因此，在随后的每一步中，种子的平均萌发能量都等于或低于前一步，这与文献报道中长期干燥会降低种子质量的说法是一致的⁸．干燥6 h的种子萌发能量和萌发能力最高，而干燥10 h的种子萌发指标最低，这也证实了这一点。变异1种子萌发能量和萌发能力最低，变异8种子萌发能量和萌发能力最高。

干燥6小时的变种种子质量较高的另一个原因可能是球果的初始水分含量较低，这是由于试验前在室温下保存的时间较长(u₀₁= 0.391\ ({\ mathrm{公斤}}_ {\ mathrm{水}}\ cdot {\ mathrm{公斤}}_ {d。\ mathrm {w}。}^ {1}\)和u相比₀₁= 0.411\ ({\ mathrm{公斤}}_ {\ mathrm{水}}\ cdot {\ mathrm{公斤}}_ {d。\ mathrm {w}。}^ {1}\)对于干燥8和10小时的变种种子)。这些结果与Tyszkiewicz的研究是一致的⁸，他指出，在相同的温度和湿度条件下，水分含量较低的球果种子的质量没有下降，相比之下，水分含量较高的球果种子的质量没有下降。

从所有工艺变体的相同提取步骤获得的种子的平均发芽量计算出的种子的发芽率在每一步的45%相似。

总之，在这项研究中，作者研究了从落叶松球果中提取种子的五步过程，包括浸泡和热处理，以最大限度地提高种子产量。研究发现，广泛用于提取物的两步工艺是不够的，而四步工艺并没有导致获得的种子数量显著增加。因此，三步过程似乎是最优的。

研究中使用的球果的高度和直径在其他研究人员描述的范围内，即高度为4厘米，直径为2厘米⁸，或高度为2-5厘米⁴⁷或4-5厘米⁴⁸．由于气候因素(年气温和降水量)对松果等植物产量的影响比非气候因素更大²⁵，亦应进一步研究落叶松的这些影响。所研究的球果的高初始水分含量可能是由于缺乏初步干燥造成的，就像在种子提取设施中的实际情况一样，以及由于球果收获提前(12月)造成的。⁸．

在连续的提取步骤中，多次干燥和浸泡增加了初始含水率，降低了最终含水率。在研究的工艺变体中，适当的干燥和浸泡程序(再水化)使被干燥的材料的组织能够大量吸收水分，从而导致更大的重量和体积⁴⁹．一些研究报道了在萃取过程中，树脂颗粒在锥尺度之间的流变性能变化的影响。在约。50°C的树脂足以“液化”(熔化)，使松果中的水垢开口(力范围为4.7-10 N)。反过来，在恒定的应力水平下，就像单个水垢的运动一样，随着时间的推移，随着温度的升高，树脂逐渐开始“流动”(它变得不那么粘稠)。因此，克服树脂粘附力所需的力减小(1.99 N)，并且树脂内聚性后退。根据文献，高温(~ 50°C)有利于锥形开口p的抗旱性，而高含水率不影响树脂的流变性能，因为它完全不溶于水⁵⁰．

干燥8 h后，第4步后球果平均含水率为7.1%，第5步后平均含水率为6.4%。这意味着这些球果的水分含量保持下降趋势，而与之相反的是，经过10小时的干燥，球果的水分含量与之相似(约为10小时)。7%)的水分在工艺的第四和第五提取步骤。由此可见，干燥的最佳时间为8 h，与实际使用的技术相吻合^3.．

从落叶松球果中提取种子可以采用浸热法或热机械法。虽然萃取物使用这两种工艺，但它们没有标准化或得到充分研究。热法比水垢粉碎和磨损法效率低。另一方面，热浸提法获得的落叶松种子与机械破碎提取的种子相比，具有萌发能力强、细胞膜损伤小、加速老化试验恢复力强的特点;此外，前者更容易清洗^3.．

10 h_10 min和10 h_15 min品种产量最高(73%)。在6 h_5 min的提取过程中也获得了相似的种子产量(72%)，这表明提取过程可以缩短，浸泡时间可以减少，而获得的种子数量没有显著降低。由于干燥时间不足和浸泡时间过长，在6 h_15 min条件下，干燥室种子产量最低(56%)。在提取过程中未能充分降低球果的水分含量会阻止种子在鳞片内移动¹⁸．长期以来，研究人员一直在研究木材在一定的水分含量下可以变形，然后在吸收水分后恢复到原来的形状的现象^51，50，53以及针叶树球果中由其细胞结构引起的鳞片运动^{54，53，54，55，56，59}．这些研究结果可以形成人工智能分析多相运动的基础^60，61．

每个提取步骤的种子平均萌发能都较低，但各提取步骤的种子萌发能力基本保持在同一水平，说明得到的种子属于I类质量种子。

在提取变体的前三步，干燥8小时，种子产量约为。59%，与第四步的平均8%相比，大约。第四步，4%。因此，该变异在研究的9个变异中表现出优势。在提取变体的前三步，干燥10小时，种子产量约为。57%，相比之下，大约。第四步9%，大约。第五个5%。最后，在提取变体的前三步，干燥6 h，种子产量约为。与第四步的平均9%相比，约为56%。 5% in the fifth step. As can be seen, the minimum number of extraction steps needed to obtain an approx. 60% seed yield is three, which is consistent with reports by other authors^3.，40．

对欧洲落叶松种子价值的分析应基于它们的来源和提取能源的成本。首先，应注意落叶松球果的来源及其遗传(如种)纯度。其次，如果提取种子是为了长期储存，正确的提取条件是至关重要的，以避免由于过度干燥和浸泡时间而损害种子质量。第三，应考虑种子提取的经济原理，考虑到较高的能源成本，以解决是否有可能使用更短的干燥时间(6小时)浸泡(5分钟)和每一步至少30分钟的摇晃，这在本研究中显示可以使种子产量达到71%。

本研究中使用的实验室干燥机的额定功率为2.2千瓦，这意味着每个干燥步骤的能耗分别为22、17.6和13.2千瓦时，分别为10、8和6小时的干燥。因此，五步过程中的能耗分别为110、88和66千瓦时。需要注意的是，最长和最短的干燥时间之间的差异是显著的。包含3个8小时的干燥步骤的提取过程的能耗为52.8千瓦时，这是包含5个10小时的干燥步骤的2倍。

在波兰种子提取厂使用的干燥机的情况下，其装机容量约为25千瓦。为实验室测试进行的估计结果表明，如果在工业环境中使用本出版物中提出的改进锥形萃取工艺，可能节省的能源规模。为了涉及能源消耗的技术和经济评估的目的，不仅需要对干燥步骤(在图1中的干燥器-阶段(a)中进行)进行更详细的测量，而且还需要对滚筒中的振动步骤(图1中的阶段(b))进行更详细的测量。

1. 1.

   对五步种子提取的9个变体进行比较发现，10 h_10 min变体的产量最高(73%)。在第一步和第二步中，8 h_10 min变异株的平均产量最高(分别为53%和32%)，而在第三步中，10 h_5 min变异株的平均产量最高(22%)。在第四步中，所有变体都表现出相似的产量，约为。最后，在第五步中，种子产量随干燥时间的延长而增加(10 h和8 h平均5%，6 h平均4%)。

2. 2.

   推荐的工艺包括三个8小时的干燥步骤和两个(而不是五个)10分钟的浸泡步骤，因为它导致了59%的收率，高于其他变体。从接下来的两步提取的收益是非常低的(约。第四步和第五步种子分别占11%和5%)。当球果来自有价值的来源时，可以进行五步加工，最好提取尽可能多的种子。

3. 3.

   种子萌发能量和发芽容量在不同处理间无显著差异。平均结果超过40%，表明提取的种子属于i级质量。延长干燥时间对种子质量的影响不显著。

4. 4.

   提取过程可根据Lewis第二干燥阶段的经验模型进行描述。在上述方程中，球果的初始含水率(u₀₁)通常会随着每一个连续的工艺步骤而增加。此外，在每一步中，浸泡时间最长(15分钟)的球果的水分含量都比浸泡时间较短的球果高得多。最终含水率也是如此，球果在浸泡15 min后最高，在浸泡5 min后最低。的b系数为0.34 ~ 0.60;值得注意的是，在8 h_15分钟的变异中，它随着每一个连续的步骤而增加。