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微波技术在食品和农产品加工中应用研究进展

农业工程学报 2024年第6期40卷 14-28页

作者：郑先哲张雨涵刘成海沈柳杨赵兴隆薛亮亮东北农业大学工程学院哈尔滨150030

微波加热技术具有速度快、可控性高等特点,在食品和农产品的热加工过程中具有较强的应用潜力。该文在分析微波加热原理的基础上,从技术应用、设备研制和仿真研究等方面介绍微波加热应用现状,如在农产品干燥、杀菌、萃取和膨化等方面进... 详细信息

微波加热技术具有速度快、可控性高等特点,在食品和农产品的热加工过程中具有较强的应用潜力。该文在分析微波加热原理的基础上,从技术应用、设备研制和仿真研究等方面介绍微波加热应用现状,如在农产品干燥、杀菌、萃取和膨化等方面进行深入研究和应用。指出微波加热在机理解析、工艺局限性、加热不均匀性和能量利用低等问题,尤其是微波场对物料内极性成分作用机制的研究深度、微波加热时在物料内温度和水分分布的不均匀性规律定量表征等方面,严重影响产品质量稳定性和能量充分利用。从揭示微波在加热腔体内传递和物料内吸收的机理,提高微波加热均匀性和改善加工质量,以及研制智能化工业用微波加工设备等方面,指出微波加热技术在食品和农产品加工中应用热点研究方向。针对微波加热技术在农产品和食品加工中科学问题、技术需求和设备现状,为发挥技术优势、拓展应用领域,该文提出微波加热理论研究与技术应用的发展趋势,以期提高微波热加工技术工业化应用适用性、保证产品质量和能量利用率。

关键词：微波加工食品农产品均匀性能耗

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番茄钵苗移栽探出式取钵机构设计与试验

农业机械学报 2024年第3期55卷 96-105页

作者：辛亮王明成孙国玉张浩孙铭翼王航东北农业大学工程学院哈尔滨150030

为了降低番茄钵苗移栽过程取钵机构对秧苗钵土根系的损伤,同时避免机械式钵苗移栽机构设计特殊取苗轨迹与姿态的优化难题,提出了一种可与系列移栽机构配合使用的番茄钵苗探出式取钵机构,实现取苗各关键位置机构秧针以固定角度完成探出... 详细信息

为了降低番茄钵苗移栽过程取钵机构对秧苗钵土根系的损伤,同时避免机械式钵苗移栽机构设计特殊取苗轨迹与姿态的优化难题,提出了一种可与系列移栽机构配合使用的番茄钵苗探出式取钵机构,实现取苗各关键位置机构秧针以固定角度完成探出入钵、移动送苗及收回推秧工序。根据钵苗移栽取钵过程分析与设计要求,建立了探出式取钵机构力学分析模型,并获得影响秧针扎入钵土时驱动杆受最小驱动力的因素。基于Matlab App Designer平台开发了取钵机构计算机辅助分析设计软件,获得满足番茄钵苗移栽要求的取钵机构设计参数集。采用三因素五水平二次回归正交旋转中心组合试验方法,以驱动杆斜杆夹角、钵体含水率、入钵深度为试验因素,以钵体完整率和取苗成功率为评价指标,试制样机并搭建台架实施参数组合优化及验证试验,结果表明:探出式取钵机构可有效地配合取苗机构完成各项性能工作要求,在参数组合为驱动斜杆间夹角112°、钵体含水率57.5%、入钵深度28.4 mm时作业效果最佳,钵体完整率为96.44%,取苗成功率为97.06%,满足钵苗移栽作业性能。

关键词：番茄钵苗移栽探出式取钵机构力学分析

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复合助剂对低温喷雾干燥蓝靛果粉理化性质的影响

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农业工程学报 2024年第2期40卷 93-106页

作者：郑先哲鲁天麟陈启明张雨涵沈柳杨付科森朱海辉柏才宇东北农业大学工程学院哈尔滨150030

为保证低温喷雾干燥后蓝靛果粉品质,采用黄金分割法研究复合助剂(麦芽糊精、β-环糊精和乳清蛋白)对喷雾干燥蓝靛果粉理化性质的影响,分析低温进风温度(50~90℃)对蓝靛果粉花青素保留率、集粉率和含水率的影响规律。结果表明,在麦芽糊... 详细信息

为保证低温喷雾干燥后蓝靛果粉品质,采用黄金分割法研究复合助剂(麦芽糊精、β-环糊精和乳清蛋白)对喷雾干燥蓝靛果粉理化性质的影响,分析低温进风温度(50~90℃)对蓝靛果粉花青素保留率、集粉率和含水率的影响规律。结果表明,在麦芽糊精、β-环糊精的质量比例为85.4%、14.6%时,集粉率高达37.96%;随进料溶液中麦芽糊精质量比例增加,蓝靛果粉玻璃化转变温度、水溶性指数、堆积密度、亮度L^(*)值、红度a^(*)值和色差值ΔE呈增加趋势,含水率、花青素含量和黄度b^(*)值呈下降趋势;在麦芽糊精、β-环糊精和乳清蛋白质量比例为72.9%、12.5%、14.6%时,集粉率达到最高(40.11%);随料液中乳清蛋白质量比例增加,蓝靛果粉含水率、花青素含量呈上升趋势,其玻璃化转变温度、水溶性指数、亮度L^(*)值、红度a^(*)值、黄度b^(*)值和色差值ΔE等指标呈下降趋势;复合助剂显著提高蓝靛果粉集粉率(P<0.05),对其中的花青素起到较强保护作用,其含水率、水溶性指数、堆积密度等理化指标均接近于最优水平。低温喷雾干燥研究发现,随进风温度上升,集粉率和含水率呈负相关,在进风温度90℃时,集粉率最高的配方中可实现较高花青素保留率(89.94%)。低频核磁共振波谱以及质子密度图像信息分析表明,加入的助剂与蓝靛果果汁中水分通过氢键、静电结合力和疏水作用等分子间作用力,形成稳定性高水合物、增强液滴聚结抵抗力,提高料液玻璃态转换温度,从而实现高集粉率和高花青素保留率的蓝靛果果粉低温喷雾干燥;红外光谱分析表明,复合助剂可在蓝靛果果粉中形成分子间氢键,并对花青素等活性物质进行固定包埋保护。研究结果可为蓝靛果粉喷雾干燥加工生产提供理论支撑和参考依据。

关键词：干燥理化特性低温喷雾干燥复合助剂蓝靛果黄金分割法花青素核磁共振

侧深施肥直斜偏置式免耕播种开沟器设计与试验

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农业工程学报 2024年第11期40卷 26-37页

作者：赵淑红刘佳明赵国鹏田哲名杨悦乾东北农业大学工程学院哈尔滨150030

采用侧深施肥技术,施肥铲作业后播种带两侧土壤高度不一致,易加剧播种机横向偏摆,进而导致播种深度均匀性和播种横向一致性较差。为解决上述问题,该研究设计了一种直斜偏置式免耕播种开沟器。该开沟器主要由切土斜刃、挡土定位板、偏置... 详细信息

采用侧深施肥技术,施肥铲作业后播种带两侧土壤高度不一致,易加剧播种机横向偏摆,进而导致播种深度均匀性和播种横向一致性较差。为解决上述问题,该研究设计了一种直斜偏置式免耕播种开沟器。该开沟器主要由切土斜刃、挡土定位板、偏置推土板等组成,作业时滑切土壤并将其推移至肥沟一侧拓宽种沟,避免种子落至肥沟后位置过深,提高播种质量。通过离散元仿真试验,以前进阻力、肥沟回土深度、种沟回土深度为试验指标进行二因素五水平正交旋转组合试验,得到斜刃滑切角为37°、偏置角为15°时开沟器作业性能最好。在最优参数下与双圆盘式、尖角式开沟器进行田间作业性能对比试验,相对于双圆盘式和尖角式开沟器,直斜偏置式开沟器播种深度变异系数分别降低41.12%、19.41%;播种横向变异系数分别降低39.00%、28.41%;前进阻力分别降低7.26%、28.20%;作业后肥沟与种沟回土深度分别提高9.47%、13.68%和33.33%、7.14%。试验结果表明,该开沟器可以减小前进阻力,增加肥沟与种沟回土,提高播种深度均匀性和播种横向一致性,可为播种开沟器的设计提供参考。

关键词：农业机械优化离散元免耕播种开沟器直斜偏置

基于无人机图像和改进CSRNet的田间大豆苗识别计数

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农机化研究 2024年

作者：朱轩池程铎灌崔道涵冯江东北农业大学信息与电气工程学院

为了得到大豆田间苗期的出苗率和种植密度,以方便及时间苗、补苗和评价种子质量的好坏,提出了一种卷积神经网络方法来对大豆田间苗期进行准确计数与密度评估。使用无人机采集大豆苗期图像制作了数据集,并对数据集进行数据增强。针对田... 详细信息

为了得到大豆田间苗期的出苗率和种植密度,以方便及时间苗、补苗和评价种子质量的好坏,提出了一种卷积神经网络方法来对大豆田间苗期进行准确计数与密度评估。使用无人机采集大豆苗期图像制作了数据集,并对数据集进行数据增强。针对田间复杂地形环境,为减少背景环境的干扰,对数据集图像进行直方图均衡化和明度提高等预处理。根据采集的大豆图像密集的特点,采用拥挤场景识别网络(Congested Scene Recognition Network,CSRNet)来构建并改进网络模型,改用VGG19作为前端网络,并加入卷积注意力模块(Convolutional Block Attention Module,CBAM)提高特征提取效果,并根据模型的豆苗图像密度图求和得到图像中的大豆苗数。试验结果表明:模型在测试数据集上平均绝对误差(Mean Absolute Error,MAE)和均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)分别达到了2.35、4.69;对比目标检测方法YOLOv5s、Faster R-CNN和其他人群密度检测方法CSRNet、MCNN和SANet,本研究的模型MAE分别低1.27、0.4、0.63、1.38、0.41,RMSE分别低2.43、0.54、1.83、3.83、2.06。所提出方法计数性能优异,可以满足无人机快速获取田间大豆出苗率的需要,为出苗率的获取提供了参考。

关键词：无人机苗木计数 CSRNet 机器视觉大豆

基于电导率的多指标联合技术在蛋液组分检测中的应用

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食品科学 2024年第5期45卷 94-101页

作者：窦文浩王海岭黄子龙杨福明迟媛迟玉杰东北农业大学食品学院黑龙江哈尔滨150030 东北农业大学工程学院黑龙江哈尔滨150030

建立一种以电导率为主,盐度、总溶解性固体(total dissolved solids,TDS)、pH值、色泽为辅的多指标联合技术,实现蛋液新鲜度和调配比的快速、高效检测。结果表明:4℃贮藏0~45 d期间,蛋黄液和蛋清液电导率、盐度、TDS呈逐渐上升趋势,二... 详细信息

建立一种以电导率为主,盐度、总溶解性固体(total dissolved solids,TDS)、pH值、色泽为辅的多指标联合技术,实现蛋液新鲜度和调配比的快速、高效检测。结果表明:4℃贮藏0~45 d期间,蛋黄液和蛋清液电导率、盐度、TDS呈逐渐上升趋势,二者色泽指标及蛋黄液pH值均显著降低,而蛋清液pH值逐渐升高。检测蛋液新鲜度,发现电导率法检测蛋黄液和蛋清液的准确率分别为91%和89%,电导率协同检测准确率为94%,据此,首次建立了AA、A、B、C级的液蛋新鲜度标准。选定AA级液蛋,以电导率为主要指标,盐度、TDS和p H值为协同指标,检测调配比,通过实验测得电导率、盐度、TDS、p H值与调配蛋液中的蛋黄质量分数的线性拟合回归方程均具有极显著相关性,可根据回归方程检测未知调配比例蛋液,Exp Assoc模型显示模型平均相对误差为8.87%,具有高度可靠性。以此,本实验为调配蛋液检测(新鲜度、调配比)提供了理论依据,为液蛋工业生产加工提供了实际应用的参考。

关键词：调配蛋液新鲜度电导率快速检测

超声协同蒸汽处理对壳鸡蛋表面大肠杆菌的杀菌机理及动力学分析

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食品科学 2024年第4期45卷 26-34页

作者：张雅琪迟玉杰迟媛东北农业大学食品学院黑龙江哈尔滨150030 东北农业大学工程学院黑龙江哈尔滨150030

为了探究超声蒸汽协同处理对蛋壳表面大肠杆菌的预测杀菌效果以及细菌损伤和死亡的机制,本研究以大肠杆菌为研究对象,构建了超声蒸汽协同处理对蛋壳表面大肠杆菌的杀菌动力学模型。通过控制蛋壳表面细菌液的浓度,讨论超声、蒸汽和超声... 详细信息

为了探究超声蒸汽协同处理对蛋壳表面大肠杆菌的预测杀菌效果以及细菌损伤和死亡的机制,本研究以大肠杆菌为研究对象,构建了超声蒸汽协同处理对蛋壳表面大肠杆菌的杀菌动力学模型。通过控制蛋壳表面细菌液的浓度,讨论超声、蒸汽和超声与蒸汽协同作用对大肠杆菌的灭活作用,并与商业化杀菌中常用的次氯酸钠浸泡法进行比较。采用线性模型、Weibull模型、Log-Logistic模型和Modified Gompertz模型拟合了超声辅助蒸汽处理大肠杆菌的灭活曲线,对灭菌前后细胞形态的破坏程度和细胞内容物的泄漏情况进行分析。结果表明,经过180 s的150 W超声预处理和3 s的蒸汽处理后,大肠杆菌总数的对数值从6.26下降到2.04,死亡率达到67%。超声辅助蒸汽处理的灭菌过程更符合非线性动力学模型,且随着超声强度的增加和蒸汽处理时间的延长,Weibull模型更适合描述灭菌的动态过程。此外,协同处理会破坏大肠杆菌的超微结构以及菌体细胞的外部结构,使菌体细胞质溢出,从而改变膜的通透性。因此,超声协同蒸汽处理会加剧细菌的变形和损伤,导致细菌死亡。实验结果可为蛋壳表面大肠杆菌的灭活提供理论依据,综合贮藏期鸡蛋品质分析结果,该方法在禽蛋洁蛋生产中具有一定的应用前景。

关键词：鸡蛋超声协助蒸汽处理杀菌微生物

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加工方式对大豆油中挥发性物质的影响

中国食品学报 2024年第2期24卷 248-259页

作者：程建军王兆华于殿宇张赫尤美月潘明喆东北农业大学食品学院哈尔滨150030

为探究加工方式对大豆油风味物质的影响,采用电子鼻与顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用相结合的方法分析浸提、热榨和冷榨3种方式加工的大豆油挥发性物质的差异。结果表明:在3种大豆油样品中共检出86种挥发性物质,其中浸提油53种,热榨... 详细信息

为探究加工方式对大豆油风味物质的影响,采用电子鼻与顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用相结合的方法分析浸提、热榨和冷榨3种方式加工的大豆油挥发性物质的差异。结果表明:在3种大豆油样品中共检出86种挥发性物质,其中浸提油53种,热榨油54种,冷榨油45种,主要包括醛类、醇类、酮类、酸类、酯类、萜烯类、杂环类(呋喃和吡嗪)以及烃类等化合物。在3种大豆油中检出相同的挥发性物质有24种。主成分分析和层次聚类分析结果表明加工方式对大豆油风味的影响较大。采用气味活度值(OAV)判定3种大豆油样品的关键风味物质,浸提油中检出关键风味物质15种,以3-壬烯-2-酮等物质为主,使浸提油具有浆果风味。热榨油中检出关键风味物质16种,其中2,5-二甲基吡嗪等杂环类物质使热榨油具有独特的烘焙风味。冷榨油中检出12种关键风味物质,以(E,E)-2,4-庚二烯醛等醛类物质为主,使冷榨油具有天然油脂风味。偏最小二乘回归分析表明电子鼻与气相色谱-质谱联用的检测结果间存在较好相关性。

关键词：气相色谱-质谱联用法(GC-MS) 电子鼻大豆油加工方式风味物质

基于处方图的水稻侧深变量施肥控制系统设计与试验

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农业机械学报 2024年第9期55卷 151-162页

作者：王金峰吕振阳赵敏义王震涛东北农业大学工程学院哈尔滨150030

为解决水稻侧深施肥过程中由于缺乏科学处方与智能决策而造成的肥料资源浪费、无法实现空间差异化肥力补给的问题,本文设计了一种基于处方图的水稻侧深变量施肥控制系统。结合排肥理论分析得出变量施肥作业中影响排肥量的可控因素(排肥... 详细信息

为解决水稻侧深施肥过程中由于缺乏科学处方与智能决策而造成的肥料资源浪费、无法实现空间差异化肥力补给的问题,本文设计了一种基于处方图的水稻侧深变量施肥控制系统。结合排肥理论分析得出变量施肥作业中影响排肥量的可控因素(排肥轴转速、外槽轮工作长度、机组前进速度),探究施肥控制策略,构建并训练基于神经网络的智能决策模型;利用土壤养分平衡法结合克里金空间插值法在ArcGIS中生成施肥处方图;最后设计水稻侧深变量施肥控制系统并集成到水稻插秧机上,开展性能测试试验。双变量控制模型肥量控制精度试验结果表明,最大排肥误差为3.27%,最小误差为0.06%,总平均误差为1.23%。目标施肥量播量准确性试验结果表明,尿素、磷酸二胺、硫酸钾、掺混复合肥平均播量误差分别为4.60%、4.41%、4.18%和3.66%,平均示量误差分别为5.04%、4.83%、3.81%和4.84%。基于电子处方图的田间试验中系统获取有效定位信息54867个,定位错误点数6个,均发生在田块边界附近,分区定点变量施肥平均播量误差为4.23%。结果表明集成创制的水稻插秧侧深变量施肥一体机具有较高的播量精度和稳定性,控制系统具有较高的肥量控制精度,利用电子处方图指导施肥作业切实可靠,可实现插秧智能变量施肥一体化作业。

关键词：水稻侧深变量施肥处方图双变量控制智能决策

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