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便携式近红外和可见光光谱仪检测水稻水分含量方法比较研究

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光谱学与光谱分析 2023年第7期43卷 2059-2066页

作者：张静郭榛王思花岳明慧张姗姗彭慧慧印祥杜娟马成业山东理工大学农业工程与食品科学学院山东淄博255000

使用便携式近红外(901~1650 nm)和可见光(400~900 nm)光谱仪结合多变量分析方法无损检测水稻水分含量,选用100种不同品种的水稻并采集其光谱信息,其中粳稻52种,籼稻34种,糯稻14种。采用GB 5009.3-2016中的直接干燥法测定每种水稻样本的... 详细信息

使用便携式近红外(901~1650 nm)和可见光(400~900 nm)光谱仪结合多变量分析方法无损检测水稻水分含量,选用100种不同品种的水稻并采集其光谱信息,其中粳稻52种,籼稻34种,糯稻14种。采用GB 5009.3-2016中的直接干燥法测定每种水稻样本的水分含量。利用蒙特卡洛偏最小二乘法(MCPLS)剔除水稻样本中的异常值,基于近红外和可见光光谱的数据集分别剔除8个和4个异常值。采用基于联合X-Y距离的样本划分法(SPXY)按照3:1的比例划分样品,近红外和可见光数据集分别得到69、72个校正集和23、24个预测集。采用正交信号校正(OSC)、多元散射校正法(MSC)、去趋势变换(De-trend)、标准正态变换(SNV)、基线校正(Baseline)、Savitzky-Golay卷积导数(S-G导数)、标准化(Normalize)、移动平均平滑(moving average)、Savitzky-Golay卷积平滑处理法(S-G平滑)共9种算法对原始光谱数据进行预处理,基于近红外和可见光光谱的OSC、SNV和OSC、Moving average预处理效果较好,进行后续模型的处理。选择特征波长以减小光谱信息冗余并提高模型检测效果,基于近红外和可见光光谱的最佳波长选择方法分别为连续投影算法(SPA)和竞争性自适应重加权算法(CARS),分别保留15,39个特征波长。之后,建立偏最小二乘回归(PLSR)、主成分回归(PCR)模型。结果表明,基于近红外和可见光光谱的最优模型分别为SPA-PLSR和OSC-CARS-PCR,其预测集相关系数(R_(P)^(2)),预测集均方根误差(root mean square error forprediction,RMSEP)和预测集归一化均方根误差(normalized root mean square error,NRMSEP)分别为0.8103、0.8021,0.412、0.388和3.62%、3.34%。基于近红外光谱的SPA-PLSR模型预测效果更好,鲁棒性更高,预测效果好于可见光光谱。本研究验证了便携式近红外和可见光光谱仪快速、无损检测水稻中水分含量的可行性,为水稻收获、贮藏等过程水分含量的测定提供技术支持,为后续便携式光谱仪的开发提供参考。

关键词：近红外光谱可见光光谱水稻水分含量便携式快速检测

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马铃薯近红外光谱无损检测影响因素研究

光谱学与光谱分析 2023年第1期43卷 37-42页

作者：韩岷杰王相友许英超崔英俊吕丹阳山东理工大学农业工程与食品科学学院山东淄博255022

为提高马铃薯近红外光谱快速无损检测的准确性和稳定性,对比了光纤光源、卤素灯杯光源和环形光源三种光源条件下的光谱,结果显示环形光源的光谱噪声最小,辐照强度与均匀度最好。该工作对光源功率、光源距马铃薯表面距离以及光纤距马铃... 详细信息

为提高马铃薯近红外光谱快速无损检测的准确性和稳定性,对比了光纤光源、卤素灯杯光源和环形光源三种光源条件下的光谱,结果显示环形光源的光谱噪声最小,辐照强度与均匀度最好。该工作对光源功率、光源距马铃薯表面距离以及光纤距马铃薯表面检测点距离进行研究,通过三因素三水平响应面试验,评价不同因素水平条件下对马铃薯可溶性固形物含量的光谱模型预测效果,得到最优参数组合为光源功率238.33 W,光纤探头距样品表面距离8.17 mm,光源距样品表面距离370 mm,并建立可溶性固形物定量预测模型。在最优参数条件下,预测偏最小二乘回归模型(PLSR)的相关系数优化到0.867,均方根误差0.149°Brix。为进一步消除设备及环境噪声,通过不同预处理算法降低噪声的干扰,结果显示标准变量排序法去噪效果最好,PLSR预测相关系数可达0.914,预测均方根误差降低到0.132°Brix,既能有效去噪又有较好的预测效果。试验结果表明,响应面试验优化检测环境和条件能有效提高马铃薯品质检测的预测精度,为近红外光谱马铃薯无损检测环境搭建和设备选型提供技术参考。

关键词：马铃薯可溶性固形物影响因素光源检测距离

壳聚糖-透明质酸钠-益生菌水凝胶的制备、表征及胃肠道缓释作用

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食品科学 2024年第9期45卷 36-43页

作者：厉佳怡王红磊李娅婕郭婷婷倪乙丹周泉城盛桂华山东理工大学农业工程与食品科学学院山东淄博255200

以壳聚糖(chitosan,CS)和透明质酸钠(sodium hyaluronate,SH)为原料,通过静电相互作用构建物理交联水凝胶,并对其质构特性及微观结构进行分析表征;以水凝胶为载体荷载益生菌(鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus rhamnosus)以及乳酸片球菌(Pedio... 详细信息

以壳聚糖(chitosan,CS)和透明质酸钠(sodium hyaluronate,SH)为原料,通过静电相互作用构建物理交联水凝胶,并对其质构特性及微观结构进行分析表征;以水凝胶为载体荷载益生菌(鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus rhamnosus)以及乳酸片球菌(Pediococcus acidilactici)),探究益生菌对水凝胶质构特性及微观结构的影响,分析其载菌性能,探究益生菌水凝胶在模拟胃肠液中的释放机制。结果表明,CS-SH水凝胶通过静电相互作用交联,具有较好的质构特性以及载菌性能,0.2 g(干质量)水凝胶对L. rhamnosus及P. acidilactici荷载量分别可达1.15×10^(9)CFU和1.25×10^(9)CFU;益生菌水凝胶组在模拟肠液中持续释放,其释放机制为表面侵蚀释放作用,模拟肠液中L. rhamnosus及P. acidilactici活菌数最大值分别为6.30(lg(CFU/mL))和6.12(lg(CFU/mL))。综上,CS-SH水凝胶是一种具有潜力的递送载体,可以荷载益生菌并在模拟肠液中持续释放。本研究可为物理交联水凝胶在荷载益生菌领域的应用及作用机理提供一定理论指导及研究基础。

关键词：物理交联水凝胶壳聚糖透明质酸钠载菌性能胃肠消化模拟

基于轻量型卷积神经网络的马铃薯种薯芽眼检测算法

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农业工程学报 2023年第9期39卷 172-182页

作者：黄杰王相友吴海涛刘书玮杨笑难刘为龙山东理工大学农业工程与食品科学学院淄博255000

马铃薯种薯芽眼属于小目标物体,识别难度大、要求高。为了在试验台(芽眼识别装置)上快速、准确地完成识别任务,该研究提出一种基于轻量型卷积神经网络的芽眼检测模型。首先,为了降低模型的计算量和聚焦小目标物体,替换YOLOv4的主干网络C... 详细信息

马铃薯种薯芽眼属于小目标物体,识别难度大、要求高。为了在试验台(芽眼识别装置)上快速、准确地完成识别任务,该研究提出一种基于轻量型卷积神经网络的芽眼检测模型。首先,为了降低模型的计算量和聚焦小目标物体,替换YOLOv4的主干网络CSPDarkNet-53为GhostNetV2轻量型特征提取网络;其次,在YOLOv4的颈部网络中,使用深度可分离卷积(depthwise separable convolution,DW)模块代替普通卷积块进一步降低模型计算量;最后,更改边界框损失函数为具有角度代价的边界框损失函数(SIoU),避免因预测框的位置不确定,而影响模型收敛速度和整体检测性能。结果表明,改进后芽眼检测模型参数量为12.04 M,使用笔记本电脑CPU检测单张图片的时间为0.148 s,从试验台收集的测试数据显示平均精度为89.13%。相对于其他主干特征提取网络CSPDarkNet-53、MobileNetV1、MobileNetV2、MobileNetV3、GhostNetV1,其检测精度分别高出1.85、0.75、2.67、4.17、1.89个百分点;与同类目标检测模型SSD、Faster-RCNN、EifficientDet、CenterNet、YOLOv7相比,在检测精度上,分别高出23.26、27.45、10.51、18.09、2.13个百分点,在检测时间上,分别降低0.007、6.754、1.891、1.745、0.422 s,且模型参数量具有明显优势。该研究为小目标物体检测和模型部署提供技术支撑。

关键词：图像识别卷积神经网络马铃薯芽眼检测小目标 YOLOv4 GhostNetV2

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冷激预处理减轻鲜切火龙果褐变的作用及机理

食品科学 2023年第13期44卷 97-104页

作者：李冰茹李美琪李皎琪王济瀚李晓安李富军张新华山东理工大学农业工程与食品科学学院山东淄博255049

为研究冷激预处理减轻鲜切火龙果果肉褐变的作用及其机理,分析冷激条件(-2℃冷空气处理3 h)对鲜切火龙果果肉在贮藏期间苯丙烷代谢和抗氧化系统的影响。结果表明,冷激预处理能抑制电导率、丙二醛含量的增加,提高苯丙烷代谢关键酶(苯丙... 详细信息

为研究冷激预处理减轻鲜切火龙果果肉褐变的作用及其机理,分析冷激条件(-2℃冷空气处理3 h)对鲜切火龙果果肉在贮藏期间苯丙烷代谢和抗氧化系统的影响。结果表明,冷激预处理能抑制电导率、丙二醛含量的增加,提高苯丙烷代谢关键酶(苯丙氨酸解氨酶、肉桂酸-4-羟基化酶、4-香豆酸辅酶A连接酶)活性及相关基因表达,促进鲜切火龙果总酚、总黄酮及大部分酚类化合物的积累,增强其抗氧化能力。此外,冷激可提高超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、抗坏血酸过氧化物酶活性,加速火龙果贮藏初期超氧阴离子自由基、H_(2)O_(2)高峰的出现,但对峰值没有显著影响,同时促进其在贮藏中后期水平的下降,从而有效减轻鲜切火龙果果肉的褐变。综上,冷激预处理可通过调控苯丙烷途径和活性氧代谢,有效缓解伤胁迫引起的氧化过程,抑制鲜切火龙果果肉的褐变。

关键词：鲜切火龙果褐变冷激苯丙烷途径活性氧代谢

渗透剂预处理对压差膨化香菇脆品质特性的影响

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食品科学技术学报 2023年第5期41卷 153-164页

作者：赵亚张越翔徐燕石启龙山东理工大学农业工程与食品科学学院山东淄博255000

为降低香菇采后腐烂变质导致的经济损失,基于瞬时压差膨化技术,开发了一种非油炸香菇脆。研究了渗透脱水(osmotic dehydration,OD)预处理工艺顺序、渗透剂种类及质量分数(质量分数0、10%、20%、30%、40%麦芽糊精、10%乳清分离蛋白、20%... 详细信息

为降低香菇采后腐烂变质导致的经济损失,基于瞬时压差膨化技术,开发了一种非油炸香菇脆。研究了渗透脱水(osmotic dehydration,OD)预处理工艺顺序、渗透剂种类及质量分数(质量分数0、10%、20%、30%、40%麦芽糊精、10%乳清分离蛋白、20%麦芽糊精+10%乳清分离蛋白复合渗透剂)对香菇脆平均干燥速率、总色差、膨化度、复水比、硬度和脆度的影响。采用低场核磁共振技术,探究了OD预处理对香菇水分组成及状态分布的影响。OD工艺顺序研究表明:相比于热泵干燥前OD预处理,热泵干燥后OD预处理可显著提高香菇脆膨化度、复水比、脆度,降低总色差(P<0.05)。渗透剂种类及质量分数研究表明:相比于对照组,OD预处理可显著提高香菇脆膨化度、复水比(P<0.05),但对平均干燥速率、总色差、硬度和脆度的影响则取决于OD溶液组成。香菇热泵干燥至湿基含水率70%后,先采用20%麦芽糊精+10%乳清分离蛋白渗透预处理,再继续热泵干燥至湿基含水率35%±2%,预干燥后的香菇均湿后进行瞬时压差膨化得到的香菇脆品质较好。低场核磁共振技术研究表明:香菇OD预处理后,横向弛豫时间T2向左偏移,而且随着OD溶液溶质质量分数增加偏移幅度增大;然而自由水占比降低,结合水与不易流动水占比增加,热泵干燥后,除了30%、40%麦芽糊精预处理外,香菇主要以弱结合水和不易流动水状态存在,而自由水所占比例很低(0.41%~4.67%)。与对照组相比,热泵干燥后,香菇自由水(除了10%乳清分离蛋白预处理外)和不易流动水所占比例显著降低,但弱结合水比例显著增加(P<0.05)。Pearson相关性分析表明:相比于热泵干燥,OD预处理对瞬时压差膨化香菇脆品质影响更大,而且与低场核磁共振弛豫参数密切相关。香菇脆膨化动力的产生主要取决于不易流动水和结合水尤其是弱结合水,而与自由水无关。研究旨在为非油炸香菇脆瞬时压差膨化技术提供理论依据和技术参考。

关键词：香菇脆渗透脱水瞬时压差膨化低场核磁共振品质特性

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构树收获割台设计与试验

吉林大学学报（工学版） 2023年第7期53卷 2152-2164页

作者：耿端阳纪晓琦牟孝栋李华彪杨昊霖姚艳春武继达山东理工大学农业工程与食品科学学院山东淄博255000

针对国家大力提倡农户种植饲用构树,但国内缺乏适用收获机械的现状,结合构树收获特性,以滚刀运动轨迹、构树割茬高度极限值和输送辊对茎秆的抓取要求为指导,以留茬整齐无劈裂、收获完全损失低和枝叶抓取输送流畅为技术要求,开发了能够... 详细信息

针对国家大力提倡农户种植饲用构树,但国内缺乏适用收获机械的现状,结合构树收获特性,以滚刀运动轨迹、构树割茬高度极限值和输送辊对茎秆的抓取要求为指导,以留茬整齐无劈裂、收获完全损失低和枝叶抓取输送流畅为技术要求,开发了能够实现枝叶同收的滚刀回转式构树机械化收获割台,根据Box-Behnken试验设计方法构建滚刀片数、滚刀转速和机器前进速度对割茬高度一致性和收获损失率的回归模型,应用响应曲面方法分析各因素及其交互影响规律,对回归模型进行参数优化,得到最优参数组合:滚刀片数为3,滚刀转速为889.673 r/min,机器前进速度为4.138 km/h,割茬高度一致性为96.482%,收获损失率为0.686%。在最优参数组合下进行验证试验,结果表明,割茬高度一致性为97.12%,收获损失率为0.67%,试验值与预测值相近,本研究可为构树收获机的设计提供参考。

关键词：农业机械割台构树收获机械

免耕播种机浅旋清茬斜置式防堵装置设计与试验

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农业机械学报 2022年第8期53卷 42-52页

作者：姚文燕赵殿报苗河泉崔培德魏懋健刁培松山东理工大学农业工程与食品科学学院淄博255049

针对黄淮海地区玉米免耕播种作业时,过量小麦秸秆残茬堵塞开沟器的问题,提出一种以拨离残茬和浅旋根茬形式实现苗床清整的斜置式防堵装置。通过理论分析对防堵装置结构参数进行设计,确定了各参数的范围和相互关系,并根据装置结构对耕刀... 详细信息

针对黄淮海地区玉米免耕播种作业时,过量小麦秸秆残茬堵塞开沟器的问题,提出一种以拨离残茬和浅旋根茬形式实现苗床清整的斜置式防堵装置。通过理论分析对防堵装置结构参数进行设计,确定了各参数的范围和相互关系,并根据装置结构对耕刀拨茬入土和脱茬离土的过程进行受力分析,确定了影响工作性能的因素。运用离散元方法模拟防堵装置在田间作业过程,以秸秆清除率、土壤扰动系数和功耗为评价指标,对装置倾角、转速和前进速度进行回归分析和显著性检验,确定了各因素对评价指标的影响及主次顺序。通过对回归模型进行多目标函数优化求解,得到最优参数组合为:转速400 r/min、前进速度6 km/h、倾角18.5°,此时秸秆清除率为74.5%、土壤扰动系数为34.7%、功耗为1.36 kW。以优化得到的参数对装置进行土槽试验,试验结果表明:转速为400 r/min、前进速度6 km/h、倾角18.5°时,秸秆清除率为92.5%、土壤扰动系数为29.6%、功耗为1.51 kW,试验结果与仿真试验优化结果相吻合,满足设计要求。

关键词：免耕播种机浅旋清茬斜置防堵装置 EDEM仿真土槽试验

低温等离子体制备CEO-SBA-15/马铃薯淀粉膜性能优化及结构表征

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农业工程学报 2022年第21期38卷 268-278页

作者：郭艳丽郭帅玉崔英俊程萌张荣飞王相友山东理工大学农业工程与食品科学学院淄博255000

为提高CEO-SBA-15在马铃薯淀粉膜中的分散性以增强复合膜的物理性能,通过低温等离子体处理制备改性的CEO-SBA-15/马铃薯淀粉膜,以等离子体处理时间,马铃薯淀粉、甘油、CEO-SBA-15用量为考察因素,对复合膜的性能进行正交试验优化,对其进... 详细信息

为提高CEO-SBA-15在马铃薯淀粉膜中的分散性以增强复合膜的物理性能,通过低温等离子体处理制备改性的CEO-SBA-15/马铃薯淀粉膜,以等离子体处理时间,马铃薯淀粉、甘油、CEO-SBA-15用量为考察因素,对复合膜的性能进行正交试验优化,对其进行微观结构表征,以及对复合膜进行物理、透气以及光学试验。结果表明,等离子体处理使CEO-SBA-15较均匀地分散在马铃薯淀粉膜中,且适合等离子体合成复合膜的最佳因素配比为等离子体处理马铃薯淀粉溶液时间6 min,马铃薯淀粉用量5 g/100 mL、甘油用量1.5 g/100 mL、CEO-SBA-15用量0.5 g/100 mL。X-射线衍射光谱与傅里叶变换红外光谱分析证实等离子体处理淀粉改性使CEO-SBA-15与马铃薯淀粉分子间形成较强的氢键;紫外光谱分析表明等离子体处理的复合膜具有较好的抗紫外光作用以及较好的透光率。此外,等离子体合成的复合膜包装物理性能得到增强,其透氧率、透水率、溶胀度较未改性处理的复合膜分别降低了4.32g/(m^(2)·h)、4.48g/(m^(2)·h)、79.15%,拉伸强度提高了2.9 MPa,可较好地保护食品内容物不受外界因素干扰以及机械损伤。

关键词：膜优化低温等离子体改性CEO-SBA-15/马铃薯淀粉膜分散性