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基于可见/近红外光谱和函数型线性回归模型的成熟期苹果可溶性固形物含量预测

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光谱学与光谱分析 2024年第7期44卷 1905-1912页

作者：黄华刘亚马毅航向思函何佳宁王诗婷郭俊先新疆农业大学数理学院新疆乌鲁木齐830052 新疆农业科学院综合试验场新疆乌鲁木齐830013 新疆农业大学机电工程学院新疆乌鲁木齐830052

可溶性固形物含量(SSC)是反映苹果品质和成熟度的重要指标,能够用于苹果品质分析和成熟度预测。以新疆阿克苏冰糖心红富士苹果为研究对象,从果实膨大定形期至完熟期,以3d等间隔周期采摘样本,采集其380~1110nm的可见/近红外光谱,测定其S... 详细信息

可溶性固形物含量(SSC)是反映苹果品质和成熟度的重要指标,能够用于苹果品质分析和成熟度预测。以新疆阿克苏冰糖心红富士苹果为研究对象,从果实膨大定形期至完熟期,以3d等间隔周期采摘样本,采集其380~1110nm的可见/近红外光谱,测定其SSC,共552个样品。然后,利用基函数平滑方法将采集的可见/近红外光谱离散数据转化为光谱曲线,即函数型数据,并以可见/近红外光谱曲线、一阶导曲线、二阶导曲线为函数型解释变量,SSC为标量响应变量,分别建立函数型线性回归模型。为了验证和分析模型的性能,根据原始光谱离散数据,经过移动平滑、一阶导和二阶导预处理后,分别建立偏最小二乘回归(PLSR)、核支持向量机(KSVM)、随机森林(RF)、梯度提升树(GBM)和深度神经网络(DeepNN)。结果表明,在建立的18个模型中,针对训练集,PLSR-dNIR模型、KSVM-dNIR模型、RF-dNIR模型、GBM-dNIR模型和Deep NN-d2NIR模型都优于FunLR-NIR模型、FunLR-dNIR模型、FunLR-d2NIR模型,且Deep NN-dNIR模型最优(r_(c)=0.9996,R_(c)^(2)=0.9986,RMSEC=0.0740,RPDC=27.4366);针对测试集,FunLR-NIR模型、FunLR-dNIR模型、FunLR-d2NIR模型均优于其他所有模型,且FunLR-NIR模型最优(r_(v)=0.9534,R_(v)^(2)=0.9077,RMSEV=0.5856,RPDV=3.3017)。综合训练集和测试集的结果来看,核支持向量机模型、随机森林模型、梯度提升树模型和深度神经网络模型容易过拟合,而函数型线性回归模型具有更好的普适性。此外,从三个函数型线性回归模型(FunLR-NIR模型、FunLR-dNIR模型、FunLR-d2NIR模型)的预测效果看,模型均具有良好的鲁棒性和较高的预测精度。试验结果表明,结合可见/近红外光谱技术与函数型数据分析构建的函数型线性回归模型,可成功、有效地实现成熟期苹果的可溶性固形物含量预测。

关键词：苹果可溶性固形物含量可见/近红外光谱函数型数据分析函数型线性回归模型

基于分光测色反演哈密瓜叶片叶绿素与含水率研究

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光谱学与光谱分析 2024年第8期44卷 2296-2302页

作者：李龙杰史勇郭俊先新疆农业大学机电工程学院新疆乌鲁木齐830052 新疆智能农业装备重点实验室新疆乌鲁木齐830052

为了快速、精准地预测哈密瓜叶片含水率和叶绿素含量,提高对哈密瓜作物精准管理水平,采用分光测色技术,选用生长期、开花期和结果期三种不同生长阶段的哈密瓜叶片作为实验对象,分别研究9:00—10:00、14:00—15:00和20:00—21:00三个不... 详细信息

为了快速、精准地预测哈密瓜叶片含水率和叶绿素含量,提高对哈密瓜作物精准管理水平,采用分光测色技术,选用生长期、开花期和结果期三种不同生长阶段的哈密瓜叶片作为实验对象,分别研究9:00—10:00、14:00—15:00和20:00—21:00三个不同采集时间段的叶片温度、叶片含水率和叶绿素含量与色彩空间CIELAB特征值的相关性变化。采用最小二乘法(LS)对不同样本叶片的温度、含水率和叶绿素含量与颜色特征值存在的变化规律进行数据预处理,选用拟合度最优的特征值进行回归分析和预测模型验证。结果表明:①叶片温度、叶片含水率和叶绿素含量在不同参数情况下,都会使叶片存在不同的颜色特征值变化。②含水率为84%~93%的叶片,其温度和叶绿素含量都与叶片含水率呈负相关性。③叶绿素含量和叶片含水率与色彩空间CIELAB存在一定的线性相关,随着叶片含水率的上升,L呈上升趋势,表现为叶片颜色逐渐变浅呈淡绿色,随着叶绿素的增加,L呈下降趋势,表现为叶片颜色逐渐加深呈黑绿色,所有的样本数据均存在L、B为正值。④通过模型预测与评估,选用随机森林(RF)、偏最小二乘法(PLS)、支持向量机(SVM)和LASSO都能很好地对叶绿素含量进行有效的预测。在叶绿素预测模型中,RF预测性能最好,R_(c)^(2)=0.939、RMSE_(C)=0.868和MAE=0.686,R_(p)^(2)=0.915、RMSE_(P)=1.194和MAE=0.942。⑤通过模型预测与评估,选用随机森林(RF)、偏最小二乘(PLS)、自适应增强与套路回归(ADABOOST)和多项式回归(POLYNOMIAL)都能很好地对叶片含水率进行有效的预测。在叶片含水率预测模型中,POLYNOMIAL预测性能最好,R_(c)^(2)=0.884、RMSE_(C)=0.0059和MAE=0.0052,R_(p)^(2)=0.920和RMSE_(P)=0.0062和MAE=0.0057。采用分光测色的方法,能够有效、快速地测定叶片含水率与叶绿素含量,有望为无损、快速和精准地测定叶片含水率与叶绿素含量提供一种可选的可行测定方案。

关键词：哈密瓜叶绿素含水率 CIELAB彩色空间模型回归

高通量rGO微球@PVDF纳米纤维复合膜的制备及其油水分离性能研究

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化学工业与工程 2024年第2期41卷 47-56页

作者：来晨雨王瑞程丝楠范红玮孟洪北京化工大学化学工程学院北京100029 新疆大学化学学院乌鲁木齐830017

采用静电纺丝法制备了聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维膜,并采用共混纺丝法和真空抽滤两种方式将还原氧化石墨烯微球(rGO)负载于其上,获得高通量rGO微球@PVDF纳米纤维复合油水分离膜。通过调整静电纺丝过程参数(如推注速率和电场强度等)和纺... 详细信息

采用静电纺丝法制备了聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维膜,并采用共混纺丝法和真空抽滤两种方式将还原氧化石墨烯微球(rGO)负载于其上,获得高通量rGO微球@PVDF纳米纤维复合油水分离膜。通过调整静电纺丝过程参数(如推注速率和电场强度等)和纺丝液配方,对PVDF纳米纤维膜结构进行优化,并采用不同的rGO微球负载量、负载方式、黏结剂含量来提高纳米纤维膜的表面粗糙度和疏水性。利用扫描电子显微镜和接触角测试对纤维膜的表面形貌和亲疏水性进行表征,并通过二氯甲烷-水体系进行油水分离实验,测试了不同配方下杂化膜的重力驱动油水分离性能。结果表明,当静电纺丝溶液中PVDF含量为14%时,以1 mL·h^(-1)的推注速率,在15 kV下制得的PVDF纳米纤维膜,并将1%PVDF溶液、3 mg rGO微球(与黏结剂中有效成分PVDF质量比为3∶1)和溶剂组成的铸膜液抽滤在膜表面,复合膜表面水接触角为130.9°,其油水分离过程中的有机溶剂透过通量可达5641.3 L·h^(-1)·m^(-2),水相的截留率为99.28%。

关键词：静电纺丝聚偏氟乙烯还原氧化石墨烯微球油水分离膜

低糖超声波卤煮技术改善翻砂卤蛋凝胶特性及其机理

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食品科学 2024年第21期 68-80页

作者：郑丹于丹蓉绵海洋孙耀贵刘纯友张晓宇于智慧山西农业大学食品科学与工程学院山西农业大学动物医学学院广西科技大学生物与化学工程学院

为开发一种绿色高效的低糖翻砂卤蛋腌制技术，通过部分木糖醇替代蔗糖的方式制备低糖翻砂卤蛋，随后施加不同功率（100、200、300 W）的高强度超声（high intensity ultrasound,HIU）处理，系统研究HIU对翻砂卤蛋凝胶特性、结构变化及... 详细信息

为开发一种绿色高效的低糖翻砂卤蛋腌制技术，通过部分木糖醇替代蔗糖的方式制备低糖翻砂卤蛋，随后施加不同功率（100、200、300 W）的高强度超声（high intensity ultrasound,HIU）处理，系统研究HIU对翻砂卤蛋凝胶特性、结构变化及感官属性的影响。结果显示，100 W的HIU处理显著提高了低糖翻砂卤蛋蛋白的内聚性和持水性，并显著增加了其疏水性和体外消化率。200 W的HIU处理提高了低糖翻砂卤蛋蛋黄的Zeta电位及β-折叠含量，破坏了蛋白质分子间的交联结构，并促进松散孔隙结构的形成。且在200 W处理下卤蛋中芳香物质、氮氧化合物含量增加，风味品质提升。本研究为卤蛋产品的创新开发及HIU技术在食品加工领域的应用提供了理论基础。

关键词：翻砂卤蛋高强度超声木糖醇凝胶特性风味

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水稻田间育秧水肥药变量喷灌装置设计与试验

农业工程学报 2024年第13期40卷 1-14页

作者：刘赛赛马旭王宇唯王曦成齐龙秦亦娟陈嘉盈华南农业大学工程学院广州510642 农业农村部南京农业机械化研究所南京210014 新疆农业大学机电工程学院乌鲁木齐830052

为解决南方水稻工厂化田间育秧水肥药人工管理作业中存在的灌溉均匀性差、化肥和农药浪费以及劳动强度大等问题,该研究设计了一种水稻田间育秧水肥药变量喷灌装置,阐述了水肥药变量喷灌装置总体结构和工作原理,进行了关键部件设计与试验... 详细信息

为解决南方水稻工厂化田间育秧水肥药人工管理作业中存在的灌溉均匀性差、化肥和农药浪费以及劳动强度大等问题,该研究设计了一种水稻田间育秧水肥药变量喷灌装置,阐述了水肥药变量喷灌装置总体结构和工作原理,进行了关键部件设计与试验;以可编程逻辑控制器(programmable logic controller,PLC)为控制核心,构建了注肥量在线调控及整机变量喷灌控制系统。采用Box-Behnken试验设计方法,对装置喷灌均匀性与主要影响因素进行试验研究,应用单目标优化方法对喷灌关键参数进行优化,并通过验证试验,得到最优参数组合为:干管入口水压0.20 MPa、球阀开度90°、喷头喷角80°,此时装置的喷灌均匀性为92.69%;构建了氯化钾肥液质量浓度与电导率(electrical conductance,EC)值的线性模型,开展了装置变量灌溉施肥性能试验,3种喷灌等级下各作业区的肥液EC值分别为1.65、1.66和1.68 mS/cm,平均喷灌强度分别为900.85、1 092.04和1 263.67 mm/h,施肥均匀系数分别为85.21%、87.86%和91.62%。采用水肥药变量喷灌装置开展水稻育秧田间管理试验,华航51常规稻和广8优165杂交稻的秧苗长势均匀度均高于95%,成毯性良好,各项素质指标满足机插作业要求。所设计的水肥药变量喷灌装置能够满足水稻田间育秧水肥药变量喷灌作业要求,对提高水稻工厂化田间育秧机械化水平、保证秧苗质量具有实际应用价值。

关键词：水稻灌溉田间育秧变量喷灌水肥药管理大型喷灌机秧苗质量

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柔性刷辊式葡萄藤清土机设计与试验

农业机械学报 2024年第2期55卷 138-148,219页

作者：李金明张佳喜王茂博杨兴元王毅超新疆农业大学机电工程学院乌鲁木齐830052 新疆智能农业装备重点实验室乌鲁木齐830052 乌鲁木齐优尼克生物科技有限公司乌鲁木齐830052 新疆农业大学食品科学与药学学院乌鲁木齐830052

为解决新疆地区现有葡萄藤清土机械伤藤率高、彩条布上方大量覆土影响葡萄藤清土上架和彩条布回收的问题,采用柔性刷辊设计了一种刷辊式葡萄藤清土机。该机关键部件为清土装置,作业时通过清土刷的旋转运动和横向伸缩机构的往复运动将彩... 详细信息

为解决新疆地区现有葡萄藤清土机械伤藤率高、彩条布上方大量覆土影响葡萄藤清土上架和彩条布回收的问题,采用柔性刷辊设计了一种刷辊式葡萄藤清土机。该机关键部件为清土装置,作业时通过清土刷的旋转运动和横向伸缩机构的往复运动将彩条布上方的覆土清除。首先进行清土刷结构设计和材料选择,然后对清土刷工作过程进行运动学理论分析,得到影响清土机作业性能的主要参数。通过单因素试验确定清土刷转速、横向伸缩机构往复速度、清土刷回转直径的合理取值范围,以清土刷转速、横向伸缩机构往复速度、清土刷回转直径为试验因素,以清土率和伤藤率为评价指标,开展三因素三水平正交试验。试验结果表明,各试验影响因素对清土率和伤藤率的影响显著性大小顺序为清土刷转速、横向伸缩机构往复速度、清土刷回转直径。较优参数组合为:清土刷转速250 r/min、横向伸缩机构往复速度0.14 m/s和清土刷回转直径600 mm,在此参数组合下进行3次验证试验取平均值,清土率为90.98%,伤藤率为3.27%,与优化值相对误差均小于5%,证明样机设计合理。

关键词：刷辊式葡萄藤清土机正交试验

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复杂管道浓差腐蚀机制深入分析

哈尔滨工程大学学报 2024年第5期45卷 1024-1032页

作者：刘斌刘英伟王艳秋新疆大学材料科学与工程学院新疆乌鲁木齐830046 哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院黑龙江哈尔滨150001

在关于管道的流动加速腐蚀研究中,浓差腐蚀这一机制一直被忽视,这是因为这种腐蚀的出现需要一定的条件,即流体中的氧的分布存在较大的差异。为了揭示这种机制的腐蚀过程,本文以复杂形状管道为例,采用数值模拟技术建立了关于浓差腐蚀的... 详细信息

在关于管道的流动加速腐蚀研究中,浓差腐蚀这一机制一直被忽视,这是因为这种腐蚀的出现需要一定的条件,即流体中的氧的分布存在较大的差异。为了揭示这种机制的腐蚀过程,本文以复杂形状管道为例,采用数值模拟技术建立了关于浓差腐蚀的数学模型。将管道壁面附近的流体粘性底层作为研究对象,对其进行离散化处理,然后根据基尔霍夫第二定律建立了关于极化后的腐蚀电流的离散方程组,并对其进行求解,得到了浓差腐蚀条件下,离子导电层的电流分布。结果表明:浓差腐蚀会引起腐蚀电流的极大的改变,使管路各部位的腐蚀情况有所改变,如果不考虑浓差腐蚀,对管路的腐蚀情况会产生错误判断。

关键词：腐蚀浓差腐蚀腐蚀机制阳极极化阴极极化氧分布管道流体流动加速腐蚀

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机收棉田残膜混合物粉碎揉丝装置设计与试验

农业机械学报 2024年第3期55卷 133-144页

作者：谢建华孟庆河张佳刘旺杜亚坤李沅泽石鑫新疆农业大学机电工程学院乌鲁木齐830052 新疆智能农业装备重点实验室乌鲁木齐830052 新疆工程学院机电工程学院乌鲁木齐830023 新疆农业科学院农业机械化研究所乌鲁木齐830091

针对机收残膜混合物资源化利用困难、现有粉碎与揉丝装置处理的残膜混合物不满足白星花金龟幼虫适口性等问题,设计了一种残膜混合物粉碎揉丝装置,利用粉碎揉丝技术对残膜混合物进行加工处理以满足白星花金龟幼虫的适口性。该装置主要由... 详细信息

针对机收残膜混合物资源化利用困难、现有粉碎与揉丝装置处理的残膜混合物不满足白星花金龟幼虫适口性等问题,设计了一种残膜混合物粉碎揉丝装置,利用粉碎揉丝技术对残膜混合物进行加工处理以满足白星花金龟幼虫的适口性。该装置主要由粉碎装置、输送装置和揉丝装置等组成,通过对残膜混合物粉碎、揉丝装置作业过程进行运动学与动力学分析确定了各零部件的结构参数与工作参数。为了验证残膜混合物粉碎揉丝装置的作业性能,以粉碎辊转速、揉丝辊转速与揉丝辊间隙作为试验因素,残膜破碎合格率、棉秆粉碎长度合格率、棉秆揉丝率为试验指标进行三因素三水平二次回归响应面试验,建立了回归模型,分析了各因素对残膜混合物粉碎揉丝装置作业性能的影响,并进行了参数优化与试验验证。试验结果表明:影响残膜破碎合格率和棉秆粉碎长度合格率的因素大小顺序为粉碎辊转速、揉丝辊间隙、揉丝辊转速;影响棉秆揉丝率的因素大小顺序为揉丝辊间隙、揉丝辊转速、粉碎辊转速。优化后最优工作参数组合为:粉碎辊转速13.0 r/min、揉丝辊转速60.0 r/min、揉丝间隙1.6 mm。以此参数组合进行试验,得到残膜破碎合格率、棉秆粉碎长度合格率和棉秆揉丝率平均值分别为90.4%、92.6%、92.2%,与理论优化值相对误差不超过2.0%,研究结果可为残膜混合物粉碎揉丝装置的设计提供参考。

关键词：残膜混合物粉碎揉丝对辊式尖角接触

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海藻酸钠类糖苷酶活性及其催化机理研究

化学研究与应用 2024年第9期36卷 2110-2118页

作者：周泉钱王艳艳曹红郑兰兰邹洋洋吕志远常军民新疆医科大学药学院新疆乌鲁木830011 嘉兴大学生物与化学工程学院浙江嘉兴314001 浙江工业大学化学工程学院浙江杭州310014

本研究发现海藻酸钠(SA)具有类糖苷酶活性,并通过4-硝基苯基-β-D-吡喃葡萄糖苷(PNPG)和4-甲基伞形酮-β-D-葡糖苷(MUG)两种不同的糖苷酶底物验证了这一发现,同时对SA进行了催化动力学分析;再以重氧水(H_(2)^(18)O)代替普通水(H_(2)^(16... 详细信息

本研究发现海藻酸钠(SA)具有类糖苷酶活性,并通过4-硝基苯基-β-D-吡喃葡萄糖苷(PNPG)和4-甲基伞形酮-β-D-葡糖苷(MUG)两种不同的糖苷酶底物验证了这一发现,同时对SA进行了催化动力学分析;再以重氧水(H_(2)^(18)O)代替普通水(H_(2)^(16)O),利用液相色谱-质谱联用仪(LC-MS)对PNPG的水解产物进行分析。结果表明,SA具有类糖苷酶活性,并且与天然糖苷酶的催化机制类似,即一对羧基分别充当质子供体和亲核试剂,来活化水分子或进攻异头碳,从而断裂糖苷键。

关键词：仿酶催化剂海藻酸钠类糖苷酶活性催化机理