石墨烯低温远红外辐射干燥稻谷干燥特性与品质研究

为研究稻谷的石墨烯低温远红外干燥特性及其对稻谷干燥品质的影响,以辐射温度、排粮流量和除湿风量为影响因素,以整精米率和应力裂纹指数增值为评价指标,用自制的循环式石墨烯低温远红外干燥机进行稻谷干燥试验,通过BBD(Box-Behnken设计)响应面法,分析了低温远红外干燥对稻谷干燥品质的影响以及工艺参数优化。结果表明:影响稻谷干燥特性和品质的最主要因素是辐射温度,其次是排粮流量和除湿风量。随着辐射温度的升高,稻谷干燥速率和应力裂纹指数增值逐步增大,整精米率则逐步降低。与同温度的热风干燥相比,石墨烯低温远红外干燥平均干燥速率和干燥品质均有显著提高。经优化后,稻谷最佳石墨烯低温远红外干燥工艺条件为:辐射温度43℃、排粮流量4 kg/min、除湿风量193 m^(3)/h,此时应力裂纹指数增值为9,整精米率为79.75%,稻谷干燥品质最佳。这说明利用石墨烯低温远红外干燥稻谷,可以明显提高干燥速率并改善稻谷干燥品质。

基于BP神经网络的陈皮干燥含水率预测

为探索陈皮的热泵干燥特性,并实现热泵干燥过程中陈皮的含水率预测,研究了不同干燥温度(50、55、60℃)、干燥风速(1.0、2.0、3.0m/s)、堆叠厚度(20、30、40mm)对陈皮干燥时间和干燥速率的影响。将干燥温度、干燥风速、堆叠厚度和干燥时间作为输入层,隐藏层个数为10,陈皮的干燥含水率为输出层,搭建一个BP神经网络预测模型。研究结果表明:干燥温度、干燥风速和堆叠厚度都是影响陈皮干燥含水率的重要因素,提高干燥温度、增加干燥风速和减少堆叠厚度能够提高陈皮的干燥速率,缩短干燥时间。基于陈皮热泵干燥特性构建结构为“4-10-1”的BP神经网络模型,含水率预测值与实测值之间的均方误差MSE为0.00421,决定系数R^(2)=0.997,模型运行稳定,含水率预测结果准确且快速,能够为陈皮干燥过程中的含水率在线预测提供科学依据。

水稻干燥工艺对干燥特性影响的试验研究

为研究水稻变温热风干燥特性,提高水稻干燥效率,利用自制均质干燥装置试验台对水稻进行恒温和变温的干燥试验,分析恒温、快速阶梯式升温、缓速阶梯式升温、连续式干燥和缓苏干燥对水稻干燥特性的影响。试验结果表明:采用水稻恒温干燥方式,随着干燥温度的升高,水稻干燥时间缩短;采用变温干燥方式,对水稻先升温后降温、设置缓苏阶段可以有效地缩短净干燥时间,提高干燥速率。同时,因水稻的干燥效果主要受温度和时间影响,探讨了恒温与变温干燥工艺对水稻干燥速率的影响。

熟驴肉掺假近红外定性及定量检测

驴肉风味绝佳、营养丰富,价格高昂且供应量低。驴肉火烧等熟驴肉中掺假马肉、骡子肉等其他肉类的问题亟待解决。为实现熟驴肉样品在不同掺假比例下的定性定量分析,以10%为梯度,分别制备驴肉含量为0%~100%的驴马掺假和驴骡掺假样品,并在4000~12500 cm^(-1)光谱范围采集样品光谱。针对熟驴肉掺假问题,采用线性判别分析、支持向量机以及广义回归神经网络的方法结合平滑算法(5点、15点、25点)、多元散射校正(MSC)、标准正态变量变换(SNV)、基线校正(Baseline)、归一化和去趋势化(Detrend)等预处理方法建立了近红外鉴别模型。采用偏最小二乘回归(PLSR)、反向传播神经网络(BP)方法结合以上预处理方法分别对熟驴肉掺假样品建立定量模型检测驴肉含量。SNV预处理结合支持向量机对熟肉碎掺假样品鉴别模型结果较优,校正集和预测集判别正确率为98.70%和94.78%;Detrend预处理结合线性判别分析的熟肉糜掺假样品鉴别模型结果较优,校正集和预测集的判别正确率分别达到98.47%和96.23%。建立定量模型进行掺假样品中驴肉含量的检测,BP模型相较于PLSR模型均取得较好的结果,具有较高的决定系数(R^(2))、相对分析误差(RPD)和较低的均方根误差(RMSE)。对于熟肉碎掺假样品,驴骡掺假样品集在Detrend处理后的BP模型结果较好,交叉验证集以及预测集的R^(2)、RMSE、RPD分别为0.971、0.067、5.844,0.980、0.086、6.984;驴马掺假样品集在归一化预处理后BP模型结果较好,各项参数分别为0.997、0.032、18.026,0.982、0.089、7.454。对于熟肉糜掺假样品,经Detrend预处理的BP模型结果均较优,驴骡掺假样品最佳定量模型的参数分别为0.982、0.041、7.470,0.986、0.103、8.452;驴马掺假最佳模型参数分别为0.986、0.036、8.348,0.961、0.101、5.044。结果表明,近红外光谱结合不同的建模算法实现了不同比例掺假的熟驴肉样品快速无损检测和鉴别,能够用于此后熟驴肉掺假的定性、定量分析。

辣椒的干燥特性和力学性能试验研究

为了降低辣椒在干燥及运输过程中的破损率,提高辣椒的干燥品质,对辣椒进行热风干燥的同时,进行拉伸和三点弯曲力学性能试验研究,并分析了辣椒的干燥特性和力学特性。试验结果表明:当干燥温度为45、60、75℃时,水分有效扩散系数分别为1.160096×10^(-10)、1.713660×10^(-10)、2.380429×10^(-10),随温度升高而升高。由阿伦尼乌斯公式计算得出辣椒活化能为22.0769kJ/mol,表明干燥过程中从辣椒中出去1mol的水分所需的最低能量是22.0769kJ。在75℃干燥温度下的辣椒拉伸力学性能试验中,随着加热时间的增加,平均最大载荷不断增大,加热300min后平均最大载荷曲线开始下降与前面干燥特性吻合,表明辣椒在前300min快速升温,降水速度快,表面自由水失去多,整体韧性增强导致所需载荷增大,干燥后期辣椒含水率较低,脆性增加,拉伸所需最大载荷降低;45℃干燥温度下,随着加热时间的增加,平均最大载荷变化不大。在不同含水率辣椒的三点弯曲试验中,含水率为14%时最大承受载荷约为3.5N,含水率为10%时最大承受载荷为约2.5N,含水率为6%时最大承受载荷约为1.1N,表明随着含水率的减小辣椒所能承受的最大载荷和压缩位移逐渐减小,辣椒抗压能力下降。研究结果可为提高辣椒干燥品质、降低运输过程中的破损提供理论依据。

牛大力热风干燥工艺参数优化

热风干燥有利于提高鲜制牛大力干燥时的干燥速率和产品品质。为此,对新鲜的牛大力进行单因素热风干燥实验,结果表明:干燥过程中热风温度越高、切片厚度越薄时,牛大力的干燥速率越快;而热风温度过高时,牛大力切片表面会发生褐化和裂纹。结合响应面优化分析方法,建立各因素与指标值之间的回归分析模型。由响应面优化分析和实验结果可知:当热风温度为50~60℃、切片厚度为3~7 mm和热风风速为0.5~1.5 m/s时,牛大力热风干燥的最佳干燥参数为:热风温度60℃,切片厚度5 mm,热风风速1.116 m/s。

基于FA-BP神经网络的生姜干燥含水率预测

为探索生姜的干燥特性,并实现生姜干燥的含水率预测,研究了不同干燥温度(50、55、60℃)、干燥风速(1.0、2.0、3.0m/s)、切片长度(30、35、40mm)对生姜干燥时间和干燥速率的影响。结合BP神经网络自适应能力、泛化能力、学习能力强和萤火虫算法(FA)参数少、寻优能力强、收敛速度快等特点,将干燥温度、干燥风速、切片长度和干燥时间作为输入层,隐藏层个数为10,输出层为生姜的含水率,搭建一个拓扑结构为“4-10-1”的FA-BP神经网络模型。研究结果表明:干燥温度、干燥风速、切片长度都是影响生姜含水率的关键因素,增加干燥风速、提高干燥温度和减少切片长度能有效缩短生姜的干燥时间,提高干燥效率。选用萤火虫算法优化BP神经网络的权值和阈值,减少了神经网络的训练时间,提高了精准度,其含水率预测值与试验值之间的决定系数R2=0.999 02,均方根误差RMSE为0.002 99,含水率预测结果准确且迅速,能够为生姜干燥过程中的含水率在线预测提供科学依据。

花椒热风-微波组合干燥失水特性研究

花椒热风干燥降速期水分含量低,水分扩散慢,导致热风干燥耗时长。为提高干燥效率,并通过热风与微波组合干燥,分别进行热风干燥、微波干燥和热风-微波组合干燥实验,探究不同干燥参数对花椒失水特性的影响,以确定合理的干燥转换临界点和最优组合干燥模型,并将傅里叶准则数(F_(0))引入Fick第二扩散定律方程,求解有效水分扩散系数(D_(eff))。研究结果表明:热风和微波单独干燥时,升高风温风速和增加微波功率均有利于缩短干燥时间;热风-微波组合干燥花椒时,热风段转微波段的最佳目标含水率即为热风干燥的临界点含水率(65%(w.b)),且高热风温度和高微波功率均可使微波干燥段获得高失水速率;热风-微波组合干燥花椒热风段和微波段对应的最优模型分别为Wang and Singh模型和Page模型,D_(eff)范围分别为1.908×10^(-9)~3.547×10^(-9)m^(2)/s和1.883×10^(-8)~3.321×10^(-8)m^(2)/s。热风-微波组合干燥方式能够显著提高干燥效率,促进花椒内部水分扩散,干燥模型可为优化干燥工艺和设计干燥设备提供理论依据。

探究变温干燥对稻谷特性与干燥品质的影响

为提高稻谷干燥速率和改善干燥后品质,将玻璃化转变理论应用于稻谷变温干燥工艺,分析变温和恒温干燥工艺中初始水质量分数、变温幅度和热风风速对稻谷干燥速率和干燥后品质(爆腰增率和整精米率)的影响。结果表明:相比于恒温干燥工艺,橡胶态变温干燥工艺的干燥速率高,稻谷干燥后品质明显改善;玻璃态变温工艺干燥速率最慢,其干燥后的品质优于稻谷橡胶态变温干燥和恒温干燥。综合考虑稻谷干燥速率和干燥后品质变化,橡胶态变温干燥工艺可有效提高稻谷干燥速率,改善稻谷干燥后品质。

热泵干燥室的流场模拟及结构优化

为解决陈皮在热泵干燥过程中干燥不均匀、效率低等问题,运用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)对陈皮热泵干燥室的内部气流分布进行模拟仿真,并对导风板的排布方式进行优化模拟仿真分析。研究结果表明:有导风板时,干燥室的内部气流分布较均匀;当倾斜角度为30°、侧边间距为80mm、垂直间距为260mm时,能够有效提高陈皮热泵干燥室的气流分布均匀性和干燥效率。

传统图像分割算法在农作物籽粒考种应用中的研究进展

传统图像分割算法以时间、空间复杂度低等优点在农作物籽粒考种领域中有着广泛的应用。对传统分割算法在农作物表型获取过程中的应用进行研究,首先阐述Otsu、分水岭、边缘检测、SLIC算法以及凹点分析算法的算法原理,对种皮颜色灰度均匀、形状不同的农作物籽粒,以“问题—方法”的模式阐述不同算法在应用中存在的问题以及相应的解决方法;接着将算法基于阈值、区域、边缘、聚类、凹点整合为五大类,对算法的分割效果、优缺点及其适用范围进行比较研究;最后,剖析农作物籽粒图像分割应用研究存在农作物种类覆盖度不够宽泛、图像分割精度不高、技术通用性不高等问题,并从算法精度提高、重叠遮挡处理等方面对未来的研究进行展望,以期为农作物籽粒考种过程中的图像分割研究提供参考。

艾草制绒后剩余物粉体综合特性分析

目前,艾草制绒后的剩余物没有被深度利用而造成了中药材资源的浪费,而且艾草粉体学性质的研究鲜见文献报道,在一定程度上阻碍了艾草产业的可持续发展。为粉体的分级、分散、包装以及制粒等处理工艺及相关加工机械提供参考依据,有必要分析其粉体学特性。以石磨制取艾绒后的艾草剩余物为试验材料,通过剪切粉碎法制备多尺度粉体,采用BT-1000粉体综合特性测试仪测定休止角、崩溃角、松装密度、振实密度、分散度等粉体学参数,分析粒度和含水率对流动性、压缩性及喷流性的影响规律。试验分析表明:粒度和含水率对艾叶制绒后剩余物的粉体综合特性影响明显。随粒度增大,流动性呈现先降后升的趋势,而压缩性和喷流性则表现出先增后减的特征;随含水率增加,流动性和喷流性逐渐降低,而压缩性逐渐增大。根据休止角θr<45°、崩溃角θf<40°、差角θd<15°、压缩度Cp<20%、分散度Da<20%,再结合Carr流动性和喷流性指数评价表,分析认为粉体的流动性、压缩性和喷流性均较弱。以试验结论为参考,通过粒度或含水率控制某些粉体学特性,使其满足特定处理工艺要求,也可为粉体加工机械的结构优化提供设计依据,促进中药材加工剩余物的再利用。

桑葚-紫薯复合冻干果块的制备工艺优化及品质评价

传统冻干产品加工工艺技术含量低,产品配方、营养和口味单一,市场同质化现象严重,日渐无法满足消费者的需求。为增加市面上复合型果蔬冻干产品的多样性,丰富冻干产品的口感和营养价值,该研究以桑葚和紫薯为主要原料,采用真空冷冻干燥技术,使用Box-behnken结合综合评分法,探究了果胶、阿拉伯胶、麦芽糊精、果葡糖浆和柠檬酸添加量对桑葚-紫薯复合冻干果块综合评分的影响。结果表明,最佳制备工艺为:果胶添加量0.20%、麦芽糊精添加量8.00%、阿拉伯胶添加量0.20%、果葡糖浆添加量4.00%和柠檬酸添加量0.24%,综合评分为0.87分。工艺优化后的产品总体感官可接受度8.90分,比未添加辅料的复合冻干果块显著(P<0.05)提高了25.35%。同时,所得复合冻干果块具有良好的品质,其脆度、总黄酮含量、总花青素含量及铁离子还原能力分别显著(P<0.05)提高了80.53%、23.10%、11.36%和39.95%。研究结果可以为复合型冻干果蔬产品的发展提供一定的理论依据。

花生仁变温湿法脱红衣预处理工艺参数研究

为提高花生仁湿法脱红衣质量,以花生品种“花育23”为试验材料,考察冷浸温度、冷浸时间、热浸温度、热浸时间等因素对花生仁脱净率、破损率和含水率的影响。结果显示:单因素试验确定冷浸温度、冷浸时间、热浸温度、热浸时间等因素对花生仁脱净率、破损率和含水率有显著影响;响应面试验显示冷浸温度、冷浸时间、热浸温度和热浸时间对脱净率的影响程度大小为冷浸温度>热浸温度>热浸时间>冷浸时间,对破损率的影响程度依次为热浸温度>冷浸温度>热浸时间>冷浸时间,对含水率的影响程度依次为冷浸温度>热浸温度>热浸时间>冷浸时间;利用Design Expert V13软件优化求得最佳预处理工艺参数为冷浸温度19℃、冷浸时间13 min、热浸温度75℃和热浸时间20s,此时脱净率、破损率、含水率分别为95.7%、11.3%和13.6%,与试验验证结果平均相对误差分别为1.03%、4.13%、0.60%,该结果说明优化结果可靠。

原料花生品种对咸干花生储藏品质的影响

由于咸干花生油脂含量高,储藏过程中易发生氧化酸败。为获得适用于加工咸干花生的花生品种,延长产品货架期,本研究以14种不同品种花生为原料加工咸干花生,通过Schaal烘箱法进行加速氧化实验,分析咸干花生的理化性质、脂肪酸组成及含量,并对14种咸干花生进行货架期预测。结果表明,随着储藏时间的延长,14种咸干花生的不饱和脂肪酸相对含量和色差a*值降低,饱和脂肪酸、L*值、b*值和过氧化值上升。咸干花生中油脂的氧化遵循零级动力学反应。在60℃储藏条件下,各品种咸干花生的货架期为29~98 d。其中,以蓝山红籽、安化小籽、湘花乌金繁种和湘黑小果加工的咸干花生货架期最长,分别为82、98、83、92 d。因此,以蓝山红籽、安化小籽、湘花乌金繁种和湘黑小果加工的咸干花生货架期最长,储藏特性较好。

玉米干燥技术与装备研究进展

保质干燥是玉米收获后的关键作业环节,对国家粮食安全、减损增收至关重要。详细阐述了玉米自然干燥、就仓干燥、热风干燥以及红外干燥等干燥技术的原理和特点,进一步分析了玉米干燥装备的类型、结构和工作原理,并介绍了玉米果穗囤藏、高水分籽粒就仓干储与高温连续干燥等场景下的应用;基于现有干燥技术,提出了玉米不落地干燥作业工艺。总结玉米干燥作业过程中存在的品质损失大、能耗高、效率低以及智能化水平低等问题,并给出解决途径,未来研究方向将集中于玉米低温就仓干燥技术、移动式快速干燥技术、高效低碳保质干燥技术以及智能化控制技术等,为玉米保质干燥作业以及干燥装备的研发提供参考。

玉米薄层变温干燥特性及工艺参数优化研究

为提高玉米的干燥品质,降低干燥能耗,在前人研究谷物变温干燥基础上,探究变温干燥工艺对玉米干燥特性及品质的影响。分析初始干燥温度(45~70℃),转换温度含水率(18%~26%)、升温幅度(5~25℃)、缓苏比(1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1)等实验因素对玉米干燥速率及外观品质(裂纹率增值、色差)的影响规律;采取多元二次回归正交旋转组合实验方法,以初始干燥温度、转换温度含水率、升温幅度及缓苏比为实验因素,裂纹率增值和色差值为目标响应值,通过建立回归模型和响应面图,分析玉米变温干燥特性并阐明产生的原因。通过单因素分析,结果表明:初始干燥温度为45~55℃、转换温度含水率为20%~24%、升温幅度为5~15℃、缓苏比为2∶1~4∶1条件下可获得较好的干燥品质;变温干燥的最佳工艺参数为初始温度为50.59℃、转换温度含水率为21.56%、升温幅度为5℃、缓苏比为3.8∶1.0,干燥后的玉米裂纹率增值为10.00%、色差值为2.056,实验值与预测值之间的相对误差为4.25%。

水稻秸秆营养穴盘热风辅助微波干燥工艺参数优化

为研究水稻秸秆营养穴盘在不同条件下的热风辅助微波干燥最佳工艺,以水稻秸秆营养穴盘的干燥速率和干燥后的形变量为指标,利用响应面研究微波功率、加热温度和热风速度对水稻秸秆营养穴盘热风辅助微波干燥工艺的影响,建立二次多项式的回归模型,并进行干燥工艺优化。结果表明:回归模型拟合性较高,可以较好地描述水稻秸秆营养穴盘的干燥过程;水稻秸秆营养穴盘热风辅助微波干燥的最佳工艺参数,即微波功率为1600 W、加热温度为60℃、热风速度为15 m/s时,干燥速率最快为4.015%/min,形变量最小为1.522 cm。研究结果可为促进水稻秸秆营养穴盘推广与应用提供重要的理论支撑及技术支持。

稻谷落入姿势对电阻式水分仪检测精度的影响

电阻式水分检测仪是粮食烘干装备的重要部件,为了提高电阻式单粒粮食检测仪的检测精度,以产自广东省汕头市的自留种丝苗米为研究对象,研究不同含水率(10%w.b.,15%w.b.,20%w.b.,25%w.b.和30%w.b.)稻谷以不同姿势下落入辊轮电极时所测得的电阻值的变化规律,并分析稻谷在落入辊轮电极间被碾压前的受力情况,揭示不同姿势下的稻谷电阻值的变化及变化原因。试验结果表明:电阻式单粒水分检测装置的检测精度会受到稻谷落入姿势的影响,直接表现为所获取的电阻值存在较大误差,进而影响水分检测装置的精度。此外,根据测算原理,引入峰值法及面积法的电阻式水分检测仪给出稻谷最适落入姿势,即峰值法要使得稻谷在λ=90°的姿势下落入辊轮电极,而面积法要使得稻谷在λ=0°的姿势下落入辊轮电极,以获得最佳的检测精度。

用于图像采集的水果输送装置设计

机器视觉技术是实现水果外观品相智能化分选的重要手段。为了让机器视觉中的图像采集装置获取水果全面外观信息,设计一种让球类水果在输送过程中多方向旋转的装置。该装置主要由传送机构、果杯机构以及换向机构组成,通过整个果杯机构换向以实现对球类水果表面图像的全面采集。