铸造镁合金凝固过程数值模拟研究进展

镁合金以其轻量化、高比强度和良好的阻尼性能在汽车、航空航天等领域应用广泛。数值模拟通过再现铸造成形过程中的各类宏观和微观物理过程,可以调控组织、减少缺陷、提高力学性能和优化铸造工艺参数。本文综述了铸造镁合金在枝晶和共晶凝固组织模拟,偏析、气孔和热裂等缺陷模拟,以及力学性能预测等方面的研究现状,简要介绍了近两年在铸造镁合金成形工艺模拟方面的研究进展。最后,指出了当前铸造镁合金数值模拟研究存在的问题及发展方向。

影响单壁碳纳米管氢气传感器的因素

单壁碳纳米管用于制造氢气传感器已有几十年的历史。由于单壁碳纳米管与氢气的相互作用很小,因此需采用了多种改性来辅助,改性物包括金属、金属氧化物与聚合物等。一些研究指出,当与碳纳米管上的官能团结合时,改性物可以使响应提高几个数量级。在目前的研究中,已开发了许多新的结构。此外,单壁碳纳米管的直径和手性等结构也会影响氢气探测器的性能。本文对单壁碳纳米管的改性进行了分类,并对其影响因素进行了讨论,旨在为制造高响应度和低检测限的探测器提供支撑。

不同品种紫薯的质构特征比较

为更好地说明不同紫薯品种在质构特性上的差异,本研究选取了16个紫薯品种,测定了薯块水分、淀粉组成以及原淀粉的热力学特性,并对质构特性进行了质构剖面(TPA)和感官分析。箱线图分析显示样品水分、淀粉含量和热力学参数均存在离群值。不同样品的TPA质构存在显著性差异(p<0.05),其中水分含量最低(59.16%)的育种材料QZ5070硬度(4880 g)、弹性(3.57 mm)、胶黏性(1265 mJ)、咀嚼性(43.34 mJ)和可恢复形变(1.71 mm)均为最高值。多元相关分析结果显示水分含量与TPA咀嚼性、感官硬性、感官干面性显著负相关(p<0.05),而与感官粘聚性与感官易嚼性显著正相关(p<0.05)。淀粉含量则未与质地指标表现出显著相关性,淀粉热力学参数中只有糊化焓和感官易嚼性显著正相关(p<0.05)。双向聚类分析结果显示样品聚为4类,指标聚为5类,综合指标聚类结果和标准化数据的热图分析,渝紫7号、越南紫薯、日本新紫和3种育种材料QZ5070、W36-1、W50-2表现出与其他样品不同的质地特性。研究结果为以甘薯鲜食、加工适性评价和育种方向提供有效信息。

鲜食玉米中游离糖和游离氨基酸含量差异的多元统计分析

为了明确甜玉米和糯玉米2种鲜食玉米在重要呈味成分游离糖和游离氨基酸含量上的差别,以3个不同成熟度的苏玉29普通玉米(C1、C2、C3)为对照,采用液相色谱技术对3个不同成熟度的晶甜5号甜玉米(S1、S2、S3)和京甜紫花糯2号糯玉米(W1、W2、W3)中的3种游离糖和18种游离氨基酸进行定量测定。结果表明,玉米样品中的糖主要为蔗糖、葡萄糖和果糖,氨基酸以甜味氨基酸和鲜味氨基酸为主;不同品种及不同发育程度的玉米样品中游离糖和游离氨基酸含量均存在显著差异,并且这些成分含量的变化主要表现为正相关关系。主成分分析(PCA)提取了3个主成分(PC),分别解释总变异量的49.6%、15.2%和12.1%;在主成分得分图上,3个玉米品种在PC1上的得分按发育程度排列,而PC3将S1、S2、S3与W1、W2、W3分为2组。聚类分析结果显示,C1与甜玉米更为接近,而C2、C3与糯玉米更为相似。偏最小二乘判别分析(PLS-DA)可对S1、S2、S3与W1、W2、W3这2组样品进行识别,由变量投影重要性VIP值可知,区分2种鲜食玉米的最重要的2种组分分别为蔗糖和天冬氨酸,说明氨基酸在鲜食玉米类型的区分上也有明显作用。由结果可知,多元统计的方法可更直观、有效地展示不同鲜食玉米滋味成分的差异,为进一步研究鲜食玉米的风味特征提供了方向。

高温灭菌过程中三种鲜食玉米汁游离糖与氨基酸含量变化的比较

为明确鲜食玉米汁在高温灭菌过程中滋味成分的变化特点,采用HPLC对甜玉米、糯玉米和常规玉米汁在灭菌过程中蔗糖、果糖、葡萄糖和19种游离氨基酸的含量变化进行了测定和分析。结果显示,甜玉米汁中蔗糖含量最高,为11.94～18.09 mg/mL,含量最低的为糯玉米汁0.12～0.34 mg/mL。在灭菌过程中,常规玉米和糯玉米汁中的果糖和葡萄糖含量均呈下降趋势,而甜玉米汁中三种糖随时间延长均表现为先上升后下降。甜味氨基酸和鲜味氨基酸为三种玉米汁的主要氨基酸,为总游离氨基酸的68.77%～80.20%。19种氨基酸在灭菌过程中含量变化经主成分分析得到相关性热图和主成分图谱,结果显示甜玉米汁和糯玉米汁中的氨基酸变化相似,均有6种氨基酸随灭菌时间延长含量上升,呈显著相关关系,而常规玉米汁中氨基酸变化与二者差别较大。结果为不同的鲜食玉米汁加工中品质调控提供参考。

真空微波干燥过程中南瓜果胶性质变化与质构的关系

为了明确真空微波干燥过程中脱水果蔬果胶性质变化对质构的影响,实验以南瓜为原料,采用不同微波强度进行处理,分析脱水南瓜硬脆度和微观结构,以及果胶含量、酯化度和单糖组成等性质的变化之间的关系。结果表明:微波强度为9 W/g时,南瓜获得较大的脆度和适中的硬度,孔状结构均匀。随着微波强度的升高,南瓜水溶性果胶(WSP)含量先减少后增加,螯合性果胶(CSP)含量先增加后减少。微波处理后南瓜果胶分子链断裂,分子量减小。随微波强度的升高,南瓜中不饱和半乳糖醛酸(UG)含量、果胶酯化度呈现先升高后降低的趋势,微波强度为9 W/g时,UG含量较高,达到10.54 mg/g。综合分析,真空微波干燥过程中UG含量是影响南瓜硬度的主要因素之一,酯化度和WSP含量影响其脆度和多孔结构的形成。

远红光对生菜光合作用及叶绿素荧光特性的影响

以植物工厂中水培生菜为试验对象,白光LED光源处理作为对照,在对照基础上添加不同光照度的远红光设置FR1处理[添加10μmol/(m^(2)·s)远红光]和FR2处理[添加20μmol/(m^(2)·s)远红光],研究不同远红光光照度对生菜生长、光合作用及叶绿素荧光特性的影响。结果表明:与对照相比,FR1处理显著提高了生菜株高、最大叶面积、根系长度及干鲜质量;FR2处理的株高、根系长度与对照间差异不显著,且生菜干鲜质量随着远红光照度的增加呈增长变缓趋势。FR2、FR1处理均显著降低了叶片净光合速率,但同时提高了光饱和点及降低了暗呼吸速率,有利于生菜干物质的累积。远红光处理增加了单位面积活性反应中心数量,增加了吸收与捕获的光能;随着远红光强度的增加,FR2处理的PSⅡ供体侧放氧复合体(OEC)遭受严重破坏,用于电子传递的能量显著降低,即吸收的光能用于光化学反应的比例降低;且FR2处理用于热耗散的能量比例显著大于FR1处理。综上所述,在白光LED上添加10μmol/(m^(2)·s)远红光可提高生菜产量。

冷冻干燥联合膨化干燥工艺优化提高银杏脆粒酥脆质地

为了研究冷冻干燥联合膨化干燥工艺提高银杏脆粒酥脆质地及微观孔隙结构、力学特性对质地形成的影响,采用单因素和响应面试验分析了冷冻-气流干燥、气流-冷冻干燥、冷冻-微波干燥、微波-冷冻干燥4种冷冻干燥联合膨化干燥对银杏脆粒质地的影响及优化冷冻-气流干燥工艺,并研究了冷冻-气流干燥过程中银杏微观结构、孔隙结构及力学特性的变化规律。结果表明:冷冻-气流干燥促使银杏脆粒获得更高的质构特性值,响应面优化获得最佳的干燥工艺为转换点水分35%,膨化温度98℃,膨化压力0.2 MPa,获得的质构特性值为2.25;与蒸煮银杏样品相比,冷冻干燥促使银杏组织形成均匀孔隙结构,孔隙率增加,弹性模量和黏性指数无显著变化(P>0.05),冷冻干燥的银杏样品表现出组织绵软,结构强度不足;进一步的气流膨化干燥瞬间膨化力冲击促使银杏组织出现较大的空洞及水分迁移通道,细胞组织破坏严重,孔隙率继续增加,弹性模量下降,黏性指数增加,这是由于冷冻干燥形成较好的多孔结构,有利于气流膨化干燥时内部水分更易对物料各个部位的膨化动力冲击,促使冷冻-气流干燥银杏脆粒酥脆质地的形成。

复杂力学环境下潜器运动仿真建模与低航速协同控制方法

潜器近水面低速航行时舵效较低,并且受到近水面效应和波浪力的影响,精确操纵控制难度极大。针对潜器近水面低速航行典型工况,开展潜器运动控制研究。通过分析波浪力作用规律,建立潜器近水面运动数学模型,针对低速航行状态下对运动控制精度要求高与舵力不足的矛盾,提出基于操舵系统和均衡系统协同参与运动控制的方法。通过对潜器近水面低速运动仿真分析,有效消除了波浪引起的潜器运动变化,潜器的运动状态得到有效控制。

以学生为中心的《材料表征技术》教学改革探讨

《材料表征技术》作为应用化学专业和材料相关专业学生的重要课程,所涉及的知识点广泛,理论抽象,导致教学过程困难。因此以学生为中心,通过合理安排各章节课时,简化原理性内容,增加图谱解析,引入与学生相关的实例化材料表征图谱解析等三种方法优化教学内容,并采用多元化的教学方法,科学的考评方法等方面来激发学生学习的兴趣,实现教学质量的提高。

氦冷固态增殖实验包层安全分析研究进展综述

介绍了氦冷固态增殖实验包层(HCCB TBM)系统,该系统主要由TBM包层、氦冷却系统、氚提取系统、冷却剂净化系统、氚计量系统和中子活化系统等组成。TBM结构安全分析主要包括电磁安全分析、热工水力安全分析和中子学安全分析,TBM材料安全分析主要包括结构材料安全分析、阻氚涂层和氚处理等功能材料安全分析。对国内外学者在上述安全分析研究工作中取得的研究进展进行综述,并对TBM未来的安全分析工作进行展望,以期对其安全设计提供参考。

荷叶离褶伞多糖提取工艺优化及抗氧化活性研究

本研究以荷叶离褶伞多糖为对象,采用单因素与响应面法对多糖提取温度、提取时间、液料比、次数进行优化,进一步研究了荷叶离褶伞多糖的抗氧化活性。结果表明:在提取温度为89℃,时间为3 h,液料比为30∶1(mL/g),提取2次时,荷叶离褶伞多糖得率为5.35%±0.12%,与预测值相近。荷叶离褶伞多糖的抗氧化活性与多糖浓度在0~1.0 mg/mL范围内呈现剂量依赖关系,多糖浓度在1.0 mg/mL时,DPPH和ABTS自由基清除率分别达到45.87%±2.12%和76.49%±1.56%。荷叶离褶伞多糖对DPPH和ABTS自由基半抑制浓度IC 50分别为1.40、0.44 mg/mL,说明荷叶离褶伞多糖具有较好的抗氧化能力。

不同预处理方式对花椰菜干制品品质影响研究

为筛选适宜花椰菜干制的预处理方法,本研究通过采用沸水烫漂、蒸汽烫漂、微波加热和超声波辅助烫漂4种不同预处理方式处理新鲜花椰菜,考察干燥后其干制品收缩率、复水比、色泽、VC、总黄酮、总酚及总硫代葡萄糖苷含量等感官和营养指标的变化情况。结果表明:不同预处理方式处理后花椰菜干燥时间均有缩短,其中沸水烫漂、蒸汽烫漂和微波加热较未处理缩短了18.18%,而超声波辅助烫漂处理后缩短了27.27%。微波加热和超声波辅助烫漂处理后花椰菜干制品的色泽变化较小,超声波辅助烫漂收缩率最小,为67.41%,微波加热复水能力较强,为3.77。不同预处理方式对花椰菜干制品营养成分影响不同,与未处理样品相比,不同烫漂方式处理后还原糖损失率为8.85%~23.96%、总糖损失率为3.74%~39.35%。微波加热花椰菜干制品可溶性蛋白和总硫代葡萄糖苷保留率分别为81.80%和31.93%,超声波辅助烫漂后花椰菜干制品VC、总黄酮和总酚保留率分别为40.18%、83.70%和38.40%。综合比较表明:超声波辅助烫漂后花椰菜干制品感官及营养品质最佳。

基于多元统计分析的冻干草莓果粉品质评价因子筛选

本文通过测定21个草莓品种冻干果粉的品质性状,基于描述性统计、相关性分析、主成分分析和聚类分析对不同品种冻干草莓果粉品质进行评价。结果表明,测定的21项品质指标中,仅DPPH自由基清除率和b*值的变异系数小于6%,其余指标变异系数均较大;各指标间存在不同程度的相关性。对各品质指标进行主成分分析,前6个主成分的累积方差贡献率达81.895%,基本反映了原指标的信息,主成分综合得分较高的品种为凤凰、梦、假章姬和紫金香玉,再进一步根据聚类结果,最终将草莓果粉21项品质指标简化为吸湿性、果糖含量、a*值、可溶性蛋白含量、VC含量、果胶含量、产出率和L*值8项具有代表性的核心评价指标。本研究结果为草莓冻干果粉品质指标的确定提供了理论依据。

山药淀粉凝胶的3D打印特性

本文以山药淀粉为原料,研究不同淀粉浓度对凝胶体系流变学特性、3D打印特性、色泽变化、质构特性及微观结构的影响规律。结果表明,剪切速率增加,山药淀粉凝胶的表观粘度逐渐降低,即山药淀粉凝胶属于典型假塑性流体体系;随着山药淀粉浓度的增加,凝胶体系的表观粘度、储能模量(G′)及损耗模量(G″)逐渐增加,硬度、胶着性、咀嚼性逐渐增大,L^(*)、a^(*)、b^(*)值逐渐减小,3D打印成型效果、打印精度及稳定性增加,内部微观孔隙减小,网络结构越来越致密。当山药淀粉浓度达16%时,凝胶体系的3D打印成型效果最好,内聚性最大为0.65,打印样品静置1 h后圆柱直径偏差-2.40%,高偏差-1.60%,打印稳定性较高。此研究为3D打印食品原料的开发及山药淀粉营养功能的综合利用提供了理论依据。

胶束化对Caco-2上皮细胞叶黄素吸收和转运的影响

本试验为研究胶束化促进叶黄素肠上皮细胞转运的特性,采用体外消化模型探究胶束化处理对叶黄素生物利用度的影响以及Caco-2细胞模型测定胶束化对叶黄素肠细胞摄取、表观渗透系数和细胞内吞的影响。结果显示:随浓度升高胶束化叶黄素生物可给率先增大后减小,浓度为6×10^-5 mol/L时胶束化叶黄素的生物可给率最高,是叶黄素单体的1.42倍;叶黄素胶束化显著促进了其细胞吸收量,细胞内积累量是单体的2.6倍。表观渗透系数(Papp)测定表明胶束化叶黄素累积转运分数大于1.5%,且被动扩散为其跨膜输送主要途径;胶束化后,Papp(B→A)与Papp(A→B)比值明显降低。进一步通过细胞内吞抑制实验发现制霉菌素(Nystain)、3-羟基-2-萘甲酸[(3,4-二羟基苯基)亚甲基]酰肼(Dynasore)均能抑制胶束化叶黄素的转运(P<0.05),而5-(N-乙基-N-异丙基)阿米洛利(EIPA)无显著抑制作用(P>0.05)。以上研究结果表明,胶束化处理显著促进了叶黄素的生物利用度,其在肠细胞中的跨膜吸收途径以被动扩散为主,兼具网格蛋白介导和小窝/脂筏蛋白介导的细胞内吞途径。

不同组合干燥方式对胡萝卜脆片品质的影响

研究了热风-气流膨化干燥(AD-EPD)、旋转式微波-气流膨化干燥(MD-EPD)、振动旋转式微波-气流膨化干燥(VMD-EPD)、热风耦合振动旋转式微波-气流膨化干燥(AD+VMD-EPD)和热风联合旋转式微波-气流膨化干燥(AD+MD-EPD)5种不同组合干燥方式对胡萝卜脆片品质的影响,并分析了不同预干燥方式对色泽、水分以及温度均匀性的影响。结果表明:不同预干燥方式对水分和温度均匀性影响显著(P<0.05),其中VMD预干燥方式对水分和温度干燥均匀性改善最为显著。不同预干燥方式与EPD联合后,对胡萝卜脆片质构和营养品质影响显著(P<0.05),其中,VMD-EPD干燥方式显著降低胡萝卜脆片硬度,微观结构呈均匀多孔疏松状,且对总黄酮、VC及总类胡萝卜素有显著保护作用。通过不同组合干燥方式胡萝卜脆片品质的27个指标进行主成分分析,筛选出13个评价核心指标并建立综合品质评价模型,其中,综合得分最高的是VMD-EPD干燥方式。

青麦仁分离蛋白理化性质及功能特性的研究

以青麦仁为原料,利用Osborne法分离提取出清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白,研究4种蛋白含量和纯度、表面微观结构、青麦仁基本成分组成、分离蛋白的分子量分布、氨基酸组成、理化性质及功能特性。结果表明:清蛋白、球蛋白、麦醇溶蛋白、麦谷蛋白及其它蛋白在青麦仁分离蛋白中相对含量分别为60.1%、3.7%、2.9%、3.2%、30.1%,纯度为82.87%。清蛋白呈山脊状,表面细致多层,局部有小孔;球蛋白表面疏松,构象无规则;麦醇溶蛋白表面凸起,由结构紧密的多层片状构成;麦谷蛋白表面光滑,为多孔片状结构。青麦仁的蛋白、淀粉、脂肪、膳食纤维及灰分含量分别为11.21%、55.86%、1.15%、11.79%、1.30%;青麦仁分离蛋白SDS-PAGE凝胶电泳包含12条谱带,分子量分别为14.40、24.70、26.22、34.53、36.41、44.50、48.55、53.65、65.55、71.98、79.71、100.45 kDa;谷氨酸最高,占总氨基酸的38.3%,必需氨基酸占总氨基酸的比例为24.2%,必需氨基酸与非必需氨基酸的比值为29∶83。蛋白等电点为5.0,pH6时溶解度最低;持水性为2.02 g·g^-1,持油性为7.18 g·g^-1;蛋白浓度0.6%时,起泡性最大,泡沫稳定性最佳;浓度达到0.8%之后,蛋白的乳化性和乳化稳定性变化不大,无显著差异性(P>0.05);pH6时,起泡性最小,泡沫稳定性随pH增大先降低后开始增大;pH为6时乳化性和乳化稳定性均最差。通过对蛋白理化特性及功能特性的研究,为新型蛋白资源的开发及产业化应用提供一种新的思路和方向。

玻璃态贮藏条件下玉米粉类胡萝卜素的稳定性

为提高玉米粉贮藏期类胡萝卜素的稳定性,基于食品玻璃化贮藏理论,采用液质联用技术(LC-MS)和差示扫描量热法(Differential scanning calorimeter,DSC)测定干燥玉米粉中类胡萝卜素种类及其玻璃化转变温度,比较了不同贮藏温度下玉米粉中类胡萝卜素的变化规律。结果表明:干制玉米粉中检测出13种类胡萝卜素,包括9种全反式和4种顺式类胡萝卜素。经DSC测定,当干燥玉米粉水分活度aw=0.11时,其玻璃化转变温度为3.13℃。常温(25℃)贮藏120 d,玉米粉总反式类胡萝卜素和总类胡萝卜素含量降低约40%;玻璃态贮藏120 d,总反式类胡萝卜素和总类胡萝卜素含量降低20%左右;其中,叶黄素和玉米黄质含量受贮藏温度影响显著,玻璃态贮藏条件下二者含量是常温条件下的1.4倍。常温贮藏时,干燥玉米粉色泽亮度L*值和色调角H值随贮藏时间增加显著减小;玻璃态贮藏时,随贮藏时间增加,亮度L*值显著增加,色调角H值显著减小但大于常温贮藏条件下玉米粉色调角H值。相关性分析结果显示,仅玉米黄质和α-隐黄质含量与亮度L*值、色调角H值呈显著正相关(P<0.05)。

基于RSM和MLP-ANN的草莓果浆超声酶解参数优化

为提高草莓果浆品质,本试验研究了复合酶添加量、超声功率和酶解时间对草莓果浆可溶性固形物含量(SSC)和花色苷含量的影响,通过中心组合试验设计,利用响应面模型(RSM)和多层感知神经网络模型(MLPANN)对草莓果浆超声酶解工艺参数进行优化,并比较2种模型的预测效果。结果表明,复合酶添加量和酶解时间对草莓果浆SSC影响显著,酶解时间和超声功率对草莓果浆花色苷含量影响显著; RSM和MLP-ANN模型对草莓果浆SSC和花色苷含量预测的RMSE分别为0.269 8、0.675 8和0.038 7、0.007 7,决定系数(R2)分别为0.937 4、0.928 2和0.984 7、0.999 4,MLP-ANN模型的预测能力优于RSM模型;采用MLP-ANN模型优化得到的超声酶解法制备草莓果浆的最佳工艺条件为:复合酶添加量0. 06%,超声功率180 W和超声时间30 min,在此条件下,草莓果浆的SSC为10. 2%,每100 g草莓果浆花色苷含量为13. 46 mg。与未经超声酶解的果浆相比,SSC提高1. 12倍,花色苷含量提高2. 35倍,故超声酶解法可有效提高草莓果浆品质。