工程教育专业认证指导下《食品机械与设备》课程思政体系建设

工程教育专业认证是培养新时代工程人才的重要举措,其教育理念与专业课“课程思政”目标不谋而合。本文在我校食品科学与工程专业工程认证的背景下,结合《食品机械与设备》的课程特点,挖掘了该课程的思政元素,基于学习产出的教育模式(Outcomes-based Education,OBE)理念分析了课程目标与课程思政之间的关系,并探讨了课程思政与工程认证体系的融合策略,制定了一套基于OBE理念的课程思政目标评价和持续改进方案,为进一步提升我校专业课“课程思政”水平、落实立德树人根本任务提供依据和支撑。

电极间隙对脉冲电场处理器杀菌效果的影响

脉冲电场是新型非热杀菌技术,杀菌效率高、有效保留液体食品的营养成分,具有广阔的应用前景。电极间隙作为脉冲电场杀菌处理器的关键指标,决定处理器的电场分布和杀菌效果。为了获得最佳间隙参数,提升杀菌效果,为此设计了共场型脉冲电场处理器,电极间距分别为3、5和7 mm,针对固定电导率(等效鲜榨柚子汁电导率)的2种典型细菌(金黄色葡萄球菌和大肠杆菌)菌悬液,研究了脉冲电场的杀菌效果。研究发现,3 mm电极间距所能施加最大电压为18 kV,5、7 mm的可达30 kV;处理时间为120 s时,3种间隙的杀菌效率均可达99.99%。因此,综合考虑电源性能、设备能耗和处理能力,首选3 mm电极间距为处理器的应用参数。评估外施电压幅值对杀菌效果的影响,发现细菌存活量的下降趋势可根据其下降速率分为“慢-快-慢”3个阶段。结合菌悬液上清液蛋白质含量的上升趋势,充分说明了电穿孔应为脉冲电场的主要杀菌机制。

面向制造和装配的食品机械设计

近年来,中国食品机械行业迅猛发展,取得了一定的成绩,但相对于食品工业的发展需求来讲仍显不足,自给率较低。在这一背景下,由李良主编,中国轻工业出版社出版的《食品机械与设备》一书,介绍了食品工业生产中常用的机械与设备,并加入装备行业中涌现出的新产品、新技术,以及国内广泛应用的先进生产线。全书共包括13章,首先概述了食品机械的历史、现状、分类和发展趋势等内容;其次分章节对食品输送、清理和分选、粉碎、分离、混合、发酵与成型、挤压与熟制、浓缩、干燥、热交换、包装等机械与设备进行了详尽论述;最后介绍了肉制品、乳制品、果蔬类制品和谷物类制品加工生产线的典型实例。

多材料食品3D打印设备的工艺参数试验研究

为研制一种圆柱坐标式多材料食品3D打印设备,对其挤出、成型及多材料等工艺参数进行试验研究。以马铃薯泥混合材料为打印原材料,利用搭建的样机进行工艺参数试验。结果表明:打印喷嘴高度在1.1~1.6 mm,喷嘴直径大于0.8 mm,挤出速度与打印速度相匹配,具有良好的挤出特性;打印速度对产品成型尺寸偏差的影响最大,单层层厚对产品表面质量及成型效率的影响最大;快速、均衡及高精3种工况下,多材料的最佳回抽时间分别为12.5,14.5,15.0 s。研究为确定及优化圆柱坐标式多材料食品3D打印设备的工艺参数提供指导。

热泵技术在粮食干燥中的应用研究

干燥是粮食储藏的重要环节之一,不同的干燥方式对粮食的品质以及能源的消耗和环境影响不同。根据干燥方式的发展以及应用前景,分析了几种传统的干燥技术和装置的国内外发展状况,并对各干燥方式进行比对,阐述了热泵干燥技术发展历程以及国、内外干燥工艺和干燥机理的研究进展,各干燥方法的优缺点,并结合我国基本国情与智能农业发展目标,对我国热泵技术在粮食干燥问题上发展趋势进行论述,为热泵干燥技术的深入研究提供参考。

超洁净热灌装生产线关键工艺技术研究

本文对影响瓶过氧乙酸湿法杀菌的超洁净热灌装生产线的关键工艺技术进行了全面的研究,初步明确了该生产线的关键工艺技术及生产管理控制要点,对于生产线的管理和产品质量管控具有一定的指导意义。

杀菌机启车快速升温的方法及注意事项

管式杀菌机循环水的路径较长,生产前为了达到快速升温对设备杀菌消毒清洗的目的,只对加热升温段加热升温,往往在生产工艺流程上对加热循环水进行节流短路的设计,本文就此进行阐述。

杯装灌装封口机出杯机构的改进

杯装灌装封口机真空吸盘手爪与杯子的热封膜贴合后,当吸力小于杯子重力时或在移动杯子的过程中,杯子与吸盘容易分离,从而经常发生跌落问题;且原真空吸盘方案由于需保持较大的吸力,容易导致工件变形。在分析杯装灌装封口机的真空吸盘与杯子热封膜吸合机理后,确定采用真空吸盘手爪新方案。重新设计真空吸盘手爪新方案,由摆臂机构和真空吸盘手爪机构组成,摆臂机构作往复摆动,摆臂带着真空吸盘手爪机构绕Z轴逆时针摆动到杯子上方,真空吸盘动作抓取杯子,同时采用手爪固定杯子,之后反方向顺时针摆动到达输送带上方,放下杯子,完成出杯动作。结果表明:通过计算分析,采用本方案的吸力比原方案小24%,有效保护工件的同时,也具有良好的防跌落功能。得出结论:使用真空吸盘手爪方案解决真空吸盘在杯装灌装封口机移动杯子时易跌落的问题是可行的,且可有效保护工件,同时很好地防止杯子跌落,并在简单调试即可提供较为准确的定位,可为后续工序提供较好的定位。

基于PLC的豆粕固态发酵温度控制系统设计与试验

为了在豆粕固态发酵过程中给微生物提供适宜的生长繁殖条件,达到良好的发酵效果,对温度变化复杂的发酵环境进行实时的温度监测和控制。采用PLC对发酵罐的温度进行PID闭环控制,设计以37℃为目标值的试验。结果表明,发酵的豆粕中多肽含量、ACE抑制活性在终点时分别达到4.45 g/kg,53.2%,分别比自然发酵状态下提高5.7%和9.92%,温度控制系统有效提高了豆粕发酵产物的质量。研究为面向生产的豆粕固态发酵提供理论基础。

高压射流磨振荡反应腔CFD模拟及结构优化

目的:解决工业级高压射流磨(industry-scale microfluidizer,ISM)在实际应用中存在的进料要求高、处理量小、处理效果不佳问题。方法:结合CFD-PBM模拟和乳液制备试验对4种振荡反应腔进行选优,再通过尺寸优化获得最终腔型。结果:4种反应腔相比于原反应腔都拥有更大的孔径和流量;粒径细化效果为T字撞击型>T字—二次撞击型>十字撞击型>二分管型4种反应腔的分流管区均主要存在剪切作用力,撞击管区主要存在撞击作用力,射流管区主要存在剪切作用力和空穴作用力,以上3个区域均存在强湍流。对T字撞击型反应腔进行尺寸优化,得到最终的反应腔模型,其最小管径为0.7 mm,在120 MPa下流量可达878 L/h。优化所得腔型制备的乳液粒径为249 nm,与模拟粒径结果吻合良好。结论:T字撞击型反应腔更具粒径细化优势,撞击作用力是粒径细化的主要因素。

热泵辅助无规填料表面蒸发装置浓缩热敏料液性能研究

目的:设计一种低能耗、可在常压下低温浓缩热敏料液的表面蒸发浓缩装置。方法:建立装置的基本方程,分析体积蒸发通量和节能倍率随料液流量、料液温度、吹扫气流量、吹扫气温度的变化规律,制作试验台并通过试验得出一组最佳性能参数。结果:当料液流量为0.02 kg/s时,装置具有最高的节能倍率和较高的体积蒸发通量;当料液温度从30℃增加到50℃时,体积蒸发通量增加了224.68%,但节能倍率降低了12.42%;当吹扫气流量从0.004 kg/s增加到0.006 kg/s时,体积蒸发通量增加了23.45%,但节能倍率降低了7.74%;当吹扫气温度从10℃增加到30℃时,体积蒸发通量减少了22.92%,但节能倍率升高了37.49%;以糖度为15°Brix的橙汁进行测试,当料液温度为38℃、吹扫气温度为26℃时,装置的体积蒸发通量可达219 kg/(m 3·h),节能倍率可达3.3。结论:热泵辅助无规填料表面蒸发装置浓缩热敏料液时具有常压下低温浓缩、能耗低等特点。

核桃物料空气动力学特性研究与壳仁风选设备优化

壳仁分选是核桃破壳取仁的重要环节,是核桃进行精深加工的基础。为探索风选技术在核桃壳仁分选领域的可行性,通过理论计算与试验研究对核桃物料的空气动力学特性进行了研究,并在此基础上设计了一种核桃壳仁风选设备,运用单因素试验和响应面试验对该设备的工作参数进行优化。结果表明:核桃壳仁混合物料中仅有碎仁与1/2壳的悬浮速度范围有少量重叠区域,同等级核桃壳、仁具有不同的悬浮速度范围,通过控制气流速度可实现核桃壳仁分离;核桃壳仁风选设备的工作参数对清选率的影响由大到小依次为入料口高度、喂料速度、风机频率,最佳工作参数组合为喂料速度5kg/min、风机频率46Hz、入料口高度34mm,在此条件下清选率为99.32%,损失率为1.03%。综上,运用风选法进行核桃壳仁分离具有可行性,通过参数优化可提升风选设备的分选效果。

基于离散单元法的立筒仓卸料动态侧压力数值模拟分析

为研究粮食立筒仓卸料时的动态侧压力,采用离散元仿真软件EDEM数值模拟玉米、小麦和稻谷三种粮食,研究不同种类贮料物理特性和接触属性下的静态侧压力分布,并与规范计算值进行对比;分析卸料过程中动态侧压力分布规律和相应超压系数、流动状态与速度分布关系;基于灰色关联度分析法进行卸料时动态侧压力影响因素分析。研究表明:三种贮料的静态侧压力最大值均出现在仓壁底部范围内且大于规范值,规范公式计算值偏于保守。动态侧压力在卸料过程中会发生震荡增大,三种贮料的动态侧压力最大值分别为6.08、5.38和4.73 kPa,均发生在0.8 m测点深度处且均超过规范中所要求的水平侧压力修正系数,现行规范中水平侧压力修正系数偏于不安全。贮料密度、贮料与仓壁静摩擦系数和贮料与筒仓结构碰撞恢复系数是影响动态侧压力的主要因素。该文可为筒仓规范中对贮料与筒仓结构的碰撞恢复系数的分析提供理论支持。

用于分离单糖与寡糖的亲水色谱材料制备及应用进展

糖类化合物在食品科学、医药科学、生命科学等领域中发挥至关重要的作用。糖类化合物可分为单糖、寡糖和多糖,其中单糖和寡糖大多是可溶性糖,不仅可以充当结构物质,还具有抗氧化、抗癌、抗菌、抗病毒等多种生物活性。亲水作用色谱弥补了反相液相色谱在糖类化合物分离方面的不足。本文重点介绍了2017—2022年报道的适合分离分析单糖和寡糖的氨基键合固定相、酰胺类键合固定相、糖类键合固定相、两性离子键合固定相等亲水色谱固定相,并概述了乙腈含量、缓冲盐浓度、流动相pH值和柱温等色谱分离条件对亲水分离效果的影响,以期为单糖及寡糖的分离分析提供一定的参考。

3D打印技术在太空食品加工领域的研究进展

随着我国“太空180”试验的成功以及“太空母港”计划和载人火星探索计划的提出,宇航员在深空中的长期任务逐渐增多,因此,太空食品的供应技术也面临着新的挑战。3D打印技术又称为增材制造技术,因其可实现食品高度定制化和个性化,为解决航天饮食问题提供了新思路。本文通过调研分析,介绍了常见的食品3D打印方式,系统讨论了3D打印技术在设计制作太空食品形状、调控营养成分及口味方面的应用以及实现太空食品长期储存和运输方面的优势,提出了3D打印食品在太空环境中生产存在的独特问题,包括微重力条件下的打印成型、宇宙辐射对材料和设备的影响等,展望了3D打印太空食品技术发展的趋势和未来方向,旨在为太空食品创新提供参考借鉴。

积温驱动的稻谷热风干燥工艺优化与营养品质模型研究

本研究开展了水稻薄层热风干燥实验,采用正交实验方法研究稻谷在不同热风温度、热风湿度、初始含水率、热风风速、缓苏比条件下的热风干燥特性,比较9种干燥积温-营养指标(蛋白质、脂肪、淀粉)数学模型在稻谷热风干燥中的适用性。结果表明:利用Central-Composite设计了实验方案,通过回归模型优化参数组合为热风温度T=38.5℃、热风湿度RH=48.086%、初始含水率MC=19.82%、热风风速V=0.70m/s、缓苏比TR=1.45验证实验结果与优化结果的相对误差为3.65%,积温-营养品质模型的相对误差为5.92%。通过数学模型拟合发现,积温-蛋白质含量采用仿修正PageⅡ模型拟合效果最佳;积温-脂肪含量拟合效果最佳为仿Thompson方程;直链淀粉含量拟合效果最佳为仿Midilli方程;积温-支链淀粉含量拟合效果最佳为仿WeibullⅡ方程,模型都极其显著。优化后的干燥工艺保持了营养品质,提高了干燥效率,为深入探究稻谷品质变化机理提供新途径,为后续智能控制系统的开发奠定基础。

果蔬清洗机对蔬菜中营养物质的影响

以菠菜、胡萝卜、番茄和西兰花4种常见代表类型蔬菜为材料,使用电解水技术的果蔬清洗机,选择不同清洗时间和温度,利用单因素分析对蔬菜营养物质损失进行试验研究。结果表明:清洗时间越长,清洗机对蔬菜中的营养成分破坏程度越大;果蔬清洗机在清洗温度为15℃时,叶酸保留率最大;20℃时果蔬清洗机对蔬菜中维生素C、β-胡萝卜素以及抗氧化活性物质羟自由基保留率最大;在果蔬清洗机相同处理温度和时间下,对于不同类别蔬菜,对菠菜维生素C、西兰花叶酸、西兰花的羟自由基和β-胡萝卜素含量影响较大;在使用果蔬清洗机时应该选择清洗温度为20℃,清洗时间为10~15 min,蔬菜中营养物质保留率最高。

可变幅振动式咖啡收获机设计与试验

针对咖啡人工采收成本高、大型机械采收困难等问题,以曲柄滑块式传动机构为基础,设计一款小型可变幅振动式咖啡收获机。通过建立咖啡果实-果柄的脱落力学模型,分析得到果实脱离果柄的条件,依据曲柄滑块的设计方式,构建传动结构的运动简图与计算公式;采用ANSYS Workbench与Adams软件,进行模型的动力学仿真分析;以传动结构的曲柄长度、摇杆长度和转速为试验因素,惯性力为试验指标,进行三因素三水平的正交试验与响应曲面分析,建立惯性力二次多项式回归模型,以果-柄结合力5.25~7.16 N为优化目标,确定收获机的结构参数和工作参数。结果表明,在保证传动结构运行状态平稳的优先原则下,得到咖啡收获机结构设计的最优参数组合为曲柄长度15 mm,摇杆长度100 mm,转速700 r/min;通过样机试制与田间试验,转速在700 r/min左右,总体的作业效果良好。研究为后续的咖啡机械化收获提供参考。

基于5G的冷藏车保鲜环境远程智能调控系统设计

为解决当前冷藏车厢内环境调控设计复杂的问题,并进一步提升冷藏车远程智能运维水平,结合蓄冷式冷藏车设计,完成冷藏车保鲜环境远程智能调控系统开发。从数据层、机制层和物理层建立调控系统架构,基于货架期理论建立环境参数调控目标数据库,通过整合神经网络、模糊控制和PID算法形成协同智能化调控方案。运用5G和PLC技术,建构多终端监控和调控平台。冷藏车静态调控性能检验表明,冷量分布一致性较好,厢内环境温度日间最大温升速率小于0.4℃/h,超上限温度控制在0.5℃内。经冷藏车动态运行测试,食品货物保鲜效果良好。研究可为生鲜冷链运输行业提升运输品质提供借鉴。

灌装机轴承非接触式滚珠直径测量方法研究

针对食品灌装机上轴承滚珠人工测量时间长、精度低的问题,采用模块化方法设计一套非接触式滚珠直径测量装置。装置由滚珠上料机构、直径测量机构和下料机构组成,采用投影测量的方法对滚珠直径进行测量。结果显示,装置每次能够检测10组数据,测量准确率达到97%以上,工作效率为16~18 s/颗,符合实际生产的需求。研究为食品灌装机轴承精度的提升提供参考。