研究型毕业设计在食品专业人才培养中的教学改革与实践——以昆明理工大学食品科学与工程专业为例

研究型毕业设计是提升工科院校人才培养质量的重要方法.毕业设计在实施中包括设计选题与设计过程安排2个主要环节.在题目优选方面,可结合教师的纵向科研课题、横向科研项目、学生的大创项目、学科与产业发展等4个途径进行选题;研究型毕业设计的实施可设计为4个步骤:实验室研究、初步设计、工厂实习、修改和完成设计.研究型毕业设计具有产学研结合、真实性强、设计基础扎实的特点,能够有效激发学生的工作积极性,工作效率较高,对学生的工程训练较完整,是培养学生解决复杂工程问题的能力、提升学生工程设计能力的有效方法.

食品科学与工程类专业生产实践环节混合式教学模式创新与实践——以“NFC果蔬汁生产实践与设计”虚拟仿真实验教学为例

大型工厂生产实践是高校食品科学与工程类专业实践教学不可或缺的环节。受时间、空间、成本等限制,食品科学与工程类专业相关生产实践通常难以实施开展,教学效果不佳。针对这一局限,该文以“NFC果蔬汁生产实践与设计”虚拟仿真实验教学为例,构建“课堂教学-课程试验-虚拟仿真-工厂实践”相联动的创新混合式教学模式,并对教学效果进行了评价。结果表明,虚拟仿真平台可以最低成本实现工厂大型综合实验需求,成为课程试验和工厂实践相衔接的桥梁,丰富了教学内容、教学形式和评价体系,为高校培养应用型综合人才提供了有效的手段。

化学抑制剂对果蔬食品多酚氧化酶性质影响的研究进展

多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)引起的酶促褐变会导致果蔬食品色泽劣变,营养成分降低,甚至使其丧失商品价值。化学抑制剂对PPO具有较好的抑制效果,并且使用方便,在果蔬食品中广泛使用,因此对它的研究具有理论和实际意义。该文论述了羧酸、抗坏血酸及其衍生物、含硫氨基酸、酚酸及其他抑制剂对PPO的抑制作用和机理,并分析了它们在食品工业应用中的优缺点。同时,从分子水平上探讨了化学抑制剂处理后PPO构象变化,以及抑制剂与PPO的相互作用方式,得出了化学抑制剂可通过强酸作用、螯合作用、还原作用和强结合作用来导致PPO构象变化而抑制酶活,为深入研究抑制剂对PPO的抑制机理提供了理论参考。

养殖废水灌溉对大蒜生长、产量及水氮利用效率的影响

【目的】利用田间小区试验,研究养殖废水灌溉对大蒜生长、产量、水氮利用效率及土壤总氮的影响,以期促进养殖废水的回收利用,减少大蒜水资源和氮肥用量,为养殖废水灌溉节水减排提供科学依据。【方法】在国家农业环境大理观测实验站开展了大蒜养殖废水灌溉试验研究。试验根据不同灌溉水源和施氮水平设5个处理(CK:清水灌溉+不施氮肥,C1:清水灌溉+全量氮肥390 kg/hm^(2),C2:清水灌溉+减量氮肥312 kg/hm^(2),R1:养殖废水灌溉+不施氮肥,R2:养殖废水灌溉+施用氮肥150kg/hm^(2)),分析比较不同处理下大蒜各生育期生长指标、产量、水氮利用效率和土壤总氮的变化规律。【结果】R2处理下大蒜生长发育状况最佳,R1处理在较低施氮水平下达到C1处理水平的生长指标;R2的大蒜产量最佳,C1、C2、R1、R2处理鳞茎产量分别比CK提高111.30%、81.23%、98.19%、142.01%;相比C1处理,养殖废水灌溉(R1和R2处理)下氮肥吸收利用率分别提高154.71%和92.25%,氮肥偏生产力分别提高110.75%和47.63%,灌溉水分生产率的相对变化分别为-29.19%和2.34%,0~40cm土层的土壤总氮增量分别降低9.25%和3.89%,但0~20cm土层的土壤总氮增量提高170.90%和255.93%。【结论】养殖废水灌溉和施用适量氮肥有助于大蒜生长发育和产量形成,在不灌清水和减量氮肥的同时保证大蒜生长和产量,提高了表层土壤含氮量。

基于卷积神经网络的草莓识别方法

针对目前草莓识别定位大多在简单环境下进行、识别效率较低的问题,提出利用改进的YOLOv3识别方法在复杂环境中对草莓进行连续识别检测。通过训练大量的草莓图像数据集,得到最优权值模型,其测试集的精度均值(MAP)达到87.51%;成熟草莓的识别准确率为97.14%,召回率为94.46%;未成熟草莓的识别准确率为96.51%,召回率为93.61%。在模型测试阶段,针对夜晚环境下草莓图像模糊的问题,采用伽马变换得到的增强图像较原图识别正确率有显著提升。以调和平均值(F)作为综合评价指标,对比多种识别方法在不同果实数量、不同时间段及视频测试下的实际检测结果,结果表明,YOLOv3算法F值最高,每帧图像的平均检测时间为34.99 ms,视频的平均检测速率为58.1 f/s,模型的识别正确率及速率均优于其他算法,满足实时性要求。同时,该方法在果实遮挡、重叠、密集等复杂环境下具有良好的鲁棒性。

水肥耦合对芒果光合特性和产量及水肥利用的影响

为探明干热区芒果高效生产的水肥耦合模式。以4a生芒果树(贵妃芒)为研究对象,采用4因素3水平正交试验设计,共9个处理。试验4因素为3个生育期施肥量(花芽分化期:FⅠ、开花期:FⅡ、果实膨大期:FⅣ)和灌水水平。3个施肥水平分别为高肥(F75)、中肥(F50)和低肥(F25),3个灌溉水平分别为充分灌溉(FⅠ)、轻度亏水灌溉(DIM)和重度亏水灌溉(DIS)。分析芒果冠层结构、光合特性、产量及水肥利用效率对水肥调控的响应规律。结果表明,与充分灌溉相比,重度亏水显著减少叶面积指数、净光合速率(15:00除外)、蒸腾速率、气孔导度和羧化效率(P<0.05)。在果实膨大期施肥之后,T8处理(FⅠFⅠ50FⅡ25FⅣ75)叶面积指数和蒸腾速率最大;T6处理(DIMFⅠ75FⅡ25FⅣ50)11:00的净光合速率和羧化效率均高于其余处理;此外,大多轻度亏水灌溉下11:00的叶片瞬时水分利用效率显著大于充分灌溉(P<0.05)。在全生育期定量施肥条件下,增加芒果花芽分化期和果实膨大期肥料占比,充分灌溉能提高产量和肥料利用效率,而轻度亏水灌溉能提高灌溉水分利用效率。T8处理的产量(14 480.46 kg/hm^2)和肥料偏生产力(96.54 kg/kg)最大,T6处理的灌溉水分利用效率(6.67kg/m^3)最高。由极差分析可知综合影响产量和水肥利用的各因素依次为:灌溉水平、开花期施肥、果实膨大期施肥和花芽分化期施肥。综合评分法表明,水肥耦合的最优模式为轻度亏水灌溉、花芽分化期高肥、开花期低肥和果实膨大期中肥组合(DIMFⅠ75FⅡ25FⅣ50)。该研究结果可为干热区芒果水肥管理提供科学依据。

单行气吸式微型薯精密播种机设计与试验

针对我国丘陵山地小地块播种需求,及解决机械式微型薯播种机伤种严重、充种效果不佳等问题,设计了一种单行气吸式微型薯精密播种机,可一次完成开沟、播种、覆土作业。阐述了气吸式微型薯精密播种机的工作原理,确定了排种器、开沟覆土器和传动系统的主要结构参数,以"丽薯6号"微型薯为研究对象,采用单因素试验与二次回归旋转正交试验方法,选取振动频率、振动幅度、吸种负压、作业速度为试验因素,对播种机进行了播种性能试验,建立了合格指数、漏播指数、重播指数的数学模型,分析了各试验因素交互作用对合格指数的影响规律。经参数优化,确定最优参数为吸种负压10 k Pa、作业速度2. 5 km/h、振动频率5. 6~6. 8 Hz、振动幅度19. 6~20. 8 mm,并经田间试验验证,该条件下,播种机播种合格指数为93. 28%、漏播指数为3. 25%、重播指数为3. 47%,满足微型薯播种农艺要求。

手持振动梳刷式小粒咖啡采摘装置设计与试验

针对云南丘陵山区小粒咖啡人工采收成本高、大型机械采收困难等问题,设计了手持振动梳刷式小粒咖啡采摘装置。通过建立果树-机械收获动力学模型和多体动力学仿真,得到振幅的稳态响应表达式,并确定了振动部件和梳刷部件的结构参数。利用ADAMS建立了果树-机械刚柔耦合模型,采用广义力与传感器函数控制的方法进行单因素仿真试验,分析了频率、梳齿间距和偏心块夹角对小粒咖啡收获效果的影响规律。以频率、梳齿间距和偏心块夹角为试验因素,采净率、采青率和损伤率为试验指标,进行二次回归正交旋转组合试验,结果表明:对采净率和采青率的影响因素重要性依次为频率、梳齿间距、偏心块夹角;对损伤率影响因素重要性依次为梳齿间距、频率和偏心块夹角。当频率为26 Hz、梳齿间距为32 mm、偏心块夹角为22.5°时,采摘机工作性能最佳,经试验验证,此时采净率为91.35%,采青率为8.46%,损伤率为4.15%,满足小粒咖啡收获技术要求。

花椰菜钵苗移栽机栽植机构设计与试验

针对云南省丘陵山区地形特点和坡耕地条件下的作业环境,设计了一种双曲柄五杆式花椰菜钵苗移栽机栽植机构。通过对移栽机五杆机构的分析,确定了五杆机构各杆件长度,并基于线性独立矢量法得到满足五杆机构惯性力平衡条件的各杆件质量矩;结合Matlab软件图像处理功能设计了与钵苗轮廓相匹配的打孔器;应用RecurDyn与ANSYS仿真软件,对栽植机构栽植轨迹和打孔器结构强度进行了分析;采用高速摄像验证了栽植机构的栽植轨迹。根据仿真结果,进行了栽植机构栽植性能台架试验,以台架前进速度、栽植频率和入土深度为试验因素,建立了栽植合格率、露苗率和株距变异系数的数学模型,采用响应曲面法优化得到了最佳工作组合,即台架前进速度0.4~0.54 m/s,栽植频率50~68株/min,入土深度10 cm时,栽植合格率大于90%,露苗率小于5%,株距变异系数小于5%。设置花椰菜钵苗移栽机机组的前进速度为0.52 m/s,花椰菜钵苗的栽植频率为61株/min,打孔器入土深度控制在10 cm,进行田间试验,结果表明,花椰菜钵苗的栽植合格率为91.67%,露苗率为3.33%,株距变异系数为4.17%,满足花椰菜钵苗移栽农艺要求。

辣木叶多酚提取物对光老化小鼠皮肤的保护作用

研究辣木叶多酚提取物(Moringa oleifera leaves extracts,MLE)对紫外线(ultraviolet,UV)照射引起的光老化小鼠皮肤的保护作用。分析了MLE对光老化皮肤中羟脯氨酸(hydroxyproline,HYP)、透明质酸(hyaluronic acid,HA)、氧化应激、基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)及形态结构的影响。结果表明,MLE显著提升了光老化皮肤中HYP和HA的含量(P<0.05)。UV照射对皮肤产生了显著的氧化应激,MLE能够提升皮肤中超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)和过氧化氢酶(catalase,CAT)的活性,以及谷胱甘肽(glutathione,GSH)的含量(P<0.05或P<0.01),降低了丙二醛(malondialdehyde,MDA)的含量(P<0.01),说明MLE能够调节光老化皮肤的氧化应激。同时,UV照射极显著的提升了皮肤中MMPs(MMP-1、MMP-3和MMP-9)的含量(P<0.01),MLE能够降低光老化皮肤中MMPs的含量(P<0.05或P<0.01)。此外,MLE能够有效地改善光老化皮肤中组织形态和胶原结构。MLE对光老化小鼠皮肤的保护作用可能与其多酚物质的抗氧化和抗炎活性相关。

凸包异形孔窝眼轮式人参精密排种器设计与试验

针对人参种子流动性差,导致排种器在充种环节漏充严重、伤种率高等问题,采用增大种群扰动、减小局部种间摩擦力的方法,提高排种器的充种性能,并基于此设计了一种凸包异形孔窝眼轮式精密排种器。通过对充种区种子受力状态和运动状态进行分析,阐明了凸包异形孔结构提高排种器充种性能的机理;进行理论计算和对充种过程运动学分析,利用EDEM软件进行了单因素仿真试验,分析了不同结构参数对种群的影响,并确定了窝眼轮的结构参数;以窝眼轮转速、凸包高径比和种层高度为试验因素,以合格指数、重播指数和漏播指数为试验指标,进行了二次回归正交旋转组合试验。试验结果表明:影响合格指数的主次顺序依次为凸包高径比、窝眼轮转速、种层高度;当窝眼轮转速为29.75 r/min、凸包高径比为0.43、种层高度为53.92 mm时,充种性能最佳,此时合格指数为95.59%、重播指数为2.97%、漏播指数为1.40%。为验证排种器的工作性能,进行了台架试验和田间试验,结果表明,凸包异形孔窝眼轮式精密排种器的充种性能较好,满足人参播种要求。

多级分离缓冲马铃薯收获机设计与试验

针对云南山地黏土条件下马铃薯机械化收获分离效果差、明薯率低、伤薯率和破皮率较高等问题,采用多级分离振动、多重缓冲和低位侧铺的方式,设计了一种多级分离缓冲马铃薯收获机。在阐述机具整体结构及工作原理的基础上,通过理论计算确定了挖掘装置、多级分离缓冲装置、主动振动装置等主要关键部件的结构参数;建立抛送分离阶段薯土运动模型,获取微波浪形薯土分离相关技术特征;建立马铃薯筛面滑动模型,对薯块的运动特性进行理论分析,得出薯块顺流、回流的运动规律;分析土块在输送分离过程中的碰撞特性,确定了影响分离破碎效果的因素。以含杂率和土壤覆盖度为试验指标,采用二次旋转正交组合试验设计方法进行了空载试验,并利用高速摄影和三轴姿态传感器实时获取分离筛上土壤的分布状态和运动规律,结果表明,分离筛最佳工作参数组合为:一级分离筛线速度1.42 m/s、二级分离筛线速度2.2 m/s、侧输出线速度1 m/s,此时土壤覆盖度69.11%,含杂率2.56%。在分离筛最佳工作参数组合下,以明薯率、破皮率和伤薯率为试验指标进行了田间收获试验,结果表明:当工作速度1.05 m/s、挖掘深度180 mm、振动强度Ⅱ级、筛面倾角22°时,明薯率为99.1%、破皮率为1.41%、伤薯率为1.32%,各项性能指标均符合国家行业标准要求。

食用菌对镉、铅、汞、砷生物富集状况研究进展

食用菌是味鲜、低热量、高蛋白、具有多种生物活性因子的健康食品,野生食用菌更是食物中的珍品。环境镉、铅、汞、砷污染日益严重,通过食物链并经口摄食是人体对环境中有害污染物最主要的暴露途径,所以食品中污染的镉、铅、汞、砷被认为是典型有毒元素。与维管植物相比,大型真菌对生长环境中的金属和类金属等矿质元素具有更强的吸收和富集性能,包括镉、铅、汞、砷。对食用菌中镉、铅、汞、砷的含量水平,在菌体中各部位的分布及其生物富集作用的研究进展进行了概述,特别关注了野生食用蘑菇中镉、铅、汞、砷的研究现状。研究表明通过选择优良品种、改善生产环境、改革栽培技术等,市售人工栽培食用菌在镉、铅、汞、砷的污染问题上有所控制,按照相关标准抽检合格率较高,基本能够保证质量安全。但是野生食用菌种类繁多,生长环境复杂,生长过程可控性差,因此需要进一步加强调研和食用安全风险评价,开发野生食用菌产品质量控制技术,保障消费者的健康。

网式过滤器拦截率计算及其影响因素分析

为了使网式过滤器在工程应用中既保持滤网良好渗透率又提高滤网拦截率,该研究通过试验,分析了5种不同入口压强(0.02、0.04、0.06、0.08、0.10 MPa)、7种滤网孔径(125、150、180、210、250、300和350μm)及其与砂粒中值粒径的关系对过滤器拦截率的影响。结果表明:当滤网孔径与砂粒中值粒径的比值小于一个阈值C(C∈[1.80,1.88])时,拦截率随着滤网孔径增大而增大,当该值大于此阈值时,拦截率随着滤网孔径的增大而减小;过滤器的入口压强越大,过滤器拦截率越大,入口压强对过滤器拦截率有显著影响,被拦截砂粒在出口侧分布越集中;入口压强从0.02 MPa提高到0.10 MPa,250μm滤网拦截率提升38.49%,而125μm滤网拦截率提升88.94%;250μm滤网在0.10 MPa入口压强下15 min末出水砂粒粒径组成与180μm、0.02 MPa下初始出水砂粒粒径组成相似,在短时间的灌溉应用上,可调整入口压强而不需要调整设备来满足灌溉要求,研究为实际灌溉工程中提高过滤器拦截率和过滤效果提供了参考。

不同施肥处理对辣椒农艺性状、产量及品质的影响

为研究滴灌条件下不同施肥处理对辣椒农艺性状、产量及品质的影响,以河南省艳红辣椒品种为试验材料,设置4种施肥处理:A(不施肥)、B(有机肥+复合肥)、C(复合肥)、D(有机肥),并保证B、C、D三种处理的氮肥施用量相等。结果表明,不同的施肥处理对辣椒的农艺性状、产量及品质影响显著。从辣椒农艺性状、产量和品质方面综合考虑,施肥处理优劣的排序是B>D>C>A。即单施复合肥和不施肥不利于辣椒生长,产量也低。有机肥和复合肥混施,辣椒的农艺性状、产量和品质得到了全面提升,且辣椒维生素C的含量最高。单施有机肥的辣椒生育期的总产量及维生素C的含量略低于有机肥和复合肥混施,但单施有机肥对辣椒粗蛋白和辣度的形成高于有机肥和复合肥混施。

猕猴桃片旋转托盘式微波真空干燥特性分析

为研究猕猴桃片基于旋转托盘式微波真空干燥特性及品质优化工艺,探讨了不同功率密度(3.33、6.25、9.58 W/g)、干燥温度(40、45、50、55℃)、腔室压力(5、10、15、20 kPa)及切片厚度(3、6、9、12 mm)对猕猴桃片干燥特性的影响,比较了旋转托盘式相对于传统水平转盘式微波真空装备的优势,并研究了不同模型拟合预测猕猴桃片水分比变化的准确性与适用性。结果表明:随着功率密度的降低和切片厚度的增大,物料干燥过程中存在更为明显的恒速段;当干基含水率降至1.3 g/g左右时,干燥过程转入降速阶段。综合考虑感官评价及干燥时间可得,功率密度6.25 W/g、干燥温度45℃、腔室压力5 kPa、切片厚度6 mm干燥条件下猕猴桃片干制品品质最佳。旋转托盘式微波真空干燥可大幅提升物料装载量,干燥均匀性较传统方式提升了16%,干燥平均能耗仅为后者的71.2%。通过模型预测值与试验实测值的比较,BP神经网络模型决定系数R2可达0.996,相比Weibull模型能更好地预测猕猴桃干燥过程的水分比变化规律。

马铃薯收获机挖掘装置智能设计系统与评价方法研究

针对马铃薯收获机挖掘装置设计效率低、设计知识难以高效获取和运用的问题,构建了马铃薯收获机挖掘装置智能设计系统。在收集整理挖掘铲设计规则的基础上,以产生式、框架式和混合式的知识表示方法表达挖掘装置的设计知识并进行存储,建立智能设计系统知识库;利用Visual Studio软件搭建知识管理系统,对规则类和实例类知识进行管理;采用基于规则和基于实例的正向推理方法,探讨智能设计系统推理机制;基于SolidWorks二次开发技术,对挖掘装置进行参数化建模;基于挖掘铲挖掘阻力分析和RecurDyn-EDEM联合仿真试验,构建挖掘装置工作性能评价体系;以Visual Studio为开发平台、VB.NET为开发语言,应用SolidWorks API接口技术和MySQL数据管理方法,对设计知识库、知识管理系统、推理机、参数化模型库和评价体系进行整合及联合运用,开发了马铃薯收获机挖掘装置智能设计系统。利用系统进行挖掘铲实例设计,并进行工作性能评价分析,结果表明,挖掘铲工作所需牵引力为856.24 N,所受最大牵引阻力为724.81 N,明薯率为97.22%,伤薯率为1.43%,表明该挖掘铲满足设计要求。

预切种甘蔗勺链式排种器设计与试验

针对目前预切种式甘蔗排种器普遍存在充种效果差、合格指数低等问题,设计了一种预切种甘蔗勺链式排种器。基于最速降线理论分析和待充蔗种的充种状态分析,阐明了最速降线可提高充种性能的原理;利用EDEM软件进行了单因素仿真试验,分析了不同种勺倾角和种勺数量对充种性能的影响。仿真结果表明,当种勺倾角为30°、种勺数量为15个时,充种性能较好;通过台架单因素试验,对种层高度调节装置和隔离板倾角进行了分析,为充种过程提供了有利条件。以作业速度、排种器倾角、种层高度为试验因素,以合格指数、漏充指数、重充指数为试验指标,进行二次回归旋转正交组合试验,分析了各试验因素交互作用对合格指数的影响。结果表明,当种层高度为360 mm、作业速度为1.45~2.37 km/h、排种器倾角为9.53°~15.15°时,排种器平均合格指数为95.33%,平均漏充指数和平均重充指数分别为3.11%、1.56%,满足甘蔗种植要求。

以砂鱼蜥头部为原型的仿生深松铲尖设计与离散元仿真

为解决传统深松机具触土部件破土困难、耕作阻力大等问题,以砂鱼蜥头部为仿生原型,采用逆向工程技术对其特殊几何特征进行提取,将量化后的几何结构特征应用于深松铲尖的设计,以期减小深松铲作业阻力和能耗。依据不同特征曲面,设计了3种仿生铲尖试样,并与凿型铲尖试样进行性能对比。建立离散元模型,求解不同铲尖垂直贯入土壤阻力;制备试样,通过万能试验机进行土壤垂直贯入实测试验;将模拟结果和实测试验结果进行对比,结果表明离散元仿真分析和实测试验结果吻合较好,最大贯入阻力的相对误差为2.47%~3.91%。使用离散元法分析仿生铲尖和凿型铲尖(T-S)在土壤分层情况下的相互作用,证实仿生铲尖比凿型铲尖具有更低的所需牵引力,其中仿生铲尖B-S-2减阻效果最好,相对于凿型铲尖,其减阻率为8.34%~19.31%。离散元分析揭示砂鱼蜥头部仿生曲线特殊的曲率变化对破土阻力有显著影响,仿生铲尖改变了土壤颗粒的流动方向,减小了铲尖上方土壤扰动范围,从而降低所需牵引力。在3种作业速度和3种耕作深度下对阻力的仿真结果与土槽试验结果进行对比,误差为10.83%~17.06%。

液压控制履带自走式温室三七收获机设计与试验

针对温室三七收获机械化程度低、收获效率低、破损率高等问题,设计一种液压控制履带自走式温室三七收获机。在满足农艺要求的基础上,使用履带式行走底盘,并对其进行运动学分析,利用RecurDyn对整机直线行走特性进行仿真分析,单侧牵引动力为1357 N,质心波动平稳;建立了根土混合物运动学模型,并确定挖掘部分最优结构参数。利用FluidSIM软件和GX Developer软件开发平台分别设计了本地操作系统和远程控制系统,使整机具有行走、传动和升降功能。田间试验表明:在不同控制模式下,整机能顺利完成直行、转弯和挖掘装置升降等功能,液压控制系统和机械部分工作顺畅,直线行走稳定,行走偏移量为0.49%,液压缸前进、后退速度均为0.22 m/s,误差满足要求;平均伤根率为1.77%,平均损失率为1.48%,无明显埋根现象,满足三七收获机性能要求。