高光谱技术的羊肉品种多波段识别研究

利用可见/近红外（400-1000 nm）及近红外（900-1700 nm）高光谱成像技术对宁夏地区滩寒杂交、盐池滩羊、小尾寒羊三个品种羊肉进行识别研究。针对不同波段光谱特点,分别优选出 Baseline 及 SG卷积平滑光谱预处理方法,并运用连续投影算法（SPA）提取特征波长,结合线性判别分析（LDA）及径向基核函数支持向量机（RBFSVM）模型进行全波段及特征波长识别分析。结果表明不同波段高光谱对羊肉品种识别均获得较好效果,其中400-1000 nm波段采用Baseline-Fullwave-RBFSVM及12个特征波长下准确率为100%与98.75%,900-1700 nm 波段采用 Baseline-Fullwave-RBFSVM 及7个特征波长下准确率为96.25%与87.80%；RBFSVM非线性分类准确率高于 LDA线性判别结果,400-1000 nm波段识别准确率优于900-1700 nm波段,说明三种羊肉在色泽纹理上差异比成分含量显著,利用高光谱成像技术结合RBFSVM方法能够获得较优的羊肉品种识别效果。

果蔬采后冷害及调控技术的研究进展

冷敏型果蔬在低温贮藏和冷链运输过程中容易发生冷害,严重影响果蔬品质和贮藏期,而研究果蔬冷害发生机理和调控技术,对于采后果蔬保鲜贮藏及冷链运输的发展具有重要的理论指导和技术支撑作用。该文综述了国内外学者关于果蔬冷害的发生及调控技术的研究进展,包括细胞膜损伤、抗氧化系统清除活性氧自由基能力下降、线粒体结构和细胞壁伤害等果蔬冷害发生机制,从物理、化学及生物方面介绍了冷害调控的最新技术;总结了不同调控技术主要通过保护细胞膜结构、增强抗氧化系统、维持能量供应平衡、调节细胞壁物质代谢、激活C-重复结合因子基因等潜在生化机制减轻冷害的发生。最后对冷害复合调控技术及研究方向进行了展望,以期为减轻果蔬冷害的发生提供更多的理论参考依据。

重力热管供热对葡萄越冬根区的增温效应

葡萄是宁夏特色优势产业,越冬冻害是制约贺兰山东麓葡萄产业可持续发展的关键问题之一。为解决葡萄越冬根部冻害问题,该研究设计了利用浅层地下水地热能进行葡萄根区土壤增温的重力热管系统;通过数值模拟解析不同间距条件下重力热管温度场影响范围及分布规律,通过现场试验研究重力热管的工作特性及对土壤的增温特性。结果表明:土壤温度场以重力热管为中心向四周扩散,热管中温影响区水平方向直径为30.8cm,竖直方向直径为32.8 cm;在埋深10 cm,相邻热管间距15 cm条件下热管周围温度场部分区域重合,温度场分布均匀;试验期间试验组土壤温度较对照组平均升高7.0℃,增温效果明显;重力热管正常运行期间蒸发段凝结段之间最大温差为3.7℃,蒸发段内最大温差为1.0℃,绝热段内最大温差为0.2℃,表现出了良好的等温性;热管平均启动温差为5.4℃,平均运行温差为2.9℃;研究结果将为解决葡萄根区冻害问题以及探索浅层地热能利用新途径提供理论依据和技术支撑。

气调包装机气体置换结构优化与内部三维流场模拟

目的 针对现有的气体置换装置存在工作过程中气体置换精度不高、置换率低、内部流场复杂紊乱等问题,对DF-520型气调包装机气体置换装置结构进行了改进以及内部流场数值模拟。方法 运用FLUENT软件在进口压力为20 kPa,混配O_(2)体积分数为2%、CO_(2)体积分数为28%、N2体积分数为70%的边界条件下对新旧2种换气装置进行数值模拟和对比分析,进一步通过样机试验对比分析2种模型的气体置换率和气体置换精度。结果 数值模拟结果表明,与旧构型相比,新构型置换腔内部气体流速较平均、强流区面积小、漩涡区少、气体流向一致性高、气体置换速度快;样机试验结果表明,新旧构型气体置换装置平均气体置换率分别为99.2%和95.6%,新构型目标气体体积分数标准差、平均相对偏差以及变异系数更小。结论 本研究表明,优化后的气体置换装置气流分布更稳定,置换精度达到设计要求,工作效率更高,适用于气调包装机的包装工作,能为后续研究提供思路。

链式气动冲切自动化干红枣去核机设计

红枣去核是干红枣产业深加工的关键技术,现有的红枣去核机普遍存在自动化程度低、人工辅助多、去核机构复杂等缺点。为解决现有的技术问题,该文研究设计了一种链式气动冲切自动化干红枣去核机,整机由单片机程序控制所有工序动作,包括辊轮输送链上料、摄像头拍照检测红枣排布情况、辊轮夹持链定位、间歇时间内气缸驱动旋转插杆去核机构去核和卸料输出。选择横径范围为20～30 mm,纵径范围为35～45 mm的干制红枣去核对象进行样机试验,结果为红枣定位率≥98.3%,去核率≥93.75%,平均破碎率为1.46%。该文设计的链式气动自动化干红枣去核机可实现个体自动定向排布上料、有效去核,同时采用图像检测和机械装置结合技术实现精确定位,降低无效的空冲概率。该研究为进一步完善机械装置的设计,实现机构连续性去核提供了参考。

基于电磁式同步执行机构的鲜枣分级机设计与试验

为了提高鲜枣机器视觉分级机的分级精度和速度,该文研究设计基于电磁式同步执行机构的鲜枣机器视觉分级机,整机由辊轮输送链、拨板链条、电磁铁、同步传动链轮、STM32F407图像处理器和STM32F103控制动作执行的协处理器等组成。执行机构单元拨板与辊轮输送同步,采用灵敏度高的电磁铁吸附硅钢开关扣板执行动作。图像处理流程为图像颜色分量、Sobel算子滤波、大津法二值化、椭圆拟合提取颜色和大小特征值。样机试验结果:拨板链同步位差为0.413 mm,单元拨板击撞力为2.57 N,红枣表皮瞬间承受最大力为12.69 N;每帧图像处理时间为50 ms,执行机构动作时间为40 ms,辊轮输送速度为320 mm/s,红枣分级速度达20个/s,实现鲜枣5个大小等级和1个绿色等级的分级,分级准确率为93.7%,无损率为100%,最大产能达1 400 kg/h。设计的基于电磁式同步执行机构的鲜枣机器视觉分级机实现了鲜枣的高准确率、高速度、无损分级要求,为机器视觉红枣快速分级设备的发展提供重要的技术支撑和理论参考。

“葡萄酒工程学”课程任务驱动教学模式探究

“葡萄酒工程学”是葡萄与葡萄酒工程专业一门工程性与实践性较强的专业课程,学生工程设计能力的培养是该课程教学的重要目标之一。任务驱动式教学模式适合本课程的教学特点,倡导学生自主式、探究式学习,有利于激发学生的学习兴趣,提高学生学习效率。实践表明,任务驱动式教学在本课程教学模式的探索中获得成功的案例,也达到了培养学生实践能力和创新能力的预期效果。

密闭温室半导体制冷除湿及蒸散水回收灌溉装置的研制

为了提高人工补光温室的水分的利用效率低下的问题,该文以盆栽辣椒为研究对象,在密闭温室中试验种植,采用半导体制冷热交换和空气露点除湿的方法,对辣椒在发育期、开花期和结果期的蒸散水回收效率进行研究,对比自然对流和强制对流方式除湿的效果以及温室内外盆栽辣椒的生长情况。结果表明:冷凝板温度最低达5.5℃,满足露点除湿条件。在盆栽辣椒的不同生长时期,强制对流进风方式下的室内温度变化范围为18.6~28.2℃,室内湿度变化范围为41%~61.7%,除湿效果随温度升高而显著提高;日回收量从35 m L增加到375 m L,日灌溉量从132 m L增加到540 m L,蒸散水回收率最高达69.4%。密闭温室中盆栽辣椒能够正常生长,而室外盆栽辣椒生长受到抑制。人工补光密闭温室系统除湿效果明显,有效的利用回收水进行盆栽辣椒灌溉。结果表明,人工光密闭温室内半导制冷除湿和蒸散水回收的研究对提高温室作物水分利用效率有积极的推动作用。

基于机器视觉在果品无损检测技术方面的研究进展

为满足食品加工业对基于机器视觉的果品无损检测的要求,从图像信息采集的各种技术、各种数学模型的建立和数值计算方法上的创新等方面分析了国内外基于机器视觉的果品无损检测技术,并对其优劣和存在问题进行了对比分析,并简述了该领域今后的发展方向。

灵武长红枣保鲜涂膜、风干机械设备的设计与研制

结合宁夏回族自治区红枣产业发展现状及企业需求,以灵武长枣涂膜保鲜技术工艺参数为基础,研制出与红枣无损分级分选机配套的红枣保鲜涂膜、风干机械设备,形成一条完整的红枣采后处理生产线.以实验室保鲜技术的工艺效果的标准评测机械设备加工保鲜枣的标准,95%以上红枣达到浸泡效果,90%以上的红枣达到沥水率,90%以上的红枣达到成膜率,该设备的生产能力为0.6 t/h,达到了生产设计要求.

基于高光谱成像技术的灵武长枣缺陷识别

为研究快速识别灵武长枣表面裂痕、虫眼、碰伤等常见缺陷的有效方法,利用特征波长主成分分析法结合波段比算法进行长枣裂痕、虫眼、碰伤识别。首先,采用近红外（Near Infrared Reflection,NIR）波段范围的高光谱成像系统获取300个长枣反射图像,提取并分析各类型长枣光谱曲线,选择918~1 678 nm波段范围进行主成分分析,通过权重系数提取特征波长;然后,对特征波长下图像进行主成分分析,选择最优的主成分图像进行识别;最后,对未识别的长枣图像采用波段比算法进一步进行识别。NIR波段的正常枣、虫眼枣、裂痕枣、碰伤枣的识别率分别100%、90%、86%、100%。结果表明：NIR高光谱成像仪对长枣外部缺陷识别是可行的,为多光谱成像技术应用于在线检测长枣品质提供了理论依据。

基于高光谱成像技术的滩羊肉新鲜度快速检测研究

滩羊肉的新鲜度是其品质安全的一个重要衡量指标,也是肉品品质安全控制的关键环节。挥发性盐基氮(TVB-N)是表征肉品腐败过程主要的化学信息,能有效地评价出滩羊肉的新鲜度。然而,TVB-N的传统检测过程繁琐且人为影响因素大,检测结果缺乏客观性和一致性,不能满足当今肉品检测过程无损、快速、高效的需求。高光谱成像技术符合现代检测技术向多源信息融合方向发展的需求,已在食品安全领域得到广泛应用。利用可见/近红外高光谱成像技术(400~1 000 nm)结合动力学和化学计量学方法以及计算机编程技术,将同时实现滩羊肉贮存期内(15℃环境)TVB-N浓度的快速检测和贮藏期的预测。研究中提取每个样品感兴趣区域的平均光谱数据,选用蒙特卡洛算法剔除异常样本。采用X-Y共生距离(SPXY)法划分为校正集和预测集,分别选用多元散射校正(multiplicative scatter correction,MSC)、卷积平滑(savitzky-golay,SG)、标准变量变换(standard normalized variate,SNV)、归一化(normalization)、基线校准(baseline)五种方法对原始光谱数据进行预处理,优选出最佳预处理方法。采用竞争性自适应重加权法(campetitive adaptive reweighted sampling,CARS)和连续投影算法(successive projections algorithm,SPA)分别提取了21个和6个特征波长。为优化模型并提高其模型精度,采用SPA算法对CARS所选特征波长进行二次提取,优选出14个特征波长。基于所提取的特征波长建立TVB-N浓度的PLSR模型,优选出SNV-CARS-SPA-PLSR模型具有较高的预测能力(R^2 c=0.88,RMSEC=2.51,R^2 p=0.65,RMSEP=2.11)。同时,建立了滩羊肉TVB-N变化与贮藏时间的动力学模型,并将优化后的光谱模型和动力学反应模型相结合建立了滩羊肉光谱吸光度值与贮藏时间的高光谱动力学模型,实现对贮藏时间的预测,并通过PLS-DA判别模型对滩羊肉贮藏时间进行判别分析(校正集判别准确率为100%,预测集为97%)。研究表明,利用可见/近红外高光谱成像技术结合动力学和化学计量学方法以及计算机编程技术,可以有效地实现滩羊肉品质智能监控与质量安全快速无损分析,为开发实时在线检测装备提供理论参考。

基于高光谱成像的马铃薯环腐病无损检测

为探讨高光谱成像技术无损检测马铃薯环腐病的可行性,采用反射高光谱（980-1 650 nm）成像技术,以120个马铃薯样本（合格60个,环腐60个）为研究对象,对比多元散射校正、标准正态变换、卷积＋一阶导数等对建模的影响,优选出多元散射校正的光谱预处理方法;然后基于偏最小二乘回归系数法提取9个特征波长（993、1 005、1 009、1 031、1 112、1 162、1 165、1 225、1 636 nm）,建立特征波长下马铃薯环腐病的2类线性判别分析（linear discriminant analysis,LDA）模型和4类支持向量机（support vector machine,SVM）模型,即Fisher-LDA、马氏距离-LDA、线性核SVM、径向基核SVM、多项式核SVM和S型核SVM。结果表明,LDA模型中马氏距离法最优,SVM模型中S型核SVM最优,LDA模型整体优于SVM模型,最终确定基于马氏距离LDA的马铃薯环腐病判别模型为最佳模型,校正集、验证集识别率分别为100%和93.33%。实验结果表明高光谱无损检测马铃薯环腐病具有可行性。

自然对流红外辐射复合加热在羊肉烤制过程中的传热解析

对基于电热管与红外复合加热方式下的羊肉烤制传热过程进行分析,探究其"外焦里嫩"特征品质的烤制方法及规律。利用红外测温成像技术测定羊肉烤制过程温度分布,结合热力学参数及三维非稳态导热模型,分析羊肉样本温度分布与烤制温度、时间之间的响应关系;利用差示扫描量热仪分析羊肉加热过程中水分散失及蛋白质变性规律,阐述不同红外功率对羊肉烤制品质的影响及烤制过程中表面抹油对烤制传热的影响。研究表明,烤制过程分为电热管加热与红外加热两阶段,第一阶段烤制温度为85~140℃,烤制5 min,利用高温热场使热量由外及内逐渐传递,促进香气及风味物质形成,中心温度达到60℃时停止加热并进行表面抹油降温;第二阶段采用2.0 kW短波红外加热管烤制2 min,肉表温度可迅速升至120℃,短波辐射高热流密度与低穿透性使肉表皮美拉德反应更充分,形成焦化皮膜阻隔层,减少内部水分散失,肉膜表面与内部温差加大。最终通过温度、时间及加热方式精确控制促使肉制品产生"外焦里嫩"的烧烤品质,初步建立"外焦里嫩"羊肉烤制热力学规律及方法,为开发工业化烤制生产设备提供依据。

可见近红外高光谱成像对灵武长枣定量损伤等级判别

利用可见近红外(Vis-NIR)高光谱成像技术对完好和损伤等级灵武长枣进行快速识别检测。采用定量损伤装置得到损伤Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ和Ⅴ级的灵武长枣,借助高光谱成像系统采集完好长枣和损伤长枣样本高光谱图像。提取感兴趣区域(region of interest,ROI)并计算样本平均光谱值。利用光谱-理化值共生距离算法(SPXY)将420个长枣样本按3∶1的比例划分校正集315个和预测集105个。灵武长枣原始光谱建立偏最小二乘判别分析(PLS-DA)分类模型,得到校正集和预测集准确率分别为72.70%和86.67%;灵武长枣原始光谱数据采用移动平均(MA)、卷积平滑(SG)、多元散射校正(MSC)、正交信号修正(OSC)、基线校准(baseline)和去趋势(de-trending)等方法进行光谱预处理并建立PLS-DA分类判别模型。通过分析比较,得到MSC-PLS-DA为最优分类判别模型,校正集准确率为76.19%,预测集准确率为86.67%,其中校正集比原始光谱建模准确率提高了3.49%,预测集准确率较原始光谱建模结果未提高;为了提高建模效果,对灵武长枣原始光谱和预处理后的光谱分别采用连续投影算法(SPA)、无信息变量消除(UVE)、竞争性自适应加权抽样(CARS)和区间变量迭代空间收缩法(iVISSA)等算法提取特征波长,建立PLS-DA分类判别模型,结果表明,MSC-CARS-PLS-DA为最优模型组合,校正集准确率为77.14%,预测集准确率为89.52%,建模准确率较原始光谱建模准确率分别提高了4.44%和2.85%。结果表明,Vis-NIR高光谱成像技术结合MSC-CARS-PLS-DA模型可实现灵武长枣损伤等级的快速识别。

冷鲜滩羊肉挥发性盐基氮变化的高光谱动力学模型构建

为探究基于高光谱成像技术预测滩羊肉挥发性盐基氮的可行性并寻找最佳预测模型。采集200个滩羊肉样本在波长400~1000 nm处的高光谱图像,采用蒙特卡洛检测法剔除异常样本;应用竞争性自适应重加权(CARS)、无信息变量消除(UVE)和连续投影(SPA)算法互相结合对原始光谱进行敏感波点提取;分别建立了冷鲜滩羊肉挥发性盐基氮变化的近红外光谱定量检测模型和其变化规律的动力学模型。结果表明:采用偏最小二乘回归(PLSR)建立的冷鲜滩羊肉挥发性盐基氮模型预测效果最好,预测相关系数Rp为0.866,均方根误差RMSEP为3.790。同时,将近红外光谱模型应用于挥发性盐基氮含量随时间变化的零级反应动力学模型中,得到模型的相关系数R为0.915。研究结果表明:结合动力学模型的近红外光谱技术可通过滩羊肉挥发性盐基氮含量的变化预测其安全贮藏时间。

酸性氧化电位水结合气调包装对灵武长枣保鲜效果的研究

针对灵武长枣贮藏期间易出现品质劣变等问题,该文采用酸性氧化电位水(acidic electrolyzed oxidizing water,AEW)结合气调包装技术(modified atmospheres packaging,MAP)处理长枣,在(1±1)℃下贮藏,分析贮藏期间气体变化、呼吸强度、失重率、硬度、可溶性固形物(total soluble solids,TSS)、可滴定酸(titratable acidity,TA)、过氧化物酶(peroxidase,POD)和多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)的变化情况。结果显示,AEW结合MAP的复合保鲜技术可有效抑制长枣呼吸,延缓长枣贮藏期间失重率以及TSS、TA和硬度的下降,抑制POD和PPO的活性,同时保持较好的感官品质和贮藏品质,保鲜效果大于两者单独处理。该研究表明,AEW结合MAP复合保鲜技术可有效保持长枣贮藏品质,延缓果实衰老,提高商品价值。

红外复合加热型连续式智能串烤机设计与试验

基于Android平台与ATMEGA328P嵌入式系统开发,结合温控模型及传热分析等多种技术优化研制连续型自动串烤工艺系统及设备。结合中红外与电热管复合加热及同步链输送系统,设计出能适应不同直径的自旋转插拔式串签夹持机构实现物料连续化烤制,建立烤制过程基于热量平衡原理的温度控制模型,结合自适应粒子群算法(PSO)优化神经网络PID算法实现设定参数恒温控制,利用红外热成像技术对不同功率红外烤制肉制品的传热特性、辐射穿透深度、中心截面温度分布进行分析,开发完成了Atmega328P单片机逻辑运算控制系统及Android端触屏控制界面,并对该样机工艺系统肉制品连续烤制效果进行分析。系统试验结果表明:同步链输送系统与自旋机构结合实现连续化烤制过程,自旋转插拔式串签夹持器可适应直径2~6 mm范围串签,机构夹持力应不低于0.265 N,设备运行速度1 m/min时串签旋转速度5.3 r/min,恒温控制采用PSO优化神经网络PID模型得P=0.218 1,I=0.63,D=-0.151 9,烤制温度设定为160℃时上下偏差分别为2.4与2.7℃,最大波动范围5.1℃;不同功率红外管烤制物料表面温度达到100℃左右时,2 000 W中波红外管烤制效果较好,物料辐射传热穿透层深约2 mm,内部则以热传导为主,内外温差约25℃;ATMEGA328P嵌入式控制系统动作准确,Android触屏控制界面操作响应灵敏;物料烤制时间最短为6 min,生产能力为1 200串/h,为工业连续化串烤生产提供技术参考。

枸杞果实介电特性与贮藏时间相关性研究

研究了不同枸杞品种果实介电参数与测定频率、贮藏时间的相关性,并就此相关性进行了探讨,为下一步研究枸杞果实介电参数与内部品质间的相关性打下良好理论基础。研究结果表明:枸杞果实介电参数值会随测试频率的增加而呈规律性变化,阻抗Z、电感L、电阻R值随测试频率的增加而减小;在全频率段,各处理组介电参数值无明显差异性,其显著差异性主要表现在低频阶段。3.98MHz频率下,阻抗Z、电阻R、介质损耗因子ε″与贮藏时间线性正相关,电容C、介电常数ε'与贮藏时间线性负相关。各枸杞品种的电容C、介电常数ε'、介质损耗因子ε″随贮藏时间的变化值均存在显著差异性。

真空预冷结合微孔膜包装对鲜枸杞贮藏品质的影响

为了延长鲜枸杞贮藏保鲜期,该研究通过真空预冷结合微孔膜包装对鲜枸杞的贮藏品质进行研究,设置不同预冷终温(2、4、6℃)和终压(800~1000、1000~1200、1200~1500 Pa)对鲜枸杞进行真空预冷处理,通过比较真空预过程中鲜枸杞失重率、蜡质层和呼吸强度指标来确定较优工艺参数;之后将真空预冷较优工艺参数下的鲜枸杞用微孔膜包装后在(-1±0.5℃)的冷库中进行贮藏,以微孔膜包装处理和未经任何处理的鲜枸杞作为对照组,比较贮藏过程中硬度、可溶性固形物(Total Soluble Solids,TSS)、色差、呼吸强度、过氧化氢酶(Catalase,CAT)活性指标来综合分析不同处理对鲜枸杞贮藏品质的影响。结果表明:终温6℃和终压800~1000 Pa对鲜枸杞失重率影响较小;终温6℃和终压1200~1500 Pa对鲜枸杞内表皮结构损伤较小;终温2℃和终压800~1000 Pa鲜枸杞呼吸强度最低,综合考虑3个指标,终温6℃,终压1200~1500 Pa为鲜枸杞真空预冷较优工艺参数;在贮藏期间,真空预冷结合微孔膜包装与其他两组相比较,可有效延缓鲜枸杞硬度和TSS下降,降低呼吸强度,抑制色差变化和CAT活性的下降(P<0.05)。该研究为鲜枸杞贮藏保鲜提供新方法。