稻谷吸附与解吸等温线的计算机模拟

稻谷平衡含水量与水分活度的关系是稻谷干燥和贮藏过程中的重要参数。本文根据文献［２］的模型,初步开发出稻谷吸附与解吸等温线拟合软件。软件建立了吸附与解吸实验数据库,通过数学模型拟合出吸附与解吸等温线,同时计算出相关参数。     

雪莲果吸附等温线及热力学性质研究

采用静态称量法研究了雪莲果(包括纯雪莲果粉(YP)和按总固形物含量比例为1∶1添加麦芽糊精(MD)的雪莲果粉(YP-MD))在温度15、25、35℃时的吸附等温线;采用7种常用数学模型拟合试验数据,得到用于描述雪莲果吸附特性的最适模型;探讨了雪莲果的热力学性质(如净等量吸附热、微分熵、熵焓互补和扩张压力)及添加MD对雪莲果水分吸附特性和热力学性质的影响。结果表明,雪莲果水分吸附特性为Ⅲ型等温线,GAB模型为描述雪莲果水分吸附特性的最适模型。YP和YP-MD的平衡含水率随着水分活度a w的增加而增加。添加MD降低了雪莲果的单分子含水率M0。温度15~35℃时,YP和YP-MD的M0范围分别为15.04%~9.04%和8.80%~5.91%。雪莲果的净等量吸附热q st和微分熵S d随着含水率的增加而降低,YP和YP-MD的含水率由6.33%增加至75.29%时,其q st分别由67.44 kJ/mol和66.17 kJ/mol降低至62.23 kJ/mol和62.12 kJ/mol,YP的S d总高于YP-MD。雪莲果的扩张压力随着a w的增加而升高,随着温度的升高而降低;而在相同a w和温度下,YP的扩张压力总高于YP-MD。YP和YP-MD的水分吸附过程均为熵驱动。     

豌豆种子吸附等温线与热力学性质研究

采用静态称量法测量30、40、50℃时豌豆种子的吸附等温线,对实验数据进行非线性拟合,并通过对净等量吸附热、微分熵、焓熵补偿、扩张压力、净积分焓和净积分熵等热力学性质参数的研究,分析种子吸附特性和进一步揭示吸附机理,为选择和优化种子干燥和贮藏条件提供理论依据。实验结果表明,温度恒定时,平衡含水率随水分活度升高而升高,吸附等温线属于类型Ⅱ且GAB模型拟合效果最佳(R2=0.998 9,误差平方和为4.52×10-5);净等量吸附热和微分熵随着平衡含水率升高而降低的规律符合焓熵补偿理论,该理论反映出吸附过程是非自发反应,属于焓驱动,而当干基含水率达到25%时,净等量吸附热值接近纯水的汽化潜热(43.30 k J/mol);种子吸附过程的扩张压力随水分活度升高而升高,随温度升高而降低,当扩张压力一定时,净积分焓和净积分熵随着平衡含水率升高而降低,净积分熵达到最小值后逐渐升高,此最小值在30、40、50℃温度条件下分别为-137.79、-140.29、-137.74 J/(mol·K),对应的水分活度和平衡含水率分别为0.017、0.045、0.062和2.7%、2.5%、2.4%,这些条件可作为豌豆种子贮藏的最稳定条件。     

冻干扇贝肉玻璃化转变温度与状态图研究

采用静态称量法研究了25℃下冻干扇贝肉(包括纯扇贝肉(PS)和按总固形物质量分数添加5%麦芽糊精的扇贝肉(PS-MD))的吸附等温线;采用差示扫描量热法测定了PS和PS-MD的玻璃化转变温度Tg和冻结点温度TF。分别采用Gordon-Taylor方程和Clausius-Clapeyron方程拟合Tg和TF数据,构建扇贝肉的状态图,探讨添加麦芽糊精(MD)对扇贝肉贮藏稳定性的影响。结果表明,扇贝肉的水分吸附等温线呈J型,描述扇贝肉水分吸附特性的适宜模型为GAB模型。扇贝肉的平衡干基含水率随水分活度aw的增加而增加。aw一定时,平衡干基含水率随MD添加而降低,尤其是当aw0.62时更明显。添加MD降低了扇贝肉的GAB单分子层干基含水率,其值由0.082 2 g/g降低至0.0716 g/g。扇贝肉的Tg随含水率升高而降低,PS湿基含水率由2.81%增加至21.96%时,Tg由-4.25℃降低至-60.92℃;PS-MD湿基含水率由2.11%增加至19.72%时,Tg由1.32℃降低至-51.41℃。扇贝肉的TF随着固形物含量的增加而降低。根据扇贝肉的状态图,PS和PS-MD最大冷冻浓缩溶液时的玻璃化转变温度T'g分别为-70.99℃和-54.58℃,与之对应的溶质含量分别为76.7%和82.0%,非冻结水含量分别为23.3%和18.0%。     

糖类对南美白对虾肉玻璃化转变温度与状态图的影响

为提高南美白对虾肉(PV)的贮藏稳定性,研究了蔗糖、菊糖和海藻糖对PV玻璃化转变温度(Tg)与状态图的影响。采用静态称量法研究了25℃下PV和按虾肉质量添加10%蔗糖(PV-S)、10%菊糖(PV-I)和10%海藻糖虾肉(PV-T)的吸附等温线。采用差示扫描量热法分析了PV、PV-S、PV-I与PV-T的Tg和冻结点温度(TF)。分别采用Gordon-Taylor方程和Clausias-Clapeyron方程拟合Tg与TF数据,构建了虾肉的状态图,探讨了添加糖类对PV的Tg与状态图的影响。结果表明,PV、PV-S、PV-I与PV-T的水分吸附等温线呈III型,GAB模型为描述PV、PV-S、PV-I与PV-T水分吸附特性的最适模型。PV、PV-S、PV-I与PV-T的平衡含水率随着水分活度aw的增大而增大。aw一定时,平衡含水率随着糖类添加而降低。添加糖类降低了PV的单分子层含水率。PV、PV-S、PV-I与PV-T的Tg随着含水率增加而降低。相同aw时,Tg值高低顺序依次为PV-I、PV-T、PV-S、PV。根据状态图,PV、PV-S、PV-I和PV-T的最大冷冻浓缩溶液时的玻璃化转变温度T'g分别为-71.35、-64.76、-58.36、-59.36℃,与之对应的溶质含量分别为73.2%、73.4%、72.6%、73.4%,即非冻结含水率分别为26.8%、26.6%、27.4%、26.6%。添加糖类尤其是菊糖与海藻糖能显著提高南美白对虾肉的贮藏稳定性,延长其货架期。     

热泵干燥南美白对虾品质特性与玻璃化转变关系研究

针对南美白对虾热泵干燥过程中常出现物理、化学反应导致虾肉品质下降,而其机理又尚未明确的问题,采用静态称量法研究了南美白对虾肉的解吸等温线,利用差示扫描量热仪测定了虾肉的玻璃化转变温度(Tg)。分别采用GAB模型与Gordon-Taylor方程拟合水分吸附与Tg数据。虾肉在热泵干燥温度35℃、风速1.5 m/s下进行干燥,每隔1.0 h取样,分析虾肉品质特性(色泽、收缩程度、硬度与韧性和虾青素质量比)。基于玻璃化转变理论,阐明虾肉热泵干燥品质变化机制。结果表明,虾肉热泵干燥过程中,基质处于橡胶态,体系流动性增加,导致干制品品质下降。     

芒果玻璃化转变与状态图研究

研究了25℃下芒果的吸附等温线,实验数据采用GAB模型进行非线性拟合,结果表明芒果的吸附等温线呈"J"型,其单分子层干基含水率为0.107 g/g。芒果的状态图由冻结曲线、玻璃化转变温度曲线和最大冻结浓缩状态组成,其中冻结温度和玻璃化转变温度由差示扫描量热仪(DSC)测量得到。冻结温度和玻璃化转变温度的实验数据,分别采用Clausius-Clapeyron方程和Gordon-Taylor方程进行非线性拟合。实验结果显示,最大冻结浓缩状态时的固形物湿基质量分数为84%,在此状态下的玻璃化转变温度为-52.9℃。状态图的建立能够预测芒果贮藏过程的稳定性,并且能够提供最适干燥或冷冻加工条件。     

金银花水分吸湿等温线的研究及模型建立

为了更好地指导金银花的干燥、储藏和包装,根据吸附原理,采用静态调正环境湿度法测定了金银花在30,45,60℃3个温度下,0～98％水活度范围内的吸湿等温线,分析了水活度和温度对平衡含水率的影响.以平均相对误差为评价指标,用8种数学模型对金银花的平衡水分曲线进行了拟合研究,发现Peleg模型可以很好地描述金银花的平衡水分曲线.     

基于水滑石的全蛋液中磷吸附与解吸及动力学模型研究

全蛋液营养全面,含有人体所需的蛋白质、脂类、糖类和维生素等多种成分。基于肾病患者低磷饮食的需求,采用水滑石(Layered double hydroxide,LDH)吸附法减少全蛋液中磷的含量,开发一款低磷型液蛋制品,为肾病患者提供专用型饮食。实验研究了不同吸附温度下,吸附时间、磷初始质量浓度及LDH添加量对LDH磷吸附量及蛋白质溶解度的影响,并对其动力学模型进行分析;同时探究了解吸液体积、解吸时间对LDH解吸特性的影响以及LDH重复利用情况。实验结果表明:在1～7 h内,吸附量与吸附时间成正比;各温度下(20～45℃)吸附量和溶解度均随磷初始质量浓度的增加而升高;当LDH添加量为10 g/L时,各温度下吸附效果均较好。在模型分析中,Langmuir等温式和准二级动力学模型拟合度较高,尤其吸附温度在25℃和30℃时拟合效果最佳。解吸实验中,最佳条件为解吸时间5 h,液料比1. 00 L/g,且循环利用前2次可维持较好吸附效果。脱磷后必需氨基酸占总氨基酸的质量分数大于40%,必需氨基酸与非必需氨基酸的质量百分比大于60%,对蛋白质营养性的影响较小。综上可知,LDH是一种适于去除全蛋液中磷的吸附材料,可用于专用型液蛋制品的开发。     

青钱柳叶三萜大孔吸附树脂纯化工艺

为研究大孔吸附树脂纯化青钱柳三萜的工艺,筛选了适宜的大孔吸附树脂,并通过静态和动态的吸附与解吸试验,确定了纯化工艺参数。结果表明,在供试的3种大孔吸附树脂中,D-101型大孔吸附树脂适合分离青钱柳叶三萜,其吸附量和解吸率分别为57.5mg/g和96.51%;动态吸附青钱柳叶三萜时的最适宜进样流速与进样质量浓度分别为 2BV/h和1.5mg/mL;动态解吸时洗脱剂的最适宜体积分数与洗脱速度分别为50%乙醇和2BV/h。经大孔吸附树脂分离纯化后三萜的纯度是粗提物的4.1倍,得率为74.66%,表明D-101型大孔吸附树脂纯化青钱柳三萜效果较佳。     

夏威夷果脱皮装置关键参数设计

针对目前夏威夷果脱皮装置存在需先分级后脱皮、多是半自动、果径要求一致、效率低、合格率低、破损率高等缺点,研制一种螺旋对辊挤压式自适应脱皮装置。采集885个夏威夷果样本,测取带皮及脱皮果实三个方向上的果径,统计检验证实三径在0.05水平上均服从正态分布且相互之间在     

Selection of EMC/ERH Isotherm Equations for Rapeseed

Twelve sources of equilibrium moisture content (EMC)/equilibrium relative humidity (ERH) data for rapeseed were identified from which 668 experimental points were extracted. Among them, ten sources covered a wide range of temperatures, thus producing 21 sub-sets of data suitable for the evaluation of EMC/ERH isotherm equations. Four commonly cited rapeseed EMC/ERH equations, i.e. modified Henderson, modified Chung–Pfost, modified Halsey and modified Oswin equations were compared for their ability to fit these data sub-sets based on the residual sum of squares (RSS), standard error of estimate (SEE) and mean relative deviation (MRD). The comparisons show that the modified Halsey equation is the best equation for describing the EMC/ERH isotherms of rapeseed. The modified Halsey equation was then used to fit the data sets merging all the data for adsorption, desorption and the combined data set in turn. The best fitted coefficients for both equilibrium relative humidityh_r=f(M,T) and equilibrium moisture contentM=f(h_r,T) are given, whereTis the temperature. These fitted equations are based on a large data set and therefore provide a useful basis for future work on drying and storage of rapeseed.     

基于机器视觉的澳洲坚果分级研究

应用机器视觉技术对澳洲坚果进行自然光线下的识别分级研究。通过试验,分析得出实测果重、果实直径与识别果实当量直径之间的数学模型,其决定系数分别达0.9468和0.9928。检测试验表明,果实尺寸平均相对误差仅为0.781%,果重平均相对误差仅为1.544%,能够通过机器视觉技术对坚果进行准确识别分级。     

Mechanical Behaviour of Macadamia Nut under Compression Loading

The operation of cracking Macadamia nuts is the most critical and delicate step for achieving high-quality kernels. The nuts, usually at high moisture content, are dried to a recommended moisture, before cracking, in a process that takes from 3 to 4 weeks at the expense of large energy consumption. The present paper examines the basis of shell rupture which is needed for the development of new methodologies or techniques to reduce the drying period and to obtain a more efficient kernel extraction process. Requirements in terms of force, specific deformation and energy for initial rupturing of the macadamia nut shell under compression were experimentally investigated as a function of moisture content, nut size, and compression load position. The experiments have shown that there is a compression position for which force, specific deformation and energy values are minimal, independent of nut size and shell moisture. A damage evaluation of compressed nuts showed a trend for the void between kernel and shell to be the greatest at this position with the force acting longitudinally through the hilum.     

油莎豆收获机双层滚筒筛式果杂分离装置设计与试验

针对油莎豆机械化收获过程中块茎(果)与土壤草团(杂质)分离不彻底导致收获损失率与含杂率较高的问题,设计了一种双层滚筒筛式果杂分离装置,通过理论分析确定了该装置的主要结构参数与工作参数。建立了分离装置-收获物料互作的EDEM-MBD耦合仿真模型,以双层滚筒筛转速、分离螺旋输送器转速、柔性齿段长度为试验因素,以块茎分离率和含杂率为试验指标,依据Box-Behnken试验原理开展三因素三水平仿真试验。对试验结果进行方差分析,建立了分离率、含杂率与各显著因素之间的回归模型,利用回归模型进行参数寻优,结果表明：当双层滚筒筛转速为24.9 r/min、分离螺旋输送器转速为148.5 r/min、柔性齿段长度为1 277.8 mm时,分离率最大,为96.23%,含杂率最小,为25.55%。田间验证试验结果表明：最优参数组合下的果杂分离装置平均分离率为93.19%,平均含杂率为26.65%,与回归模型寻优结果基本一致;果杂分离装置与清选装置联合使用时,分离率增加1.05个百分点,含杂率降低9.97个百分点,可满足油莎豆收获生产需求。     

基于高光谱成像技术的小麦籽粒赤霉病识别

利用高光谱成像技术通过光谱分析和图像处理进行小麦赤霉病的识别。采用标准正态变量变换(SNV)和多元散射校正(MSC)方法对光谱进行预处理,分别利用连续投影算法(SPA)和正自适应加权算法(CARS)进行变量筛选提取特征波段,结果表明采用MSC-SPA和SNV-SPA算法时决定系数分别为0.901 9和0.900 6,均方根误差分别为0.223 8和0.223 2,筛选波长个数分别为7个和5个。利用SVM和BP神经网络算法建立的交叉验证模型及验证模型的准确率均达到90%以上。其中,MSC-SPA-SVM和SNV-SPA-SVM方法的建模集准确率分别为97.08%和94.17%;验证集准确率分别为98.33%和97.50%,均优于MSC-SPA-BP和SNV-SPA-BP模型。为了研究染病小麦的高光谱图像信息,利用主成分分析方法,根据权重系数选择最佳特征波长为627.698 nm。利用图像处理方法对特征波长下的特征图像进行预处理、特征提取。分别提取特征波长图像的形态参数特征和纹理特征参数等,根据特征参数相关性分析选择最优的建模特征参数。分别利用10折交叉验证方法建立线性判别分析、支持向量机和BP神经网络识别模型,结果表明3种识别算法识别准确率均在90%以上,具有较好的识别效果。     

磺胺嘧啶在不同类型土壤中的吸附研究

通过静态吸附试验,研究了不同类型土壤对磺胺嘧啶的吸附行为,考察了温度、溶液pH值和土壤粘土矿物含量对磺胺嘧啶吸附的影响.结果表明,3种土壤对磺胺嘧啶的吸附等温线均能较好地符合Freundlich吸附模式;粘土矿物含量是影响磺胺嘧啶土壤吸附的最重要因子;25℃时磺胺嘧啶有机质吸附常数平均值为0.10257,吸附Gibbs自由能函数变为4.771～6.440kJ/mol.温度升高和pH值过高或过低均不利于磺胺嘧啶的吸附.     

Annual forecasting of the Australian macadamia crop – integrating tree census data with statistical climate-adjustment models

To facilitate marketing and export, the Australian macadamia industry requires accurate crop forecasts. Each year, two levels of crop predictions are produced for this industry. The first is an overall longer-term forecast based on tree census data of growers in the Australian Macadamia Society (AMS). This data set currently accounts for around 70% of total production, and is supplemented by our best estimates of non-AMS orchards. Given these total tree numbers, average yields per tree are needed to complete the long-term forecasts. Yields from regional variety trials were initially used, but were found to be consistently higher than the average yields that growers were obtaining. Hence, a statistical model was developed using growers’ historical yields, also taken from the AMS database. This model accounted for the effects of tree age, variety, year, region and tree spacing, and explained 65% of the total variation in the yield per tree data. The second level of crop prediction is an annual climate adjustment of these overall long-term estimates, taking into account the expected effects on production of the previous year’s climate. This adjustment is based on relative historical yields, measured as the percentage deviance between expected and actual production. The dominant climatic variables are observed temperature, evaporation, solar radiation and modelled water stress. Initially, a number of alternate statistical models showed good agreement within the historical data, with jack-knife cross-validation R² values of 96% or better. However, forecasts varied quite widely between these alternate models. Exploratory multivariate analyses and nearest-neighbour methods were used to investigate these differences. For 2001–2003, the overall forecasts were in the right direction (when compared with the long-term expected values), but were over-estimates. In 2004 the forecast was well under the observed production, and in 2005 the revised models produced a forecast within 5.1% of the actual production. Over the first five years of forecasting, the absolute deviance for the climate-adjustment models averaged 10.1%, just outside the targeted objective of 10%.     

桑葚花色苷大孔吸附树脂纯化工艺

通过吸附、洗脱试验,分析大孔吸附树脂对桑葚花色苷的纯化效果,筛选出适合分离纯化桑葚花色苷的大孔吸附树脂,并确立树脂纯化工艺的参数。结果表明,XDA-6型大孔吸附树脂对桑葚花色苷分离效果良好,纯化吸附条件为上清液浓度1.5 mgmL,pH值3.5,洗脱条件为洗脱剂乙醇溶液浓度60%。      

NKA—9大孔树脂对苹果多酚的动态吸附工艺优化

为了提高对苹果多酚的分离效率,以实现工业化生产,在单因素试验得出的工艺基础上,采用响应曲面法建立了NKA-9大孔树脂对苹果多酚(AP)动态吸附和动态解吸的二次多项数学模型,验证了模型的有效性.考察了上样速率、样液质量浓度、样液pH值对AP动态吸附量以及洗脱速率、洗脱剂体积分数和洗脱剂用量对AP动态解吸的影响.优化出NKA-9大孔树脂的动态吸附工艺参数为:上样速率1.10mL/min,样液质量浓度2.50mg/mL,pH值4.83;动态解吸工艺参数为:洗脱速率0.61 mL/min,洗脱剂体积分数59.48%,洗脱剂用量125.73 mL.