基于伴随方程法的鱼饲料热特性参数反演

比热、导热率和导温系数是鱼饲料重要的热特性参数,其在干燥及冷却工艺参数的调整、饲料湿热传递仿真模拟研究中均有重要应用。为了探究鱼饲料的热特性,同时探究反演算法求解饲料热特性的适应性,该研究以草鱼（成鱼）膨化饲料为研究对象,建立基于伴随方程法的反演模型;利用自行搭建的热传导试验装置并配合红外热像仪（测温精度±0.1 ℃）,以获得饲料试样的温度分布规律;利用此数据可反演计算含水率为11%～17%的饲料在20～80 ℃温度范围内的比热、导热率和导温系数。使用差式扫描量热仪（Differential Scanning Calorimetry,DSC）和热特性分析仪分别测量饲料的比热和导热率,并计算导温系数,将此作为实测值;将反演算法所得值作为计算值。对二者进行线性拟合,决定系数R2均大于0.980,说明比热和导热率的计算值与实测值的误差较小,结果表明基于反演算法的鱼膨化饲料热特性参数测定方法是可行的。同时,结果表明,草鱼膨化饲料在11%～17%含水率和20～80 ℃温度范围内的比热为1.710～1.840 kJ/(kg?℃)。饲料比热随温度的增大而显著增大（P<0.05）。当含水率由11%增大至17%时,饲料的比热显著增加（P<0.05）,且呈线性规律。饲料的导热率为0.086～0.148 W/(m?K),当温度由20 ℃增大至80 ℃时,草鱼膨化饲料导热率显著增大（P<0.05）;含水率对其影响同样显著（P<0.05）。饲料的导温系数为5.701～10.003 m2/s,且受温度和含水率的影响均显著（P<0.05）。研究可为鱼饲料热特性参数的测定提供一种新思路。     

高含量乳清粉的仔猪配合饲料热特性及调质温度控制

为探究热敏性饲料原料乳清粉及不同含量乳清粉的仔猪配合饲料的热物理特性,该文以仔猪料配方中的4种主要饲料原料玉米、豆粕、乳清粉和鱼粉为研究对象,采用混料设计的方法得到33种不同含量(0～30％)乳清粉的仔猪配合饲料,并利用差示扫描量热法(differential scanning calorimetry,DSC)测定了4种单一原料在25～120℃范围内以及33种仔猪配合饲料在25～110℃范围内的比热,分析了乳清粉及高含量乳清粉(质量分数≥14.548％)的仔猪配合饲料的热变性过程.结果显示:玉米、豆粕和鱼粉的比热分别与温度(25～120℃)呈线性、对数和二次关系,而乳清粉的比热与温度(25～110℃)遵循三次多项式的关系;当配合饲料中含有≥6.25％的乳清粉时,其比热与温度遵循三次多项式的关系;配合饲料的比热显著受温度、原料配比以及二者交互作用的影响(P＜0.001),其中,温度的影响最为显著,而乳清粉含量的影响次之.DSC热焓曲线上,乳清粉在109.79℃会出现吸热峰,为乳清蛋白的热变性导致;而随着温度由20℃升高到110℃,乳清粉颗粒由存在许多凸起与微孔的粗糙表面结构逐渐过渡为光滑、粘结的状态.与乳清粉相似,高含量乳清粉的配合饲料也会在77.95～87.69℃出现吸热峰.在仔猪配合颗粒饲料的加工过程中,为降低乳清蛋白的变性程度、减少环模制粒机的堵机现象,应将调质温度降低至70℃以下为宜.研究结果为高含量乳清粉的仔猪配合饲料的调质、制粒等热处理过程的工艺优化提供理论指导.     

基于营养组成的鱼饲料比热预测模型

为探究鱼饲料在加工过程中的热特性,以调控调质、膨化等工艺过程中的热量供给,同时探究现有的畜禽饲料比热模型对高脂、高蛋白鱼饲料的适应性,该研究设置3个粗蛋白水平(30%、40%、50%)和3个粗脂肪水平(5%、11%、17%)共9种配方,以代表不同食性的鱼用饲料,并使用差式扫描量热仪(Differential Scanning Calorimetry,DSC)测定9种配方分别在20～120℃温度范围和20%～26%含水率范围的比热,并分析上述4个因素对比热的影响规律,构建了比热关于4个因素的预测模型。试验结果表明,鱼饲料比热显著受含水率、温度、粗蛋白质量分数及粗脂肪质量分数的影响(P0.001),各因素的主次顺序为含水率、温度、粗蛋白质量分数、粗脂肪质量分数。比热随含水率和粗蛋白质量分数的增加均呈线性增加规律,而随粗脂肪质量分数的增加线性减小;比热与温度呈非线性关系,为二次回归关系。在所有试验中,鱼饲料比热的变化范围为1.70～2.70kJ/(kg·℃)。基于试验数据建立了比热关于加工工艺参数(温度及含水率)和营养组成(粗蛋白质量分数及粗脂肪质量分数)的多元回归模型(R~2=0.991),可以提高现有研究中畜禽饲料比热预测模型的适应性,有效预测鱼饲料在此研究变量范围内的比热。     

不同原料组分的配合饲料比热模型

为了合理控制乳猪饲料调质、制粒的工艺参数,需要掌握不同原料组分对配合饲料在调质、膨化、冷却过程中的传热特性的影响,试验采用差示量热扫描仪测比热的方法,以乳猪配合饲料为例,采用3因素5水平2次正交旋转中心组合试验设计,研究了乳猪饲料配方中质量分数所占比例较大的玉米(46%~70%)、豆粕(9%~18%)和对比热影响较大的热敏性物质乳清粉(2%~10%)对配合饲料比热的影响,结果表明:单一玉米粉、豆粕、乳清粉的比热值均随温度升高而增大,且乳清粉在58.8℃时出现比热峰值;响应面法试验结果表明影响配合饲料比热(60~80℃)的各因素主次关系为:乳清粉>玉米>豆粕,交互作用的主次关系为:玉米和豆粕的交互作用>玉米和乳清粉的交互作用>乳清粉和豆粕的交互作用.同时通过回归分析和响应面分析,建立了比热与玉米、豆粕、乳清粉质量分数关系的数学模型(R2=0.9822),研究结果表明:所得回归方程拟合情况良好,当配方中玉米质量分数为66%、豆粕12%、乳清粉6%时,配合料的最小比热值为2536 J/(kg·K),此模型的建立将为乳猪配合饲料的湿热加工提供技术依据.     

鲢鱼肉相变区间的热特性研究

为提供淡水鱼加工的热特性参数，以鲢鱼肉为对象，采用差示扫描量热仪(DSC)，研究鲢鱼肉在相变区间的不可冻结含水率、冰点、表观比热和热焓，以及食盐添加量对相变区间鲢肉热特性的影响。结果表明，鲢鱼肉的熔融相变温区为-2.8～-0.4℃，不可冻结含水率为13.76%，冰点为-0.8℃，相变热焓为203.2 J/ g，表观比热峰值为84.186 J/(g·℃)。随着食盐含量的增加，鲢鱼肉的相变温区向低温方向偏移，不可冻结含水率增加，冰点呈线性降低，相变潜热减小，表观比热峰值下降。     

温度和粉碎粒度对不同能量饲料原料热物理特性的影响

为探究常见能量饲料原料在不同温度、不同粉碎粒度下的热物理特性差异,该文以4种谷物(玉米、小麦、大麦和高粱)和4种加工副产品(小麦麸、木薯渣、甜菜渣和米糠)原料为研究对象,分别粉碎过孔径1.5、2.0和2.5 mm筛片,得到3种不同粉碎粒度的粉料,利用差示扫描量热法(differential scanning calorimetry,DSC)和线热源法分别测定了不同粉料在25～100℃范围内的比热和导热率,通过计算得到相应的导温系数,分析了温度、粉碎粒度对原料热特性的影响以及不同原料之间的热特性差异,并建立了热特性参数关于温度的回归预测模型。结果显示:8种原料粉碎过1.5 mm筛孔的粉料比热、导热率和导温系数随温度的升高分别在1.580～2.671 kJ/(kg·K),0.054～0.362 W/(m·K)和6.694×10~(-8)～23.254×10~(-8) m~2/s范围内变化。整体上,原料的热特性均随温度的升高而呈线性或非线性上升趋势。不同粉碎粒度的同一原料,在相同温度下的比热差异均不显著(P0.05);随着粒度的增大,粉料的导热率和导温系数均有逐渐下降的趋势。4种谷物的比热与温度之间呈线性关系;小麦麸、木薯渣和米糠的比热可用温度的三次多项式表示;而甜菜渣的比热与温度呈二次关系。4种谷物和甜菜渣在3种粒度下的导热率均可用温度的三次多项式表示,而小麦麸、木薯渣和米糠的导热率则可用温度的二次多项式表示。小麦麸和米糠的导温系数与温度呈二次关系,其余6种原料的导温系数则可用温度的三次多项式表示。研究结果可为配合颗粒饲料配方变换所需的调质、制粒等热加工过程的工艺参数的调整、优化提供理论依据。     

不同前处理对饲料玉米比热的影响

为了明确以玉米为原料的配方饲料在调质、膨化、冷却过程中传热传质的基本特性,该文利用差示量热扫描仪(differential scanning calorimeter,DSC)测比热的方法,研究了自然干燥条件下,不同的烘干温度(45～105℃)、含水率(12%～16%,湿基计)、粉碎粒度(0.2～0.6mm)等前处理因素对玉米比热的影响。采用3因素5水平2次正交旋转设计,通过回归分析和响应面分析,建立了玉米比热基于烘干温度、含水率(湿基计)、粉碎粒度的数学模型。研究结果表明:所得回归方程拟合情况良好,当烘干温度为45℃、含水率为12%(湿基计)、粉碎粒度为0.6mm时,玉米的比热值最小为2051J/(kg·K)。此模型的建立可为不同处理条件下玉米比热值的直接获得提供理论方法与依据,为不同配方饲料的湿热加工特性研究提供参考。     

仔猪配合料比热预测模型的构建

为探究调质、制粒等热处理过程中仔猪配合粉料传热的基本特性,有效控制热量供给并实现调质温度、时间等工艺参数的优化评估,该文以4种粉碎粒度（粉碎筛片孔径：Φ1.0、Φ1.5、Φ2.0和Φ2.5 mm）的仔猪配合粉料为研究对象,采用DSC (differential scanning calorimetry,差示扫描量热法)的方法测定了其在不同含水率范围（10%～18%,湿基）和不同温度范围（25～100℃）的比热,并分析了3个变量对比热的影响规律,构建了比热关于研究变量的预测模型。结果显示：仔猪配合粉料的比热受含水率、温度、粉碎粒度的显著影响,其中含水率的影响最为显著,温度及粉碎粒度次之;比热亦受含水率与粉碎粒度及其与温度的交互作用影响。比热随含水率和温度的增加在1.533～2.881 kJ/(kg·K)范围内升高,且与含水率呈线性关系,与温度呈非线性关系。粉碎过Φ2.5和Φ2.0 mm的仔猪料比热较粉碎过Φ1.5和Φ1.0 mm的大,在高温（60～100℃）和高含水率（18%）时表现尤为明显。基于试验数据建立了比热关于含水率、温度、粉碎粒度的多元回归模型（R2>0.993）,可以有效预测仔猪配合料在此研究变量范围内的比热。研究结果为仔猪配合料调质过程传热方程的建立提供基础数据,并为其热处理工艺参数的优化提供理论依据。     

黄粉虫替代鱼粉对低淀粉缓沉性膨化饲料加工质量的影响

为探究不同加工工艺参数和黄粉虫蛋白替代鱼粉不同比例对低淀粉缓沉性水产膨化颗粒饲料加工质量的影响,并优化得出最适操作参数。该研究采用Box-Behnken试验设计,以黄粉虫蛋白替代比例、调质后物料含水率和膨化机模头温度3个因素为自变量,变化范围分别在0～50%、25%～29%、110～140 ℃之间,以膨化颗粒饲料容重、沉降速度、10 min沉水率、能耗为因变量,对3个自变量参数进行优化。试验结果表明：低淀粉缓沉性膨化饲料的容重随着黄粉虫替代比例的升高逐渐升高,随含水率的升高而升高,随着模头温度的升高略微升高;沉降速度随着黄粉虫替代比例的升高逐渐升高,随着模头温度的升高呈现先升高后降低的趋势;当黄粉虫替代比例在0～25%时,沉降速度随着含水率的升高逐渐增大,当黄粉虫替代比例为50%时,沉降速度随含水率的升高呈现先升高后降低的趋势;10 min沉水率随着黄粉虫替代比例的升高逐渐升高,随着含水率的升高而升高;10 min沉水率随着模头温度的升高呈现先升高后降低的趋势;能耗随着黄粉虫替代比例的升高逐渐升高,随着调质后物料含水率的升高总体呈降低的趋势,随着模头温度的升高逐渐降低。方差分析结果显示各因素对低淀粉缓沉性水产膨化颗粒饲料加工质量的影响由大到小顺序为：黄粉虫蛋白替代比例、调质后物料含水率、膨化机模头温度。优化得到加工低淀粉缓沉性水产膨化颗粒饲料的最优工艺参数为和最适替代比例：调质后物料含水率为27.6%,模头温度为108 ℃,黄粉虫蛋白替代比例为15.0%,在此条件下加工出的膨化颗粒饲料沉降速度为7.73 cm/s、10 min沉水率为95%、能耗为34.39 (kw·h)/t。验证试验相对误差均小于4%,模型优化结果可靠,研究结果可为饲料企业生产低淀粉缓沉性水产膨化颗粒饲料提供参考依据。     

淡水鱼低温相变区热特性参数预测模型的建立

为了给淡水鱼冷冻冷藏加工、品质控制及设备开发提供基础数据,应用差示扫描量热仪（DSC）测定鲢鱼、鳙鱼、鲤鱼以及草鱼背部和腹部肌肉在低温相变区（-40～10℃）的冰点、表观比热和热焓,建立淡水鱼低温相变区热特性参数预测模型。结果表明,建立的基于淡水鱼肌肉水溶性成分含量的线性组合冰点预测模型、低温相变区表观比热的两段式预测模型和推导的淡水鱼肌肉热焓预测模型都有很高的拟合精度。鱼肌肉中含水率、可溶性固形物含量、蛋白质含量和脂肪含量等对冰点和冰点以上的表观比热有不同程度影响,其中可溶性固形物和含水率分别对冰点和常     

Heat-stable phytases in transgenic wheat (Triticum aestivum L.): deposition pattern, thermostability, and phytate hydrolysis

The present paper addresses the question of thermotolerance of in planta synthesized heterologous enzymes using phytase as a model. Two individual transgenic wheat materials expressing an Aspergillus fumigatus phytase with a low denaturation temperature (62.5 degrees C) but a high refolding capacity, and a rationally designed consensus phytase engineered to a high denaturation temperature (89.3 degrees C), were evaluated. High levels of endosperm specific expression were ensured by the wheat high molecular weight glutenin 1DX5 promoter. Immunodetection at the light and electron microscopical level shows unequivocally that the heterologous phytase is deposited in the vacuole, albeit that the transformation constructs were designed for secretion to the apoplast. Evaluation of heat stability properties and kinetic properties unraveled that, under these deposition conditions, heat stability based on high unfolding temperature is superior to high refolding capacity and represents a realistic strategy for improving phosphate and mineral bioavailability in cereal-based feed and food.     

土壤源热泵非稳态热流热响应试验中岩土热物性参数的确定

在土壤源热泵系统现场热响应试验时,复杂的现场状况会影响热响应试验中恒加热功率的实现,结合测试现场的实际状况,该文提出了非稳态热流工况下确定岩土热物性参数的方法。通过建立非稳态热流热响应试验系统模型,实施系统优化,使地埋管换热器进出水平均温度计算值和实测值的平方和最小,确定最优的岩土导热系数和容积比热容2个参数。对比同一测试地点的恒热流和非稳态热流热响应试验确定的2个热物性参数的结果,非稳态热流工况系统优化方法确定的岩土导热系数的相对误差为1.2%,容积比热容的相对误差为0.7%。同时,在非稳态热流工况下,利用系统优化方法确定热物性参数可适当缩短热响应试验的测试时间,降低了测试成本,为土壤源热泵系统热响应试验的实施和岩土热物性参数的确定提供了重要参考。     

利用热脉冲-时域反射技术测定土壤水热动态和物理参数 Ⅰ.原理

由于土壤特性的时空变异性 ,对土壤含水量、温度、热特性以及其它物理参数的动态监测是土壤学研究的重要课题。本文以热脉冲技术和时域反射技术的理论为基础 ,介绍了利用热脉冲技术 时域反射技术 (Thermo TDR)连续定位测定土壤含水量、电导率、温度和热特性的原理 ,并利用土壤热特性与容重和含水量的关系 ,导出了土壤容重、饱和度和通气孔度的计算公式。     

探针有限特性对热脉冲技术测定土壤热特性的影响

在利用热脉冲方法测定热特性时,通常对探针形状做理想化处理,即假设探针为线性热源,热导率无限大而热容量为零。在实际应用中,探针本身的有限特性(有限半径以及有限热容量)会导致热特性测定误差。为了研究探针有限特性对热脉冲技术测定土壤热特性的影响,该研究采用改进的热脉冲探针(直径2 mm、长度40 mm、间距8 mm)测定土壤热特性,并分别使用PILS(pulsed infinite line source,无限长线性脉冲热源)和ICPC(identical cylindrical perfect conductors,近似圆柱形完美导体)2种理论估计土壤热特性,比较分析了探针有限特性对热脉冲技术测定热特性结果的影响。结果表明:1)与PILS理论相比,利用ICPC理论拟合得到的温度升高曲线,可以有效减少探针有限半径和热容量对土壤热特性测定结果的影响。与ICPC理论相比,在0.03~0.25 m3/m3的含水率范围内,用PILS理论得到的砂土热扩散率和热导率分别偏低11.8%和5.2%;与模拟热容量相比,PILS和ICPC理论分别将热容量高估16.1%和7.9%;2)探针有限特性对土壤热特性的影响与含水率有关:在干土上最大;随着土壤含水率的增加,其影响逐渐降低。该研究对提高热脉冲技术测定土壤热特性的准确性具有指导意义。     

利用热脉冲时域反射技术测定土壤水热动态和物理参数Ⅱ.应用

土壤含水量、温度、热特性以及其它物理参数的动态监测是描述土壤中各种物理、化学和生物过程的基础。本文利用热脉冲 -时域反射技术 (Thermo -TDR)对不同质地土壤的含水量、电导率、温度、容积热容量、导热率和热扩散系数进行了测定 ,并利用土壤容积热容量与容重和含水量的关系 ,计算了土壤容重、通气孔度和饱和度。结果表明 ,Thermo -TDR技术能够提供可靠的土壤含水量、温度、容重、通气孔度和饱和度的信息。本文也分析了Thermo -TDR技术的测定误差并探讨了降低误差的对策     

温室多层覆盖传热的数值模拟与验证

为准确地掌握温室中不同材料和不同使用条件下多层覆盖的传热和保温特性,该文在前人研究的基础上建立了温室多层覆盖传热的理论模型,并开发了模拟其传热过程与计算传热量和传热系数的计算机程序,可根据覆盖材料的红外辐射特性、覆盖层构造参数以及工作环境等条件,定量分析覆盖层的传热情况,得出传热量以及传热系数的理论计算值。实测结果表明,传热量以及传热系数的理论计算值与试验测定值较为一致,表明该多层覆盖传热的理论模型具有较高的准确性。     

Supplementation of laying-hen feed with palm tocos and algae astaxanthin for egg yolk nutrient enrichment

Adding supplements to hen feed can increase egg nutritional value. Astaxanthin, tocotrienols, and tocopherols are potent antioxidants that provide health benefits to humans. We hypothesized that the addition of these nutrients to hen feed would result in an increased nutrient content in egg yolk with minimum changes in functional properties. Laying hens (Hy-Line W-36 breed) were fed four diets with different supplementation levels of palm toco concentrate and algae biomass containing astaxanthin for 8 weeks. Egg yolks were analyzed for physical, chemical, and functional properties. The feed with the highest nutrient concentration was also studied for stability of these antioxidants using the Arrhenius approach. No significant differences were observed in functional properties except for emulsification capacity and sensory characteristics among eggs from different diet treatments. Changes in egg yolk color reached the maximum values at day 8. Incorporation of tocopherols and tocotrienols increased until day 8, astaxanthin incorporation increased until day 10, and all decreased thereafter. Feed nutrients resulted in a dose-response relationship of these compounds in the egg yolk. The transfer efficiency ranged from 0 to 9.9% for tocotrienols and tocopherols and from 7.6 to 14.9% for astaxanthin at their peak values. Results of the Arrhenius accelerated stability study showed significant differences in the shelf life of various nutrients, and these results can be used to properly formulate and store the feed materials.     

地表覆盖对土壤热参数变化的影响

覆盖条件下土壤热性质的研究对于包气带水热运移及覆盖技术的应用均有重要意义。使用11针热脉冲探头对沙黄土不同深度(6 mm、18 mm、30 mm)的土壤热扩散率、热容量和热导率三个热参数进行测定,并进行地表覆盖(石子覆盖、秸秆覆盖)处理,旨在探究覆盖条件下表层土壤热性质动态变化过程及土壤热参数与水分的内在联系。结果表明:(1)相对于裸土,石子和秸秆覆盖条件下土壤热参数增大,且覆盖对于靠近表层土壤热参数的影响更加明显;(2)随降雨的发生,土壤热参数均增大,在两次降雨期间,土壤热参数逐渐减小,覆盖与裸土热参数差异逐渐增大;(3)三个热参数随降雨的发生,其动态变化过程表现不同,热容量对降雨的响应最为敏感,热导率次之,热扩散率开始减小的时间较热导率和热容量滞后,三个深度滞后时间均在48 h以上,而且覆盖以后热扩散开始减小的时间较裸土推迟(48 h以上)。土壤容重不变的情况下,在频繁干湿交替的过程中土壤水分为土壤热参数变化的最主要影响因素。覆盖条件下土壤热参数与土壤含水量关系研究表明:石子和秸秆覆盖条件下土壤热参数与土壤含水量的变化关系与裸土条件下一致,热导率与含水量呈幂函数增加的趋势,热容量随含水量线性增加,热扩散率随含水量增加先增后减,本研究所用沙黄土热扩散率峰值对应的含水量在0.20 cm3cm-3左右。由以上结果可以发现覆盖对近表层土壤热参数的动态变化有显著的影响,覆盖的保水效应直接影响土壤热参数的变化。     

玉米农田行尺度土壤热特性变异特征及其对土壤含水量和温度的响应

农田土壤热特性受地表能量平衡、土壤特性和作物生长的影响,存在显著的时空变异性,而目前缺乏关于作物行尺度土壤热特性变异特征的研究。本研究采用定位试验,利用热脉冲技术监测了玉米农田行尺度四个位置处（1/2行间、1/4行间、棵下和棵间）两个深度（2 cm和4.5 cm）土壤热特性的时空变异规律,并分析了土壤温度和含水量对土壤热特性的影响。结果表明,在试验期间,热导率、热容量和热扩散率的变化范围分别为0.66—2.22 W/(m?K),1.46—4.49 MJ/(m3?K)和4.07×10-7—6.88×10-7 m2/s。降雨之后,热导率和热容量增加,且随着时间推移逐渐降低。2 cm深度的土壤热特性的波动较大,棵下位置土壤热导率和热容量值最大,波动最为明显;土壤热扩散率在1/2行间位置最大。在4.5 cm深度,各位置土壤热特性变化趋势基本一致,土壤热导率和热容量值在1/2行间位置最大,土壤热扩散率在棵间位置最大。综合两个土层数据得出1/4行间位置的热导率和热容量更具代表性。本研究中土壤热特性对土壤含水量的响应规律较为明显,随着土壤含水量增加,热导率和热容量线性增加,热扩散率则表现出先增加后降低的规律。在测定的土壤温度范围内,热扩散率随土壤温度增加呈上升趋势。该研究可以为农田水热管理提供理论依据。