相场法模拟冷冻浓缩过程冰晶生长的可行性探讨

为解决在冷冻浓缩过程中可溶性固体被冰晶夹带损失的问题,从冷冻浓缩的原理出发,利用冰晶是一种凝固组织的性质,探讨了国内外金属微观结构研究领域非常热门的相场模型,阐述了其从微观上模拟冷冻浓缩过程冰晶生长的可行性及其理论意义。     

各向异性强度对冷冻浓缩过程冰晶生长影响的相场法模拟

针对各向异性参数与实际物性参数的关系无法用试验方法准确获得的问题,采用描述相变微观结构的相场模型,探讨各向异性强度对冰晶生长形貌和冰晶的溶质分布的影响,确定模型中各向异性强度系数的合理取值。结果表明:各向异性强度系数取值大小对冰晶的形貌有很大影响,取值越大,冰晶的二次分枝越发达,且尖端速度波动的幅值越大,但对冰晶大小影响不大;各向异性强度系数取值大小对冰晶的溶质分布也有较大影响,取值越大则冰晶前沿溶质越富集,溶质分布波动范围越大。各向异性强度系数取值范围为0.010~0.025时,模拟获得的形貌与低温显微镜下观察到的冰晶生长形貌试验结果较为吻合,能够较真实地反映冷冻浓缩过程冰晶生长形貌。     

荔枝汁冷冻浓缩冰晶生长的动力学分析和相场模拟

针对冷冻浓缩工艺因冰晶夹带造成果汁中可溶性固形物损失的问题,以荔枝汁为研究对象,探讨冷冻浓缩过程冰晶生长的影响因素。在采用冷冻浓缩动力学模型进行分析的基础上,借鉴国内外金属微观结构研究领域的相场模型,模拟冰晶生长的规律。结果表明:冰晶增长速率与冰晶质量成正比,同时也受最大冰晶质量的抑制。相场模拟冷冻时间越长,降温速率越大,冰晶枝状越发达,引起冰晶的夹带率越高,果汁可溶性固形物损失越大。     

过冷度对冷冻浓缩过程冰晶生长的宏微观研究

为了降低冷冻浓缩过程因冰晶夹带造成的损失,以过冷度为研究对象,先从宏观上以荔枝汁为原料探讨过冷度对冷冻浓缩冰晶夹带率的影响,再借鉴国内外金属微观结构研究领域非常热门的相场模型,微观上探索过冷度对冰晶组织的形成规律和控制方法,结果表明,过冷度是造成冷冻浓缩冰晶夹带率的重要影响因素之一.     

果汁等温结晶过程冰晶生长的相场法模拟

针对冷冻浓缩过程冰晶夹带造成果汁可溶性固形物损失而限制其推广使用的问题,采用国内外描述相变微观结构的相场模型,将果汁体系视为水和溶质二元系统,从微观上模拟冰晶生长的演变过程。探讨扰动对晶体二次分枝生长的影响,修正各向异性的模数,并通过改变各向异性强度系数,获得冰晶模拟的各向异性强度系数合适取值,进一步分析结晶模拟时间对模拟结果的影响,与试验结果进行验证。结果表明:扰动通过诱发侧向分枝的生长,从而影响晶体形貌;各向异性会影响冰晶生长形貌,各向异性强度系数太小,分枝不明显,太大,会造成冰晶非对称生长;模拟结果与试验结果两者吻合较好。     

界面厚度对果汁等温结晶冰晶生长影响的相场法模拟

将果汁体系视为水和溶质组成的二元系统,采用相场法模拟二元系统的相变微观结构,研究了等温结晶过程中,界面厚度对冰晶生长的形貌及溶质分布的影响,确定模型中界面厚度的合理取值。结果表明:界面厚度对冰晶的形貌有正负影响。在扰动干扰的范围内,二次枝晶随着界面厚度的增大而越来越发达,枝晶尖端也尖锐;在扰动干扰范围外,晶粒不产生二次枝晶,同时主轴枝晶变细,部分主轴枝晶消失。界面厚度取值越大,晶粒生长速率越快,而枝晶尖端半径减小。界面厚度取值在3dx左右能较好地反应枝晶生长形貌及提高计算效率。     

新疆驴精液浓缩冷冻的研究

试验以假阴道采集新疆驴精液,并用5种不同稀释保护液稀释冷冻后,选取其中较为理想的稀释液作为对照组,再通过2种不同的离心方法进行离心浓缩试验,并对解冻后精液的品质进行检测。结果表明:(1)5号稀释液冷冻-解冻精液后,精液活力、顶体完整率要显著高于其他4种稀释液(P<0.05);(2)先添加生理盐水再离心浓缩(离心2组)冻后精液的活力要显著高于对照组和离心1组(P<0.05),在顶体完整率方面,对照组要显著高于离心组(P<0.05),而对照组的尾部畸形率要显著低于离心组(P<0.05)。     

悬浮式冷冻浓缩中试设备的适应性研究

为了解自制的改造后的冷冻浓缩中试设备的可行性,该研究利用低浓度的贡丸水煮液和中高浓度的橙汁检验冷冻浓缩中试设备对不同物料的适应性,并以贡丸水煮液浓缩为例计算能耗,结果表明,冷冻浓缩中试设备可将150kg、浓度1.6°Brix的贡丸水煮液浓缩至60.95kg、浓度4.7°Brix;可将300kg、浓度13°Brix的橙汁浓缩至88.27kg、浓度32°Brix。浓缩贡丸水煮液共耗时27.7h,生产冰晶单位耗能约为1 210.17k J/kg,比蒸发浓缩节能53.1%。     

高压脉冲电场处理冷冻浓缩枇杷汁的研究

液体食品电导率的高低直接影响高压脉冲电场（Pulsed Electric Field,PEF）的电场强度,冷冻浓缩后的液体食品电导率降低,有利于高压脉冲电场的杀菌效果。本研究将冷冻浓缩后的枇杷汁通过高压脉冲电场处理,并探讨不同条件对冷冻浓缩枇杷汁电导率的影响,结果表明：在前处理时,均质、脱气可有效地提高高压脉冲杀菌过程中仪器的稳定性和可靠性;经预冷后的不同浓度枇杷汁的电导率随着温度的降低而逐渐减小,PEF处理冷冻浓缩后枇杷汁的杀菌效果与仅用PEF处理效果相当。     

固相萃取-平行浓缩法测定食品中合成着色剂的研究

本试验利用PWAX混合型弱阴离子交换柱吸附食品中的合成着色剂,采用氨化甲醇溶液洗脱,结合平行浓缩仪,测定食品中的合成着色剂。与《食品中合成着色剂的测定》(GB/T 5009.35—2016)相比,该测定方法浓缩时间短、回收率高、重复性好、稳定性好,适用于大批量样品的同时检测。     

偃麦草根茎蛋白质对冰晶修饰能力的观察

以黑龙江省野生偃麦草为试验材料,选取冬季、春季和夏季的偃麦草根茎,提取全蛋白和非质体蛋白,通过对3个时期蛋白质进行SDS-PAGE分析,发现全蛋白中有冬春季节特有的两条蛋白多肽,分子量分别是52 ku和26 ku,其中52 ku在非质体蛋白电泳谱中出现。同时在相差显微镜下观察到冬季非质体蛋白提取液具有将冰晶生长修饰为六角形的能力,说明偃麦草非质体蛋白内含有抗冻蛋白,而52 ku蛋白可能为抗冻蛋白。     

静冰生消室内模拟试验研究及关键参数确定

基于嫩江岸冰原位观测数据,开展静冰生消过程室内模拟试验研究并确定关键参数。结果表明,依据模型试验相似关系,确定室内模型试验需考虑关键参数为几何比尺C_l、温度比尺C_T、时间比尺C_t与试验室修正系数C_α;通过建立冰冻度日相似准则,应用相似原理推导得出:(C_l/C_α)~2=C_TC_t;基于原型试验中太阳辐射变化过程对室内模拟试验作合理光照补偿,在确定C_l=19,C_T=1.51条件下,得到试验室修正系数C_α值为0.55,冰厚增长系数α为1.76,时间比尺C_t=137.5;基于模型试验中相同参数,在冰厚生长后期对冰面作光照补偿,对比无光照组冰生消过程,光照补偿可较好模拟野外静冰生消过程,无光照冰厚增长系数α为1.96～1.98,有光照冰厚增长系数α为1.74～1.75,近似于模型比尺后原型α值(1.76);根据原型气温与太阳辐射变化过程,依据相同累积负温原则设计控温曲线,补偿合理光照,获得冰厚增长系数与冰厚生消过程均与原型相近结果。     

Observation on the modifying activity of the protein from Elytrzgia repens rhizome for ice crystal

In winter,spring and summer,the rhizome of wild Elytrzgia repens of Heilongjiang Province was selected to extract the soluble which whole protein and the apoplastic protein,and analyzed by SDS-PAGE.The result indicated that there were two specific polypeptides in two types protein from winter;their relative molecular weight were identified as 52 ku and 26 ku by analyzing software:the apoplastic protein from winter had the ability of modifing the growth of ice crystal which appeared hexagonal in shape observed with the phase-contrast photomicroscope.So the apoplastic protein from winter has the antifreeze characters and the 52 ku protein is more likely the antifreeze protein.     

甲烷水合物在冰浆中的鼓泡生成特性

以水合物的形式储运天然气具有储存压力低、安全可靠等优点,但水合物在天然气储运技术领域的应用仍然受到储气量低、生成速度慢等因素的限制。以甲烷水合物为研究对象,通过试验研究了压力、恒温浴温度、表面活性剂SDS质量浓度以及甲烷气体进气时间对甲烷水合物在冰浆中鼓泡生成的作用规律。试验压力范围为4～6 MPa,恒温浴温度范围为-1～1℃,表面活性剂SDS质量浓度范围为100～800 mg/L。结果表明:压力变化对最终的储气体积摩尔浓度影响不大;当恒温浴温度由-1℃上升至1℃时,反应持续时间缩短11.5%～17.4%,储气体积摩尔浓度降低7.4%～8.5%;适当延长进气时间,有助于缩短诱导时间,提高甲烷水合物的生成速率和最终储气体积摩尔浓度。     

1989-2018年南极布兰斯菲尔德海峡海冰时空变化分析

基于1989—2018年美国冰雪中心海冰密集度数据,分析近30年南极布兰斯菲尔德海峡及附近海域海冰分布规律及变化趋势。结果表明,布兰斯菲尔德海峡内部海冰属于1年冰,海冰密集度于2月达到最低,8月达到最高,历史上强厄尔尼诺年份与该区域海冰密集度较低的年份存在明显对应关系。对30年冰情线性拟合得到年际变化趋势,海峡内结冰月份普遍延迟,年结冰月数以减少为主。3个代表站点的海冰密集度分析结果显示,海峡内A站点海冰变化与海峡口外北部海域B站点的相关性较强,与海峡口外南部靠近威德尔海区域C站点的相关性弱。循环神经网络模型可用于预测和分析海冰密集度的时序变化,尤其是适合海冰密集度相对较低的时序分析。     

中国渔业用冰量的分析评估

随着我国渔业生产的发展,渔业用冰需求量逐渐增大,而我国目前尚无官方公布的渔业用冰需求量统计数据,制冰企业无法根据市场需求调节生产规模;制冰企业对用冰消费市场结构和发展趋势不掌握,直接造成制冰企业生产存在盲目性。通过建立经典的线性回归模型,估算出1995—2016年渔业用冰量,并与全国水产冷库制冰量趋势线相拟合,得出两者趋势一致的结论。表明估算得到的结果相对客观准确,符合我国渔业用冰的实际情况。通过异方差检验、平稳性检验、协整检验等一系列计量检验,表明回归模型不存在异方差,变量之间存在稳定及长期均衡关系,因而估算结果具有严格的统计意义。从总体趋势上看,我国的渔业用冰量不断增长,说明我国渔业生产规模正呈现不断扩大的趋势。进一步研究表明:我国涉渔第一产业预估用冰量占比较大,为40.74%,但年均增长率为3.04%;涉渔第二产业预估用冰量在三个产业中占比最小,为12.17%,但年均涨幅最高,达到7.99%;涉渔第三产业预估用冰量占比最高,为47.09%,且年均增长率为4.73%。预计到2030年,渔业总用冰量达到1 927万吨。