基于灰色系统理论用机械特性指标预测苹果贮藏品质特性

研究了用机械特性指标测定和预测苹果贮藏品质的理论和方法。通过对冷藏条件下苹果理化特性与机械特性的连续测定,用灰色关联分析法研究了苹果理化特性与机械特性之间的关系,可知各理化特性指标对机械特性指标有不同程度的影响;用灰色系统理论的GM(1,5)模型建立了苹果品质多因子动态变化的数学模型,可确定苹果理化特性的各项指标对机械特性指标的影响与作用;用灰色系统理论的GM(1,2)模型确定了苹果机械特性与理化特性之间的关系,认为可用压缩时的最大力描述苹果的硬度、可溶性固形物、可滴定酸和水分,用压缩时的屈服力描述苹果的硬度、可滴定酸和水分,用弹性模量E0.5描述苹果的硬度;建立了灰色系统理论的预测模型GM(1,1),在贮藏过程中,可用该模型预测苹果机械特性和理化特性动态变化的规律。通过验证,确定了预测模型的可用性。结果表明,用机械特性指标测定和预测苹果的贮藏品质是可行的,有一定的理论意义和实用价值。     

品种和辐照处理对变温压差膨化苹果脆片产品品质的影响

影响苹果变温压差膨化干燥产品质量的因素很多。本文选取国光、富士、红香蕉和黄香蕉4个苹果品种,分析苹果膨化前和膨化后产品的理化特性,研究不同品种的苹果对膨化产品品质的影响。结果表明:膨化产品风味最佳的是国光苹果,品质最佳的是黄香蕉苹果。选取国光苹果为代表,研究0、2和5kGy的辐照对膨化产品理化特性的影响,发现辐照可以软化苹果组织,提高苹果预干燥速率,对提高膨化产品脆度有作用,在一定程度上降低了膨化产品硬度。但在2和5kGy的辐照下,苹果膨化产品褐变严重,不利于产品品质的提高。     

适应市场需求开发21世纪苹果产业科技攻关新领域

通过苹果产品的市场特性分析预测了新世纪我国苹果产业的广阔前景。采用市场细分的方法把苹果市场划分为4个子市场，从中确定了苹果酒、脱水苹果、果渣利用等为苹果产业科技攻关新领域。提出了4项攻关策略。     

采后苹果电特性与生理特性的关系及其应用

为了了解果蔬的电学特性,并为果蔬品质自动化识别提供新方法,该文从生理特性角度分析了影响采后苹果电参数变化的原因。基于电参数的变化,将BP神经网络技术应用于苹果新鲜等级的识别。研究结果指出：采后红富士苹果相对介电常数的变化规律与乙烯释放量变化规律相似,电阻率与乙烯释放量变化规律相反,在乙烯释放峰出现时,相对介电常数达到最大值,电阻率达到最小值。根据采后苹果可溶性固形物含量和pH值的变化,将苹果分为3个新鲜等级,以相对介电常数和电阻率作为BP神经网络的输入特征参数,在2-20-3的网络结构下,苹果新鲜等级平均识别率达到79%。该研究为了解采后果品电特性变化的原因提供了信息,为基于电特性的新型果品内部品质检测技术的研究提供了基础。     

基于机械特性BP神经网络的苹果贮藏品质预测

应用L－M优化算法BP神经网络，通过用苹果机械特性指标(压缩时的最大力、屈服力、弹性模量)预测苹果贮藏品质(硬度、水分、可溶性固形物、总酸)的方法，建立贮藏品质的人工神经网络模型。用试验所测的机械特性指标为输入，苹果贮藏品质为输出来确定网络的拓扑结构，训练建立的BP神经网络。仿真结果表明：该神经网络模型用机械特性指标能预测苹果贮藏品质，同时通过5组非样本数据来验证该神经网络，模型的预测值与实测值的相对误差在5%以下，能够满足工程应用中预测苹果贮藏品质的精度要求。     

适宜贮藏温度和添加剂提高苹果粉稳定性

为提高喷雾干燥苹果粉的贮藏稳定性和优化贮藏条件,基于水分活度保藏理论和玻璃化转变理论,探讨了温度及添加剂对苹果粉吸附等温线和玻璃化转变温度的影响。采用静态称量法研究了苹果粉在不同温度(5、25和45℃)下的吸附等温线;采用Lewicki、GAB、Smith、Henderson和Peleg模型拟合试验数据,得到描述苹果粉水分吸附特性的数学模型;采用差示扫描量热法测定了添加β-环糊精、麦芽糊精、可溶性淀粉和玉米淀粉的苹果粉在贮藏温度40℃达到水分平衡时的玻璃化转变温度;采用Khalloufi,El-Maslouhi,Ratti方程拟合数据,探讨添加剂对苹果粉临界水分活度和临界平衡干基含水率的影响。结果表明,GAB模型为描述苹果粉水分吸附特性的适宜模型;苹果粉的平衡干基含水率随着水分活度的增加而增加,水分活度小于0.76时随着温度的升高而降低;苹果粉的玻璃化温度随平衡干基含水率的增加而降低,添加β-环糊精的苹果粉玻璃化温度较高,不易结块,有利于提高苹果粉的贮藏稳定性。研究可为苹果粉适宜干燥技术条件和贮藏条件的确立提供参考。     

苹果介电特性对其射频加热均匀性的影响

射频加热作为一种新型的热加工技术,在果蔬烫漂工艺中应用潜力巨大。介电特性是影响果蔬射频加热的主要因素,其大小受到电磁场频率、温度以及水等因素的影响,依据介电特性变化可以对果蔬烫漂工艺进行优化改进。该文选用富士和秦冠2个苹果品种,采用末端开路同轴探头技术测定了不同温度（25、40、60、80、95 ℃）,不同频率（12～3 000 MHz）下,苹果的介电特性的变化规律。采用6 kW、27.12 MHz的射频加热系统在不同极板间距（110、120、130 mm）下,对苹果块进行加热处理,通过荧光光纤测温探头监测样品的中心温度,得到3种不同极板间距下苹果块中心温度从25升至95 ℃的升温曲线和升温速率。用红外热像仪测定加热前后苹果块表面的温度分布,研究了苹果块射频加热均匀性。结果表明：苹果果肉的介电常数和损耗因子在12～3 000 MHz之间随着频率的增大先降低,后增大,再降低;温度对苹果果肉的介电常数和损耗因子的影响没有特定的规律;射频加热苹果块时,极板间距110 mm时升温最快,130 mm时升温最慢,各需要120和150 s。且苹果块中心温度随时间近似线性增长,射频加热过程中,苹果块表面温度分布表现出中心加热现象,即中心温度高,边缘温度低。     

山区土地利用多功能时空分异特征及影响因素分析

射频加热作为一种新型的热加工技术,在果蔬烫漂工艺中应用潜力巨大。介电特性是影响果蔬射频加热的主要因素,其大小受到电磁场频率、温度以及水等因素的影响,依据介电特性变化可以对果蔬烫漂工艺进行优化改进。该文选用富士和秦冠2个苹果品种,采用末端开路同轴探头技术测定了不同温度(20、40、60、80、95 ℃),不同频率（12～3 000 MHz）下,苹果的介电特性的变化规律。采用6 kW、27.12 MHz的射频加热系统在不同极板间距（110、120、130 mm）下,对苹果块进行加热处理,通过荧光光纤测温探头监测样品的中心温度,得到3种不同极板间距下苹果块中心温度从25升至95 ℃的升温曲线和升温速率。用红外热像仪测定加热前后苹果块表面的温度分布,研究了苹果块射频加热均匀性。结果表明：苹果果肉的介电常数和损耗因子在12～3 000 MHz之间随着频率的增大先降低,后增大,再降低;温度对苹果果肉的介电常数和损耗因子的影响没有特定的规律;射频加热苹果块时,极板间距110 mm时升温最快,130 mm时升温最慢,各需要120和150 s。且苹果块中心温度随时间近似线性增长,射频加热过程中,苹果块表面温度分布表现出中心加热现象,即中心温度高,边缘温度低。     

苹果的介电特性与新鲜度的关系研究

采用平板电极，用破坏性方法研究了金帅苹果切片组织的介电特性与新鲜度的关系，结果表明：在１００Ｈｚ～１００ｋＨｚ的测试频段内，苹果的储藏时间越长，其果肉组织的阻抗值越大，相对介电常数和介质损耗因数越小；其中在１０～１００ｋＨｚ的频率范围内，苹果的介电特性与新鲜度具有明显的相关性。     

苹果碰撞响应数学模型的研究

通过苹果的碰撞损伤试验，建立了描述苹果碰撞过程的加速度——时间曲线的数学模型，分析了该模型中各参数对碰撞特性及损伤的影响     

基于流变特性的不同品种苹果果皮质地评价

为探究苹果果皮表面碎裂损伤的原因和评价不同品种果皮的质地。采用电子万能试验机对丹霞、红富士和新红星苹果果皮进行拉伸松弛和蠕变特性试验,得到了果皮松弛的初始应力、残余应力、应变保持和蠕变的初始应变、应力保持、蠕变量;建立了苹果果皮松弛和蠕变的数学模型,对松弛和蠕变特性参数进行了相关性和主成分分析。结果表明:松弛和蠕变试验结果揭示出不同品种果皮的流变特性和内部组织结构存在差异。不同品种果皮的初始应力较大时,松弛平衡后的残余应力较大;初始应变较大时,蠕变量较小。新红星果皮的弹性因子贡献率较高,而红富士果皮的黏性因子贡献率较高,反映出红富士果皮表面中较新红星和丹霞果皮表面容易碎裂损伤,在采收、运输等过程中红富士的果皮较新红星和丹霞的果皮易受机械损伤。研究结果可为苹果品种的优育及其质地评价体系的建立和完善提供参考。     

苹果果实成熟期间电特性的研究

为了了解果实成熟期间电特性的变化规律,该文以红富士苹果为对象,研究了测试信号的频率和电压对成熟期苹果电参数的影响,果实生长中电参数和生理生化参数的变化,并分析了电参数变化的原因。研究结果表明：频率对苹果电参数的影响规律与苹果成熟度无关,但电压对苹果电参数的影响规律与苹果成熟度有关。苹果成熟期间,其呼吸强度持续下降;果实成熟前期,相对介电常数和pH值逐渐下降,后期逐渐增大;而电阻率和可溶性固形物含量在前期逐渐增大,后期减小。这些参数的转折点皆出现在同一时间,说明电参数与苹果内部品质之间存在必然的联系,可以用电参数反映内部物质成分的变化。     

辐照预处理对苹果脱水特性的影响

采用60Co γ射线辐照处理苹果,研究了苹果细胞结构变化对其脱水速率的影响,以及不同辐照剂量对苹果的脱水速率的影响和不同热风干燥温度时的脱水特性[1].结果表明:苹果组织结构和液胞膜的损伤程度随剂量的增加而加剧,脱水速率与辐照剂量呈正相关;辐照剂量与热风干燥温度呈负相关,确定了适宜的预处理剂量、干燥温度和切片厚度.     

辐照预处理对苹果脱水特性的影响

采用6 0 Coγ射线辐照处理苹果 ,研究了苹果细胞结构变化对其脱水速率的影响 ,以及不同辐照剂量对苹果的脱水速率的影响和不同热风干燥温度时的脱水特性[1] 。结果表明 :苹果组织结构和液胞膜的损伤程度随剂量的增加而加剧 ,脱水速率与辐照剂量呈正相关 ;辐照剂量与热风干燥温度呈负相关 ,确定了适宜的预处理剂量、干燥温度和切片厚度。     

苹果采摘机器人柔顺抓取的参数自整定阻抗控制

为了实现苹果机器采摘过程中的柔顺抓取以减小果实损伤,该文在对苹果抓取过程的力学特性变化规律分析的基础上,提出了苹果采摘机器人柔顺抓取的参数自整定阻抗控制方法。首先,利用Burgers黏弹性模型表征苹果的流变特性,将抓取过程分为匀速加载、夹持减速、应力松弛3个阶段,在此基础上求解获得苹果形变量随时间的变化规律和果实接触力与变形量的变化关系。然后,求解出所设计的基于力的阻抗控制系统的期望输入以及抓取环境接触力模型。最后,针对阻抗控制器参数对接触力的影响,构造阻抗参数自整定变化函数,完成改进阻抗控制系统设计。仿真及试验结果表明:依据果实抓取模型及变形规律求解期望位置的方式来模拟末端执行器对苹果的抓取过程是可行的,所建立的抓取环境接触力模型在一定程度上能够避免将环境模型简化为一阶模型而产生的误差。改进阻抗控制得到的期望抓取力更加平顺,其超调量约为2.3%,接触力调节时间减小到0.48 s,接触力的超调量约为2%,较未改进阻抗控制的接触力超调量减小了37.5%。研究结果可为苹果采摘机器人的柔顺控制方法提供参考。     

苹果内部品质的电特性无损检测研究

利用智能LCR测试仪、圆形平板电极系统和PC计算机及自主开发的水果电特性无损检测软件,用非接触式无损检测方法在线测定了不同内部品质的苹果的电特性的差异。结果表明,在5～100 kHz的频率范围内,有腐烂或损伤的苹果的阻抗比完好的要小,但测试结果受频率漂移影响较大;在33～100 kHz频率范围内,有腐烂或损伤的苹果的相对介电常数比完好的要大,测试频率的变化对相对介电常数基本无影响;损耗因数的变化则无一定的规律性。因此,用相对介电常数来进行水果内部品质的判别是可行的。     

电激励信号的频率和电压对果品电特性的影响

采用无损接触检测及交叉试验法研究了电激励信号的频率和电压对果品电特性的影响。研究结果表明：在0.2～2.5 V的电压范围内，苹果电参数存在一电压临界值。若信号电压小于临界值，苹果的电容、电阻以及损耗角正切值保持不变，若电压大于该值，随着电压的增大，电容和电阻值迅速下降，损耗角正切值急剧增大；电压临界值与频率有关，在5～100 kHz的频段内，30 kHz下的电压临界值最大；猕猴桃、梨同苹果电参数的频率特性相同，而且也存在电压临界值；10 kHz下，苹果、猕猴桃和梨的电压临界值分别为0.8、1.8和1.4 V。文中提出了基于电压临界值的果品种类识别方法，验证结果表明，该方法对苹果、猕猴桃和梨的识别率分别为100%，93%和90%。     

损伤苹果微弱光特性的试验研究

为了探索以微弱光特性识别损伤果品的新方法,以富士苹果为试验材料,研究了撞击和静压损伤苹果微弱光值的变化规律.试验结果表明:撞击和静压损伤皆影响果品的微弱光,这种影响存损伤瞬间尤其明显;损伤面积较大以及损伤深度较大的果品,微弱光的变化比较明显;在苹果发生损伤后8 h内,苹果的微弱光值不再保持稳定,出现了一定的跃变,而损伤的程度越严重,波动的幅度越人:破损后储藏期问,撞击损伤苹果的吸光值持续降低并出现缓慢波动;静压损伤苹果的吸光值持续降低后急剧下降,而同期的无损苹果的吸光度的变化则非常缓慢.研究表明:采用微弱光检测数据,能很好的将受损苹果从苹果中区分出来.微弱光作为一种灵敏的检测技术,可以应用于损伤苹果品质检测.     

脉动压差闪蒸处理对苹果片水分散失特性及品质影响

为了研究苹果片水分散失特性及品质变化规律,该文采用脉动压差闪蒸技术对苹果片进行干燥处理,结合低场核磁共振技术、重量法、物性分析等技术,分析苹果片水分散失特性和品质变化。闪蒸是脉动压差闪蒸干燥的一个中间阶段,也是一个至关重要的环节,因此该文着重研究闪蒸温度和闪蒸次数对瞬间脉动压差作用引起的水分散失、水分状态变化及苹果脆片品质的变化。试验结果显示:闪蒸温度对苹果片水分散失和品质都有影响,温度过低产品酥脆度不佳,温度过高引起脆片品质下降,由此得到适宜的闪蒸温度为95℃;多次脉动闪蒸对水分散失和质构的形成有促进作用,由于闪蒸瞬间温度和压力的突然降低,水分瞬间汽化为蒸汽,苹果片含水率降低,可以缩短干燥时间,提高脆片品质;闪蒸量随脉动次数的增加呈现出先上升后下降的趋势,这与苹果片内水分状态变化有关,初期以自由水为主而容易散失,后期以不易流动水和结合水为主,水分逐渐从高自由度向低自由度转变,导致水分散失速度减慢,水分闪蒸量减少;此外,核磁共振信号幅值的降低说明闪蒸作用可以促进水分散失;闪蒸促进水分散失的同时,引起内部结构膨胀,减少脆片干燥皱缩现象;闪蒸次数对苹果脆片品质也有一定影响,次数过多引起色泽变暗、膨化度降低、口感变差,综合各方面品质特性变化,得到闪蒸5次较为适宜。该试验结果可以为闪蒸作用对水分散失特性及品质影响研究提供理论基础。     

苹果内部品质自动化无损检测系统的原理与实现

介绍了一个苹果内部品质自动检测系统的原理性样机，该样机在计算机控制下基于介电特性实现苹果品质检测。待检测苹果的介电参数通过两只电容传感器和LCR(电感-电容-电阻)测量仪进行采样并输入样机内的控制计算机。选择等效电容(介电参数之一)作为苹果等级分类变量。对于一批待检测的苹果，其最佳分类阈值可通过对抽选出的合格和等外样本的在线学习获得。试验结果表明，该样机可获得良好的分类效果。在待检苹果直径为7.0 cm～8.5 cm，坏损部分的直径大于2 cm，电容传感器工作频率为1 kHz时，以学习得到的最佳分类阈值进行分类，分级正确率大于80%，分级效率达到2.5 s分选一个苹果，接近人工分选效率。