“农产品与新型食品高值化绿色加工新技术”专题

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  • 1  “农产品与新型食品高值化绿色加工新技术”专题导读
    本刊编辑部
    2021, 37(4):0-0. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.4.000
    [摘要](810) [HTML](0) [PDF 412.43 K](605)
    摘要:
    现代食品加工产业是与公众的膳食营养和饮食安全息息相关的“国民健康产业”。全球食品加工产业正在向多领域、多梯度、深层次、高技术、智能化、绿色化、高值化、全利用、高效益、可持续的方向发展。随着一大批新技术的开发、新业态的出现、新模式的形成和新产业的发展,现代食品加工产业不仅成为拉动中国国民经济发展的“新兴产业”和新的经济“增长点”,也将拓展现代农业发展的“新空间”,成为引领和带动中国现代农业发展的“新动力”。为更好地宣传报道中国农产品绿色加工技术装备和新型食品加工技术研究领域的最新研究成果,本刊特别策划“农产品与新型食品高值化绿色加工新技术”专题,共刊发6篇相关研究成果文章。 郑先哲教授团队采用模拟与试验相结合的研究方法,利用多物理场耦合软件实现了浆果连续式微波干燥过程的动态模拟,通过表征电场强度和微波能吸收的分布,探明微波干燥腔内的微波传递和电场分布规律;结合料层内的温度和水分变化特性,解析微波干燥过程的能量利用效率和均匀性变化规律;优化得到微波干燥机高功率多磁控管条件下的能量输入模式,可为果蔬类农产品微波干燥的工业化应用提供参考。杨德勇团队结合玉米籽粒的多组分结构特征及热物理特性和介电特性的异质性,建立了玉米籽粒的三维二组分物理几何模型和射频加热数学模型,该模型不仅准确地模拟了射频加热过程中玉米籽粒的温度变化,还揭示了玉米籽粒的射频选择性加热机理,获得了不同放置姿态和含水率对玉米籽粒射频选择性加热的影响规律,可为射频加热过程玉米籽粒温度变化的精准预测、玉米籽粒杀菌和干燥等绿色加工技术提供理论参考。刘书成团队采用熔融沉积成型3D 打印技术制备精准营养与个性化膳食营养补充剂胶囊支架,通过建立神经网络模型优化胶囊支架3D打印参数,优化的结果打印精度高和保真度较好,可为膳食营养补充剂或保健食品个性化制造提供参考,具有很好的实用价值及应用前景。孙文秀团队制备了天然型敏感材料花青素纳米纤维智能标签,并应用于羊肉新鲜度检测,并建立可靠的预测模型,可根据花青素纳米纤维智能标签颜色变化初步实现羊肉新鲜度的无损、实时和可视化检测,为解决肉类智能化检测提供了新思路,具有一定的实际应用价值和参考意义。白艳红团队利用介质阻挡放电等离子体改性营养价值高、功能性质较差鹰嘴豆分离蛋白,等离子体处理作为一种新型改性技术,在提高蛋白功能性质方面发挥重要作用,处理后鹰嘴豆分离蛋白溶解性、乳化活性和乳化稳定性得到显著的改善,研究结果对于开发良好性能的新型产品及指导实际生产实践具有重要意义。万鹏团队以典型大宗淡水鱼为研究对象,基于水平往复振动原理开展淡水鱼头尾定向输送方法分析,探究了输送带类型、鱼鳞状态、振动频率、振幅等对鱼体头尾定向输送效果的影响规律,通过试验得出适宜的振动输送条件,研究结果为淡水鱼自动化、高效加工设备研发有一定的借鉴价值。 本专题集中刊发的6篇系列文章,分别来自东北农业大学、中国农业大学、广东海洋大学、内蒙古农业大学、郑州轻工业大学、华中农业大学等机构,源于国家自然科学基金面上项目、中央级公益性科研院所基本科研业务费专项、国家重点研发计划项目等资助的研究成果,从理论研究到实用技术,具有创新性和实用性,对促进中国农产品高效加工和新型食品加工技术发展具有重要的理论价值和现实意义。
    2  微波干燥浆果过程中料层电场分布影响能量利用分析
    王磊,沈柳杨,刘成海,刘钗,郑先哲
    2021, 37(4):1-10. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.4.001
    [摘要](1030) [HTML](0) [PDF 5.54 M](827)
    摘要:
    浆果微波干燥时,果浆料层内部的电场随着温度升高和水分下降产生复杂、多变分布,直接影响微波能量的利用和干燥均匀性。为了解析树莓果浆微波干燥过程中的料层内电场分布影响微波能量利用的规律,通过对连续式微波干燥机设置4种输入功率(12、15、18、21 kW),从而控制干燥腔顶部磁控管开启模式,根据开启磁控管的数量和位置的变化进而解析果浆料层上的电场分布及变化规律;建立料层上电磁、质热传递的耦合模型确定果浆料层内的微波能吸收分布,结合料层内温度和水分的变化特性,探明微波干燥腔内的微波传递和能量利用效率规律。结果表明,不同功率下模拟和实测温度的均方根误差值分别为5.8、4.1、6.7、6.9 ℃,证明用所建立模型表征果浆物料层内的电场强度和微波能吸收分布具有较高的可信度。微波腔内开启磁控管的位置和数量决定横电场或横磁场的平面波,而平面波的入射角决定微波能转化热能能力。矩形磁控管波导开启模式为平行排列,且在长边方向上中心点间距为1/4微波波长的奇数倍时,高低电场的交错分布提高了整个料层的电场均匀性。高均匀分布的电场强度提高了微波能的吸收和转化效率,并改善干燥后物料的温度均匀性。研究结果可为提高连续式微波干燥机的能量利用效率和干燥均匀性提供理论依据。
    3  低湿玉米籽粒的射频加热模拟与试验
    魏硕,谢为俊,郑招辉,范奔,杨德勇
    2021, 37(4):11-17. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.4.002
    [摘要](1036) [HTML](0) [PDF 8.22 M](678)
    摘要:
    为了准确预测射频加热过程低湿(含水率13.0%~20.0%)玉米籽粒的温度分布变化,该研究结合玉米籽粒的多组分结构特征、热物理特性及介电特性的异质性,建立了玉米籽粒的三维二组分物理几何模型和射频加热数学模型,并利用验证后的模型研究不同姿态和含水率玉米籽粒的射频选择性加热。结果表明:射频加热过程中平放玉米籽粒温度的模拟值与试验值最大相对误差仅为3.47%,玉米籽粒中胚的温度高于胚乳,该模型能很好地预测籽粒内部的选择性加热现象。射频加热过程直立玉米籽粒的几何效应最强,显著提高了胚的电场强度和功率密度,导致其优先加热程度最大,其次是斜放和侧立玉米籽粒的,平放玉米籽粒中胚的优先加热程度最小。射频加热过程含水率为13.0%的玉米籽粒中胚与胚乳的温差逐渐增大,而含水率为16.5%和20.0%的玉米籽粒中胚与胚乳的温差先增大后减小;当玉米籽粒被加热至55 ℃时,含水率为16.5%的玉米籽粒中胚的优先加热程度最大,其次是含水率为13.0%玉米籽粒的,含水率为20.0%的玉米籽粒中胚的优先加热程度最小。研究结果揭示了玉米籽粒的姿态和含水率对其射频选择性加热的影响规律,可为射频加热技术应用于低湿玉米籽粒的热处理过程提供有益借鉴。
    4  神经网络优化膳食营养补充剂胶囊支架3D打印工艺
    陈虹竹,张良,姚佳,胡小佳,刘倩楠,刘伟,孙钦秀,胡宏海,刘书成
    2021, 37(4):18-23. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.4.003
    [摘要](972) [HTML](0) [PDF 1.11 M](715)
    摘要:
    为了确定熔融沉积成型3D打印技术制备个性化膳食营养补充剂胶囊支架的工艺条件,打印9通道聚乳酸(Polylactic Acid,PLA)胶囊支架结构,采用Box-Behnken设计,以支架通道的面积均方误差(Mean-Square Error,MSE)作为响应指标,通过神经网络模型模拟温度、打印头孔径和速度3个因素对胶囊支架打印效果的影响。结果表明:3×4×1结构3层神经网络模型能够较好拟合3D打印过程(R2=0.998),当孔径为0.3 mm时,随着打印温度和打印速度的增大,MSE均低于10%。打印温度过高或打印头孔径过大时,胶囊支架内部会出现拉丝现象。综合考虑打印能耗和效率,确定当打印头孔径为0.3 mm,打印速度25~30 mm/s,打印温度介于173~180 ℃之间,MSE范围为1%~2%时,胶囊支架打印精度和微观结构较好。研究结果为3D打印精细化结构及打印参数优化提供理论参考。
    5  花青素纳米纤维智能标签对羊肉新鲜度的无损检测
    孙武亮,李文博,靳志敏,靳烨,孙文秀
    2021, 37(4):24-30. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.4.004
    [摘要](902) [HTML](0) [PDF 1.06 M](829)
    摘要:
    为实现羊肉新鲜度的无损、实时、可视化检测,及建立可靠的预测模型,将花青素纳米纤维智能标签应用于市售温度(10±2 )℃储藏下的羊肉,并测定了智能标签的微观结构和胺敏感性,以及羊肉储藏过程中的新鲜度指标(感官品质、挥发性盐基总氮含量(Total Volatile Basic Nitrogen,TVB-N)、pH值、菌落总数、酸度/氧化力系数)和纤维膜的色差。结果表明:花青素纳米纤维膜呈淡粉色,由250 nm左右的均匀纤维丝组成,具有胺敏感性;羊肉的各新鲜度指标指示其在储藏72 h时已腐败变质,同时纤维膜由粉色变为白色;相关性分析表明纤维膜色差与各新鲜度指标具有显著相关性(P<0.05),并建立了准确率为88.2%的色差对TVB-N的预测模型(R2=0.967)。综上所述,羊肉新鲜度的无损、可视化和实时检测可通过花青素纳米纤维智能标签实现,且根据标签颜色即可初步预测羊肉新鲜度级别,为解决肉类安全问题提供了新思路。
    6  等离子体对鹰嘴豆分离蛋白溶解性和乳化特性的影响
    李可,田金凤,郑思雨,贺雅玥,相启森,白艳红
    2021, 37(4):31-39. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.4.005
    [摘要](812) [HTML](0) [PDF 1.64 M](799)
    摘要:
    鹰嘴豆作为植物蛋白的优质来源,营养价值高,但功能性质较差无法满足现代食品工业需求。该研究利用介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge,DBD)等离子体对鹰嘴豆分离蛋白(Chickpea Protein Isolates,CPI)进行改性处理,研究不同处理时间(0、1、2、3、4 min)对CPI溶解性、乳化特性、结构的影响及其之间的相关性。结果表明:经等离子体处理后,鹰嘴豆分离蛋白溶液的pH值降低,电导率增加。溶解性、乳化活性和乳化稳定性得到显著的改善(P < 0.05)。十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳分析表明等离子体处理并未改变CPI的组成成分及种类,但7S和11S等主要亚基条带强度增加。等离子体处理后α-螺旋含量、自由巯基含量和表面疏水性显著增加(P < 0.05),无规卷曲含量降低(P < 0.05),表明蛋白的高级结构发生改变。扫描电镜显示随着处理时间的延长,样品的尺寸减小,表面结构变得更为松散。利用Pearson相关性分析和主成分分析表明,不同处理时间后,蛋白结构的变化与功能性质的改善呈现较强的相关性。等离子体处理4 min后,CPI的溶解性及乳化特性达到较优效果,研究结果可为开发利用鹰嘴豆分离蛋白和指导实际生产实践提供技术支持。
    7  淡水鱼水平往复振动头尾定向输送方法
    万鹏,郭三琴,杨俊,赵竣威,谭鹤群,朱明
    2021, 37(4):40-48. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.4.006
    [摘要](904) [HTML](0) [PDF 1.66 M](827)
    摘要:
    淡水鱼的头尾定向输送是进行鱼体自动化加工的基础。该研究针对淡水鱼头尾定向主要依靠人工进行、劳动强度大、机械化程度低等问题,以典型大宗淡水鱼为研究对象,基于水平往复振动原理开展淡水鱼头尾定向输送方法分析,并进行相关试验。首先探讨了鱼体在不同表面结构输送带上的摩擦特性,分析了实现鱼体头尾定向的可行性;然后基于水平往复振动原理提出实现淡水鱼鱼体头尾定向输送的方法,并对鱼体的头尾定向输送过程进行分析;最后以4种典型淡水鱼为试验对象,以完成鱼体定向输送所需时间为评价指标,对影响淡水鱼鱼体头尾定向输送效果的主要因素进行试验,探究了输送带类型、鱼鳞状态、振动频率、振幅等对鱼体头尾定向输送效果的影响规律,并进行了双因素无重复试验。试验结果表明:当输送带表面结构为倒三角结构时,鱼体的定向输送效果较好;鱼体表面有鳞或去鳞情况下都可实现鱼体的头尾定向,其中有鳞鱼体的头尾定向输送所需平均时间为2.42 s,去鳞鱼体的头尾定向输送所需平均时间为3.39 s;以带鳞鲫鱼为例,当振动频率为5 Hz,振幅为120 mm时,实现鱼体头尾定向输送的时间为2.65 s;当振动频率为5 Hz,振幅为120 mm时,4种淡水鱼带鳞状态下的鱼体定向输送平均时间为2.45 s,去鳞状态下的定向输送平均时间为3.43 s。研究结果可为淡水鱼鱼体定向设备的研发提供理论依据和技术参考。

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