2023年, 第41卷, 第2期　
刊出日期：2023-04-30

  

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试验研究
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  包装机离心振动上料盘的耐磨性能优化

  张森, 朱顺鹏, 徐乃强

  包装与食品机械. 2023, 41(2): 1-6. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.02.001

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  为有效提升包装机离心振动上料盘的耐磨性，基于激光熔覆技术制备一种强化涂层，在不同压力和摩擦速度下，对上料盘工作面的摩擦学特性进行测试与研究。通过工艺试验得出激光功率和扫描速率对涂层结构的影响，确保Si、Ni和Mo元素粉末为稀相状态。采用RTEC试验机对上料盘试样进行高频往复摩擦试验，得出不同工况下的瞬态摩擦系数变化规律。利用扫描电子显微镜观察样品表面形貌并分析其微观磨损机理。将涂层分层处理，采用显微硬度计测试厚度和长度方向上的硬度变化特性。研究表明，相比母材，上料盘涂层磨损率降低30.5%，硬度提升20%以上，对硬质或尖锐物料的适应能力更强，具有良好的经济效益。研究为表面强化技术的发展提供借鉴。
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  超声水浴预处理对糙米蒸煮时间及理化特性的影响

  刘旭, 宋春芳

  包装与食品机械. 2023, 41(2): 7-13. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.02.002

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  为解决糙米蒸煮时间长、食味品质差的问题，采用超声预处理结合微波干燥，研究超声功率、水浴温度对糙米最适蒸煮时间及理化特性的影响。结果表明，超声功率200 W，水浴温度60℃为最优预处理条件，预处理后固形物损失为0.74%±0.05%，游离脂肪酸含量保持稳定，联合微波干燥后糙米最适蒸熟时间降低23.33%，干燥速率为0.097 g/min，淀粉崩解值为（710.5±8.5）cP，糙米内淀粉糊化所需的糊化晗显著降低。研究为改进生产速食糙米工艺提供理论指导。
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  不同预冷方式结合1-MCP处理对蟠桃冷藏品质的影响

  李自芹, 唐湘桂, 郭慧静, 宋方圆, 赵志永, 张婷

  包装与食品机械. 2023, 41(2): 14-19,27. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.02.003

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  针对新疆蟠桃不耐贮藏，贮藏品质差等问题，分别采用蓄冷周转箱、原位压差、冷库直冷式预冷并结合1μL/L 1-MCP对蟠桃果实进行熏蒸及纳米聚乙烯微孔保鲜膜包装的预处理措施，以无预冷及熏蒸处理为CK，通过测定果实腐烂率、硬度、呼吸强度、SSC、MDA、总酚含量、CAT和POD等指标，分析蟠桃在贮藏过程中冷藏品质变化的规律及作用机理。结果表明，1-MCP结合3种预冷方式均可减少蟠桃果实的腐烂率，延缓蟠桃的硬度、总酚、SSC含量的下降速度；推迟呼吸高峰的出现，抑制MDA在果实体内的积累，提高果实的POD、CAT活性，延长果实新鲜品质的保质期。其中以1-MCP结合原位压差预冷处理的效果最优，在贮藏第36 d，处理组果实的腐烂率、呼吸强度和MDA较CK组分别降低33.33%，33.33%，27.78%，硬度、SSC、CAT和POD较CK组分别提高60%，42.86%，60%，66.67%，促进蟠桃的正常后熟，最大限度地保持果实的新鲜品质。研究为蟠桃规模化贮运保鲜提供技术借鉴。
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  葛根黄酮-金纳米粒子的绿色制备及其模拟酶催化活性研究

  关桦楠, 孙艺铭, 宋岩, 刘晓飞

  包装与食品机械. 2023, 41(2): 20-27. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.02.004

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  为制备绿色、环保且安全性高的金纳米粒子，采用离子液体-超声辅助法提取葛根黄酮，将得到的葛根黄酮作为还原剂和保护剂，一步绿色合成AuNPs，并以H₂O₂和3，3'，5，5'-四甲基联苯胺作为酶催化底物，对AuNPs模拟过氧化物酶进行活性验证。结果表明，制备的葛根黄酮-金纳米粒子具有模拟过氧化物酶的催化能力，在最适反应体系下，AuNPs模拟酶反应符合典型的Michaelis-Menten机制，以H₂O₂为底物时，K_m值为2.61 mmol/L；以3，3'，5，5'-四甲基联苯胺为底物时，K_m值为0.35 mmol/L，相比于天然辣根过氧化物酶，其与底物具有更强的亲和能力。研究所得的AuNPs在食品催化、生物医药和工业生产等领域将具有实际的应用价值。
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  萌发对燕麦多酚含量及抗氧化活性相关性的研究

  冯沈雨桐, 阿依乔丽帕尼·阿地里, 仲际帆, 曹洪伟, 余志权, 孙注, 戴智华

  包装与食品机械. 2023, 41(2): 28-34. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.02.005

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  为明确燕麦活性成分随发芽过程的变化，确定多酚存在形式对抗氧化活性的影响，以燕麦为原料，考察浸泡时间和温度对燕麦发芽效果的影响。浸泡时间为4 h和萌发温度为20℃时燕麦发芽率最高。随着发芽时间的延长，β-葡聚糖的含量逐渐减少，蛋白质呈现先下降后上升的趋势。发芽时长达到72 h时，β-葡聚糖和蛋白质的含量分别为1.98%和12.66%。萌发显著增加了燕麦中游离酚、结合酚和总酚的含量（P<0.05）。通过DPPH自由基清除能力、ABTS自由基清除能力和FRAP铁离子还原能力的测定，结果表明，游离酚和结合酚分别使抗氧化能力增加约4倍和2倍。进一步利用斯皮尔曼对酚类含量和抗氧化效果进行相关性分析，发现游离酚相关系数大于结合酚。研究为扩大萌发处理在食品领域的应用范围提供参考。
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  响应面法优化乳酸菌发酵蜂蜜果蔬馒头

  游新侠, 朱玲, 王莉

  包装与食品机械. 2023, 41(2): 35-40. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.02.006

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  为改善馒头发酵剂单一的现状，采用乳酸菌代替酵母，发酵制作风味独特的复合保健馒头，以感官评价为依据，通过单因素和响应面法分析乳酸菌和酵母菌的比例，发酵剂的添加量，蜂蜜的添加量和发酵时间等因素对产品感官的影响，确定最优制作工艺。试验结果表明：以高筋面粉200 g为基重，南瓜泥50%，混合菌种添加量1.2%，乳酸菌和酵母菌比例2.5：1，蜂蜜干粉6%，发酵时间120 min工艺条件制作出的馒头色泽微黄，组织细腻，口感香甜，比容、水分和pH值均符合国标要求。研究结果丰富馒头风味的同时也提高了馒头的营养价值，为开发新产品提供数据和理论参考。
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  基于迁移学习番茄品质分级的研究应用

  阮子行, 黄勇, 王梦, 马博, 代丹丹

  包装与食品机械. 2023, 41(2): 41-47. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.02.007

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  为解决手工分拣番茄存在劳动力浪费，分选质量得不到保证等问题，采用基于迁移学习的方式训练微调后的AlexNet网络，对常见的6种番茄进行品质分级研究；并探究不同优化算法和初始学习率对模型训练精度的影响，以及AlexNet网络卷积层对不同番茄所激活的区域。以迁移学习的方式进行训练的AlexNet模型，测试识别精度达到97.70%，相较于AlexNet、GoogLeNet、MobileNet-V2、NasNet-Mobile、ShuffleNet、SqueezeNet 6种模型，测试精度提高0.38%～14.54%，并且训练时间、收敛速度、图片识别时间、损失值都表现较好。SGDM优化算法比Adam算法、RMSprop算法在训练时间上分别提高37.7%和38.9%；验证精度提高5.5%和3.97%；测试精度提高7.39%和4.46%。当学习率为0.000 1时，模型收敛较快，且收敛稳定后损失较低，SGDM的优化算法和0.000 1的粗略学习率更适合模型。研究结果为番茄分级研究提供理论支持。
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  基于CFD的汽化过氧化氢PET瓶坯灭菌过程流场分析

  石朴, 许娜, 邓立生, 郑兆启

  包装与食品机械. 2023, 41(2): 48-52. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.02.008

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  为高效、快速、均匀地对PET瓶坯内部进行灭菌，设计一种针对PET瓶坯灭菌的汽化过氧化氢喷气装置。运用SolidWorks软件对瓶坯和喷气喷头建立模型；基于计算流体力学方法对PET瓶坯灭菌过程进行分析；通过对喷气喷头相距瓶坯底部不同位置和开孔位置与喷气喷头的距离进行模拟，比较短时间内过氧化氢气体在瓶坯内部的流场，得到喷气喷头与瓶坯最佳相对位置和喷气喷头最佳形状的优化参数。试验结果表明：在6 s的灭菌时间内，喷气喷头与瓶坯底部最佳距离为40 mm，开孔位置在距离喷气喷头上方35 mm处时，气体在瓶坯内部灭菌速度为0.9～1.2 m/s，内部流场较为均匀，灭菌效果较好。研究为瓶坯灭菌设备设计与优化提供参考。
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  基于ANSYS的新组合型单螺杆挤出机特性研究

  崔子森, 王丽艳, 郭树国

  包装与食品机械. 2023, 41(2): 53-57. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.02.009

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  针对普通单螺杆挤出机剪切混合模式单一、工作性能差等问题，研究设计一种新组合型单螺杆。采用SolidWorks建模，ANSYS/CFX有限元分析和对比试验的方法；形成新组合型单螺杆流道整体压力差高于传统单螺杆1.22 MPa左右，物料在进出强剪切段过程中有回流产生，强剪切段物料输送速度较传统单螺杆加快0.012 m/s左右的结果；得出新组合型单螺杆挤出机在80～160 r/min的转速下，物料停留时间较传统单螺杆挤出机缩短5%～12%的试验结论。研究为高性能单螺杆挤出机的优化创新提供理论依据。
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  基于修复对抗网络的烟包表面缺陷检测方法

  陈文兵, 车文刚, 蔡小尧, 蒋仕飞

  包装与食品机械. 2023, 41(2): 58-62,68. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.02.010

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  针对烟包表面缺陷检测方法存在识别准确率低、复用性差和检测条件高等问题，提出一种基于图像修复对抗网络的烟包表面缺陷检测方法。利用UNET网络改进上下文编码器构成修复网络，分别用扩张率等于2和3的空洞卷积提取不同粒度的特征信息，通过SK注意力机制对其赋予权重后融入到残差网络中构成判别网络，根据待测图像与修复图像的差值过滤掉缺陷特征比较明显的烟包，对差阈值附近的烟包用判别网络进行二次检测。在3 000张烟包图像数据集上对比试验，结果显示，检测速度较快，准确率最高为97.5%，可以有效滤除表面缺陷的烟包。研究对包装盒表面缺陷的检测具有借鉴意义。
设计计算
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  具有多电极结构的脉冲电场处理室的设计与应用

  覃思, 胡中正, 黄月儿, 黄时海

  包装与食品机械. 2023, 41(2): 63-68. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.02.011

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  针对传统脉冲电场处理室结构难以对大量流动的液体食品进行高效处理的问题，通过对传统同轴型结构加以改进，设计一个具有多电极结构的处理室。经合理选材制作出有效容积达到8 L的处理室样机，并采用双因素正交法对酵母溶液进行灭菌试验，结果表明：处理室的灭菌效率与施加的外电压和脉冲个数呈正相关，在2 500个24 kV的高压脉冲作用下，处理室灭菌率达到90%以上，设计具有良好的电场和流场分布并具有较好的扩展性。研究为脉冲电场技术在实际规模化的生产应用提供参考。
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  仓泵式气力输送小麦颗粒流化特性数值模拟

  夏朝阳, 李永祥, 徐雪萌, 张永宇, 姜棚仁, 王龙

  包装与食品机械. 2023, 41(2): 69-73. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.02.012

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  为探索仓泵式气力输送罐体及引出管内小麦颗粒的流化特性，利用Solidwoks软件建立等比例发送装置三维模型，采用Fluent软件对输送压力为0.3 MPa时的发料过程进行模拟，并利用CFD-Post软件进行数据后处理。以引出管入口端面中心处为测量点，测得前0.4 s小麦颗粒平均湍流强度为0.24。发料过程中，引出管入口处的压力及颗粒速度分别下降17.1%和6.18%，出口处的压力及颗粒速度分别下降25.9%和6.1%；出口处的压力相对入口处下降97%，颗粒速度相对入口处增加17.3%。最后时刻入口处及出口处的气相速度分别增至26.12 m/s和20.13 m/s，整体发料过程颗粒平均湍流强度为0.11。研究为气力输送小麦流化设备的设计提供理论依据。
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  立卧一体口服液瓶装盒系统的设计与研究

  朱俏俏, 周向荣, 句秋月, 吴茂敏, 李建海, 徐晓望

  包装与食品机械. 2023, 41(2): 74-79. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.02.013

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  为在装盒设备紧凑布局下，实现自勾底盒与书本礼盒2种不同装盒方式和规格口服液瓶装产品的装盒，研发设计适用于立卧一体快速切换的口服液瓶装盒系统。根据需求和工艺设计立卧一体装盒系统的布局；使用虚拟样机技术详细设计各个功能模块；基于欧姆龙伺服系统开发装盒机的控制系统。现场调试实现2种模式快速切换的自动装盒功能，装盒速度达到12 000瓶/h。研究为紧凑布局下的高速多规格装盒设备开发提供参考。
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  保润包内盒包装设备的设计和研制

  曾亚波, 张艮水, 黄凯, 熊坚, 尹亮

  包装与食品机械. 2023, 41(2): 80-83,89. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.02.014

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  为实现卷烟内盒的包装自动化，设计并制造一套专用设备。通过对某品牌香烟的规格及几何参数等进行分析，设计内盒成型工艺流程，研制包装设备。以实际生产线为试验平台，试验表明，设备运行状况稳定，输送速率平均达到80包/min，有效作业率约92%，实现设计目标。研究为后续保润包的全自动化生产提供技术支持。
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  基于TRIZ理论的挂面垂直切断装置设计与仿真

  孙智聪, 王志山, 徐雪萌, 付俊辉, 李昆祥, 贾世豪

  包装与食品机械. 2023, 41(2): 84-89. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.02.015

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  针对挂面卧式切断装置结构复杂、挂面整齐度差、碎头多等问题，设计一种挂面垂直切断装置。采用TRIZ理论对挂面切断装置进行创新设计；利用SolidWorks进行三维建模并虚拟装配，验证方案可行性；通过ANSYS Workbench对方案关键零部件进行静力学分析，验证结构可靠性；利用SolidWorks Motion模块进行动力学仿真，对机构进行虚拟运动，了解方案的运行参数。经验证，关键零部件心轴最大变形量为0.001 399 mm，最大应力为1.529 8 MPa，远小于材料屈服极限；上下刀架在运行过程中转动角度均为4 °，刀刃张开角度为8 °；挂面垂直切断装置结构设计合理，方案可行。研究为后续挂面定量装置的研发提供思路。
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  空调包装箱扫码检漏系统改进研究

  吴玉月, 郭飞, 周新, 孙云, 贾甲, 孙仲杰

  包装与食品机械. 2023, 41(2): 90-94. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.02.016

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  为提升空调包装箱扫码检漏系统在复杂工作场所检漏和扫码识别率，提出一种微振动扫码机构，对空调箱检漏贴标和扫码机构进行改进设计。利用有限元分析方法和理论计算，确定在最大速度3.24 m/s和最大加速度485.1 m/s²的2种时段状态下，微振动对固定角度扫码机构的动态调整，可实现扫码机构合位移在0.91～2.9 mm和垂直视域范围在24.9～28.85 °的变化。应用表明，微振动扫码机构的提出，改变并提高了扫码环境和视域范围，扫码成功率达99.9%，可实现自动贴标不良率<0.3%。研究为包装成品扫码同类问题的解决提供借鉴。
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  Roll-to-roll薄膜烫装拉链机封烫机构设计与优化

  王景良, 王志浩, 朱龙彪, 邵小江

  包装与食品机械. 2023, 41(2): 95-100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.02.017

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  针对传统薄膜烫装拉链机制成的预制袋只适用于人工包装的问题，设计一种可再封拉链自动封烫装置。设计曲柄摇杆与双曲柄滑块的组合机构作为封烫机构主传动，弹簧缓冲烫压机构作为执行机构，运用动力学分析，确定机构参数；为减小薄膜融烫张力，增加融烫时间，设计最优曲柄摇杆机构极限角ψ，采用粒子群算法优化曲柄摇杆机构参数，并在Adams中验证机构设计准确性。优化后，封烫机构主传动总行程减小22.45%，间接减小薄膜融烫张力；融烫时间增加12.75%。由Adams分析可知，单根弹簧受力逐渐增加到最大值，起到缓冲作用，同时弹簧最大振幅仅为0.3 mm，满足设计要求。研究结果表明在封烫温度、压力一定时，封烫质量明显提升。研究为自动封烫装置在包装领域的开发应用提供理论支持。
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  基于枝采的鲜花椒枝穗分离机设计与分析

  方雪峰, 郭关柱, 罗亚南

  包装与食品机械. 2023, 41(2): 101-106,112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.02.018

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  针对鲜花椒采摘技术装备缺乏，人工采摘效率低、成本高、劳动强度大且采摘人员手臂易受伤等问题，基于枝采花椒的方法设计一种鲜花椒枝穗分离机。采用切割分离原理，设计2组有齿开刃型环形切刀，内径分别为18，23 mm；设计夹持输送轮直径和宽度均为30 mm的圆弧形轮毂，输送轮上弹簧钢丝直径为1.2 mm，钢丝长度为30 mm，钢丝端面均呈弧形设置。仿真结果表明，弹簧钢丝最大应力为1 045.5 MPa，满足设计和使用要求，机具能实现枝采花椒后果穗与枝干的分离作业。研究为花椒采收机具的研究与设计提供一种新的参考方案。
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  基于RobotStudio的牛奶箱搬运生产线仿真

  蔡玉强, 范祺, 贾思楠

  包装与食品机械. 2023, 41(2): 107-112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.02.019

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  针对牛奶箱搬运过程存在运动轨迹奇点与动作节拍时间长的问题，基于RobotStudio软件进行仿真设计，对工作任务完成生产流程规划，创建生产线工作逻辑和设置仿真所需的I/O信号；通过Rapid离线编程控制仿真，采用B样条曲线优化五次多项式的方法规划机器人运动轨迹，解决调试过程中发现的运动奇点和路径干涉碰撞问题；通过分析3种TCP速度及能耗曲线，发现1 000 mm/s为最优值，该速度下节拍耗时13.9 s，能耗5 055 J。方案确定最优速度值，有效降低机器人振幅，符合运动规律，为降低生产成本和提高搬运效率提供理论依据。