2023年, 第41卷, 第3期　
刊出日期：2023-06-30

  

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试验研究
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  基于Fluent的小麦气力输送数值模拟研究

  姜棚仁, 李永祥, 徐雪萌, 张永宇, 夏朝阳, 王龙

  包装与食品机械. 2023, 41(3): 1-6. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.03.001

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  为研究小麦长距离气力输送，在欧拉-欧拉模型的基础上，结合颗粒动力学和Gidaspow曳力模型构建小麦直管输送气固两相流模型，用Fluent软件对小麦输送进行数值模拟。结果表明，小麦颗粒流化后进入直管，颗粒在流场中受到重力以及曳力的影响下，在管道下方堆积成高浓度区域，体积分数为37%，随着输送风速的增大体积分数减小；小麦颗粒在输送中受到压应力最大为305 Pa，颗粒剪切应力最大为523.4 Pa，理论上小麦颗粒在输送过程中不会发生破碎；在靠近管壁有较高的湍动能，随着风速增大而增大。研究为气力输送装备设计开发提供理论基础。
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  不同膜厚和灭菌时间对真空包装甜玉米贮藏品质的影响

  刘鑫洋, 唐正宁, 王杰

  包装与食品机械. 2023, 41(3): 7-13,31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.03.002

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  为探究不同厚度的食品包装袋和灭菌时间对真空包装甜玉米贮藏品质的影响，研究采用2种厚度（100，120 μm）的包装材料和2个灭菌时间（10，15 min）对甜玉米进行处理，测定甜玉米在贮藏期间色差值、含水量、硬度、抗坏血酸、可溶性蛋白质、可溶性糖和可溶性固形物含量的变化。结果表明：贮藏49 d后，使用120 μm真空袋包装、经过10 min灭菌处理的甜玉米水分含量为75 g/（100 g），VC含量为26 mg/（100 g），可溶性蛋白质含量为4.1 mg/g，可溶性糖含量为51 mg/g，可溶性固形物含量为11.8%，都要优于其他处理组。经120 μm真空袋包装灭菌10 min处理可明显延缓VC、可溶性糖含量的下降，并抑制籽粒褐变程度，对保持甜玉米的食用品质效果最佳。研究为甜玉米的贮藏保鲜提供借鉴。
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  菊芋块茎天然发酵过程中理化指标及抗氧化特性研究

  刘东, 朱天地, 王慧, 慕钰文

  包装与食品机械. 2023, 41(3): 14-18. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.03.003

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  为明确菊芋块茎在天然发酵过程中理化指标及抗氧化特性的变化规律，以菊芋块茎为材料，分析天然发酵过程中菊芋块茎的总糖、还原糖、菊糖、多酚含量、DPPH自由基清除率和·OH自由基清除率的变化情况。结果表明，总糖、菊糖和还原糖含量整体随发酵时间的延长而逐渐降低，变化范围分别为2 058～675，1 910～653，148～22 mg/mL；多酚含量随发酵时间的延长呈先下降后上升再下降的趋势，范围为3.22～2.58 mg/mL；DPPH自由基清除率随着发酵的进行而不断增加，在发酵至第25 d时达到92.14%；·OH自由基清除率随着发酵时间的延长呈先下降后上升再下降的趋势。说明天然发酵可有效降低菊芋块茎发酵液中的还原糖含量、改善菊糖结构、提升抗氧化活性。研究为菊芋块茎发酵新产品的开发提供必要的理论依据。
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  活化柠檬酸结合Zr(IV)改善胶原蛋白膜性能的研究

  熊永铭, 徐浩杰, 李国英

  包装与食品机械. 2023, 41(3): 19-24. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.03.004

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  为提高胶原膜的机械性能，分别以活化柠檬酸、硫酸锆和复合改性法交联胶原膜，测定胶原膜的表面粗糙度、抗张强度和断裂伸长率等指标变化情况。结果表明，复合改性明显降低胶原蛋白膜的表面粗糙度，使薄膜表面光滑；干态拉伸强度和断裂伸长率分别提高46.40%和52.05%，湿态拉伸强度提高373.63%，水蒸气透过系数降低23.65%，明显优于单一改性方法。复合改性的胶原蛋白膜机械性能优越，有利于实际应用，在食品包装领域具有潜在应用价值。
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  大流量高压射流粉碎设备的仿真与试验研究

  褚佳, 潘烨, 朱俏俏, 耿睿琛, 梅江平

  包装与食品机械. 2023, 41(3): 25-31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.03.005

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  为解决现有高压射流粉碎设备产能低，无法满足工业生产线使用需求的问题。对高压射流粉碎设备的关键零部件（交互容腔）进行研究，提出一种复合式大流量交互容腔组件。基于Mixture多相流模型和Realizable k-ε湍流模型对交互容腔的内部流道进行计算流体动力学仿真，获得流场的压力、速度和湍动能分布，并获得较优的分流角大小和流道尺寸。研制大流量高压射流粉碎设备样机，并在样机上进行粉碎试验和产能测试。结果表明，大流量高压射流粉碎设备的平均粉碎粒度d［4，3］从75.6 μm降到32.7 μm，设备的产能稳定在4.2 m³/h左右。研究为工业用大流量高压射流粉碎设备的设计提供理论与试验支持。
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  大颗粒物料组合称重系统的冲击干扰分析与优化

  申阳, 程苏华, 陈琪, 胡虎标, 张超, 周明刚

  包装与食品机械. 2023, 41(3): 32-36,64. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.03.006

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  针对智能组合秤称重土豆等较大果蔬产生较大冲击干扰，影响称重精度和速度的问题，对单组称重系统3种工况干扰信号进行试验分析，通过对采集的振动信号进行时域和频域分析，建立数学模型分析响应影响。增大称重系统阻尼比和折弯以增大称重斗刚度，提高模态频率。优化后对500 g物料称重100次，每分钟称重次数/平均绝对误差/最大短缺量分别从15/35.06 g/20.7 g优化到18/21.41 g/12.7 g，实现提高称重精度与速度目的，达到标准要求。研究结果可为智能组合秤称重系统设计提供理论依据。
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  蝶豆花青素智能指示标签的制备及其对牛奶新鲜度的监测

  岳崇泽, 王远哲, 王桂英

  包装与食品机械. 2023, 41(3): 37-44. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.03.007

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  为改善天然色素新鲜度指示标签的综合性能，提高标签在不同环境中的适应性，以结冷胶为成膜基质，甘油为增塑剂，纤维素纳米晶体作为锁定剂，蝶豆花青素为天然pH指示剂，制备不同花青素添加量的智能指示标签，对智能标签的结构、形态、热稳定性、物理性能及pH响应性能进行表征和测试。结果表明，当花青素的添加量为20%时，智能标签的表面均匀致密，热稳定性良好，抗拉强度为38.69 MPa，断裂伸长率为25.48%，pH响应明显，综合性能最佳。在牛奶变质（pH值由6.9下降至4.2）过程监测的实际应用中，智能标签由蓝色变为粉紫色，响应效果良好。研究为实现牛奶新鲜度的实时无害指示提供参考依据。
技术综述
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  荧光共振能量转移技术在食品分析中的研究进展

  关桦楠, 李明, 王丹丹, 刘晓飞

  包装与食品机械. 2023, 41(3): 45-51,106. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.03.008

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  介绍荧光共振能量转移技术的基本原理及其发生条件，总结近年来基于荧光共振能量转移技术在真菌毒素残留、抗生素类药物残留、重金属离子残留和病原微生物残留等检测方面的应用研究进展，并对该技术的未来发展方向和应用前景进行展望。
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  CO₂指示型包装在食品质量监测中的研究进展

  李莹, 李春伟

  包装与食品机械. 2023, 41(3): 52-58. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.03.009

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  阐述CO₂指示型包装的工作原理，并就CO₂指示型包装在食品质量监测中的研究成果和应用现状进行综述。针对现存问题提出提高天然染料稳定性、降低生产成本和扩大应用范围等发展性建议，以期为CO₂指示型包装在食品质量检测中的应用和推广提供理论参考。
设计计算
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  仓储物流搬运机器人控制系统设计与应用

  郑金松

  包装与食品机械. 2023, 41(3): 59-64. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.03.010

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  为深化蓝牙控制的仓储物流搬运机器人控制系统研究，设计搬运机器人软件、硬件系统，采用超声波模块、红外模块、蓝牙模块、车模及AT89C52单片机，实现机器人的自循迹避障模式与手机控制模式的切换。由测试结果可知，搬运机器人可100%按指定路径，通过循迹的方式将货物送至既定位置；遇障碍物时，超声波避障模块的测距值与实际尺测距值的误差<1%，实现自主避障；机器人出现故障时，通过QX蓝牙控制器APP对机器人行驶路径进行控制，测试距离在12 m以内时，正确率为100%；测试距离在13 m以内时，正确率为90%以上。研究为无人仓储的深入研究提供参考。
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  基于机器视觉的快递面单识别

  郭广振, 张丰收

  包装与食品机械. 2023, 41(3): 65-69,74. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.03.011

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  为有效解决分拣环节人工投入成本高、后台信息更新速度慢和分拣效率低等问题，提出基于机器视觉同时对一维码和三段码定位识别方法。改进一维码定位方法，利用“线扫描”提高一维码解码正确率；改进Faster R-CNN目标检测方法，实现不同区域三段码分类定位。试验结果表明，对不同样式快递面单均有较好的识别效果，对不良一维码识别率和准确率整体达到60%以上，不同区域三段码定位准确率达到98.47%，单票识别率达到98.03%，整体识别时间在105～146 ms。研究结果可为快递高效分拣提供技术参考。
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  柔性螺旋输送性能测试试验台设计

  林吉靓

  包装与食品机械. 2023, 41(3): 70-74. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.03.012

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  针对柔性螺旋输送过程中输送角度范围等特性不明确的问题，设计柔性螺旋输送性能测试试验平台，拟定传动路线，设计倾角调节机构，采用离散元仿真的方法，分别在不同结构参数、不同输送角度以及不同转速下，对面粉物料的柔性螺旋输送效率进行比较。结果表明，输送角为90 °时，柔性螺旋的输送效率最高，当转速和螺旋升角分别固定时，其输送效率分别在螺旋升角10 °～20 °和转速600 ～1 000 r/min的变化范围内单调增加。研究为柔性螺旋输送性能测试提供基础。
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  基于可拓模糊理论的苹果采摘机适用性能评价

  杜安楠, 李栋, 陈军, 王新宇

  包装与食品机械. 2023, 41(3): 75-81. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.03.013

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  为了对苹果采摘机的适用性能进行有针对性的评价，构建采摘机适用性能的树状层次指标体系，并选择带有可拓区间的层次分析法和模糊综合评价法对其进行分析。借助可拓层次分析法求解各级指标因子的权重系数，利用可拓区间替代传统方法中的单一数值，确保主观评价中模糊不确定性的合理存在；借助模糊评价方法对建立的层次体系进行反推评价，保证整体评价过程的科学、客观与准确。计算表明，目标苹果采摘机的一级影响因素中采摘环境、底座、执行器、ECB的权重分别为0.075，0.170，0.326，0.429，整体评估分数为83.26，对应适用性能等级为Ⅱ级，说明采摘机工作性能良好，可以保障长时间工作。研究为智能果园苹果采摘提供技术支撑。
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  基于非线性模糊逻辑PID的圆盘制曲机控温控湿系统的研究

  何辉, 吴卫良, 钟任强, 宋健, 张智宏, 胡锋, 高献礼

  包装与食品机械. 2023, 41(3): 82-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.03.014

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  针对难以建立精确的酱油圆盘制曲机温控数学模型的问题，设计一种基于非线性模糊逻辑运算优化的圆盘制曲机智能PID算法及控温控湿系统。通过料温与风温双闭环反馈PID控制，料温偏差动态修正目标风温，实现料温与风温的平衡，避免环境温度和系统时变不确定因素的影响。试验结果表明，采用智能PID算法提高了圆盘制曲机的控制精度，生产的大曲感官品质及蛋白酶（10.74%～28.85%）、α-淀粉酶（12.83%～21.43%）和葡萄糖淀粉酶（9.79%～15.14%）酶活均得到显著提高。研究对提高圆盘制曲机温控精度具有重要意义。
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  基于深度学习的青椒识别研究

  汪谦谦, 孙艳霞, 徐星星, 金小俊, 于佳琳, 陈勇

  包装与食品机械. 2023, 41(3): 89-93. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.03.015

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  为解决青椒智能识别问题，以在自然环境中采集的苏椒1614图像为识别对象，采用深度学习方法，选择YOLO-v3，Faster R-CNN和CenterNet 3种神经网络进行深度学习模型训练，并比较分析不同深度学习模型的识别结果。试验结果表明，Faster R-CNN为青椒识别的最优模型，其精度、召回率和F1值分别达到92.4%，79%和85.2%，证明深度学习方法能够有效提取图像特征。研究为青椒的智能化识别与采摘提供依据。
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  弧面分度凸轮的建模与参数化研究

  宋子祥, 肖永茂

  包装与食品机械. 2023, 41(3): 94-100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.03.016

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  针对弧面分度凸轮的廓面设计，在传统理论及方法的绘图设计方面，出现完成低效率化、长周期性、质量设计不稳定、优化调整复杂性的问题，采用以RPY坐标变换建模新方法为基础，导出轮廓的数学模型，进一步得到压力角的一般解析表达式；并基于MATLAB GUI系统建立弧面分度凸轮参数化平台，建立参数化程序结构和用户图形交互操作设计的平台；通过机构实例仿真，得到弧面分度凸轮机构的运动分析图像并与模型验证。试验表明，凸轮旋转360 °，转盘旋转45.012 °，与理论值相近，没有发生畸变，表明平台设计模型的有效性。研究为凸轮的计算机辅助设计提供参考。
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  粉料充填包装的自动取袋、开袋机构设计与运动仿真分析

  邱光军, 黄兴元, 柳和生, 李华延, 付海明

  包装与食品机械. 2023, 41(3): 101-106. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.03.017

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  为解决在粉料包装中取袋、开袋过程难以实现全自动的问题，设计粉料充填包装的自动取袋、开袋机构。利用旋转气缸运转平滑的特性取代以往的直线往复的取袋形式，将取袋、开袋过程相结合，减少编织袋的输送时间；对关键性工具-真空吸盘进行选型和计算，得到吸盘型号DP-50、数量4个、直径50 mm，吸附响应时间0.056 s等参数；利用Pro/E对取袋、开袋机构进行三维建模，对右吸盘的轨迹进行规划，并在ADAMS进行仿真，得出右吸盘前3 s的运动轨迹，将规划后右吸盘的位移、速度及加速度与使用STEP函数的曲线进行对比，验证规划轨迹的合理性。研究为粉料充填包装取袋、开袋机构的设计提供思路。
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  上甑机器人运动分析和轨迹规划

  刘文斌, 张贵宇, 庹先国, 彭英杰, 罗琪, 朱雪梅

  包装与食品机械. 2023, 41(3): 107-112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.03.018

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  为避免上甑机器人在运行过程中产生振动和加速度的急剧变化，通过对六轴机器人结构的分析，使用DH参数法建立机器人的运动学模型，并求解正逆运动学表达式。结果表明，上甑机器人的工作空间范围x，y轴为-3 000～3 000 mm，Z轴为-1 000～4 000 mm，能够满足上甑铺料的需求。在进行局部补料时，采用五次多项式和七次多项式插值进行轨迹规划。经分析对比，五次多项式的冲击曲线仅有1个波谷，七次多项式则有3个波峰和波谷，故选择五次多项式轨迹规划。研究对实现自动化探汽上甑有参考意义。