2023年, 第41卷, 第4期　
刊出日期：2023-08-30

  

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试验研究
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  基于悬浮切削原理的胚芽米加工试验研究

  蔡健荣, 程欣, 白竣文, 孙力

  包装与食品机械. 2023, 41(4): 1-6. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.04.001

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  针对传统碾米机加工室间隙小，大米在加工过程中承受碾磨压力大，导致胚芽脱落和碎米多等问题，提出基于刀辊切削原理的无碾压全营养米加工技术。首先，将切削刀辊的刀头设计成6线数螺旋分布，用于糙米皮层的切削加工；其次，将加工室间隙扩大到大米长度的3～4倍，以避免加工过程对大米产生刚性碾压；最后，每个刀头的根部设计3 mm径向喷风小孔，保证切削后的大米快速易位和排糠。为保证刀辊旋转产生的作用力不产生碎米，采用静力学方法估算糙米的机械力学特性；为满足糙米悬浮切削要求，计算糙米悬浮参数和进气风压范围。仿真计算表明，当刀辊直径为130 mm时，转速<981.21 r/min可保证大米不破碎；风速为31.95 m/s可保证糙米悬浮，悬浮压强范围为12.69～79.59 Pa；风压<1 500 Pa时可保证正常进料。加工试验表明，在无出口压力状态下，经4道循环加工后，大米留胚率>80%，实测能耗<6 kW·h/t。研究结果为米机结构设计和加工参数选择提供理论依据。
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  旋流起旋装置参数对散粮气力旋流输送特性的影响

  王龙, 徐雪萌, 张永宇, 李永祥, 姜棚仁, 夏朝阳, 王博士

  包装与食品机械. 2023, 41(4): 7-12,19. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.04.002

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  为研究水平直管散粮长距离气力旋流输送特性，基于Realizable k-ε湍流模型，采用Fluent对不同螺旋角度和不同导流叶片长度条件下旋流起旋装置内部流场特性进行参数模拟。仿真结果表明，流场的速度随着螺旋角度的增大先减小后增大，之后再减小，由19.4 m/s减小到19.2 m/s，再增大到19.8 m/s后减小到19.6 m/s；随着叶片长度的增加而增加，由19.2 m/s依次增加到19.7 m/s。流场的静压力随着螺旋角度和导流叶片的长度的增加而增加，分别由191.1 Pa增加到584.2 Pa，和由267.5 Pa增加到304.0 Pa。当螺旋角度为25 °且导流叶片长度为0.3 m时，流场的速度达到最高，为19.8 m/s，旋流场内所拥有的能量高于相同工况的其他流场，系统具有较高的输送效率。研究为散粮长距离气力旋流输送装备的开发提供理论基础。
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  不同气调包装对米糠贮藏期间油脂氧化的影响

  周向辉

  包装与食品机械. 2023, 41(4): 13-19. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.04.003

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  为了研究不同气调包装对米糠贮藏期间油脂氧化指标变化的影响，分别采用空气、体积分数为100% N₂，90% N₂+10% O₂和90% N₂+5% O₂+5% CO₂包装新鲜米糠，置于37℃下贮藏20 d，分析贮藏期间脂肪酸值、过氧化值、羰基价、脂肪氧化相关关键酶活性和微生物群落总数的变化，并比较贮藏前后脂肪酸组成差异。结果表明：与空气包装相比，贮藏20 d后，体积分数为90% N₂+5% O₂+5% CO₂包装中米糠的脂肪酸值、过氧化值和羰基价分别降低60.12%，49.17%，53.58%，脂肪酶和脂肪氧化酶活性分别降低36.3%和25.79%，还能有效地抑制米糠中微生物的生长繁殖，减缓油酸和亚油酸等不饱和脂肪酸的氧化速率。研究为气调包装在粮食贮藏中的应用提供理论依据。
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  基于离散度大豆蛋白液喷涂雾化粒度均匀性的研究

  寇金宝, 蔚俊, 龚国腾, 袁苗苗, 杨传民

  包装与食品机械. 2023, 41(4): 20-24. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.04.004

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  为有效获得质量均匀的大豆蛋白膜，采用Spraylink粒度仪的测试机理和离散度，通过二维喷涂雾化平台移动喷嘴，对喷涂雾化场中心轴轴向和径向上的不同位置点进行粒度测量，进而计算离散度以分析雾化粒度的均匀性。结果表明：在喷涂气压为0.24 MPa时，离散度值的变化范围基本是0.45～0.65，随着距喷嘴距离的增加，其值快速减小，即在喷涂流量和喷涂液压为固定值时，喷涂气压增大，大豆蛋白液喷涂雾化液滴更均匀、粒径更小。在喷涂流量和喷涂气压为固定值，喷涂液压为0.24 MPa时，离散度值的变化范围基本是0.34～0.63，即喷涂液压增大，有利于大豆蛋白液喷涂，雾化更均匀；同时喷涂流量对大豆蛋白液喷涂雾化场的中心轴线方向雾化均匀性有影响。在喷涂控制参数都为定值时，随着距喷嘴距离的增大，雾化离散度值减小，雾化粒子分布更集中、均匀，喷涂雾化粒子场均匀性更好。研究为大豆蛋白液喷涂覆膜提供有效的喷涂控制参数参考。
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  鲜切水芹保鲜复配剂的优化及保鲜效果研究

  林帆, 王利强, 李江阔

  包装与食品机械. 2023, 41(4): 25-32. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.04.005

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  为保持鲜切水芹的贮藏品质，选取柠檬酸、氯化钙和葡萄糖酸锌为试验因素，以褐变指数、叶绿素含量为响应值，经响应面试验优化复配剂配方并研究其保鲜效果。结果表明：经响应面优化后的保鲜复配剂最佳配方为柠檬酸3.44 g/L、氯化钙1.1 g/L、葡萄糖酸锌50.7 mg/L；经优化后的复配剂能更好地维持鲜切水芹的贮藏品质，减少重量损失，延缓叶绿素降解和失绿现象，推迟可溶性固形物含量上升，抑制丙二醛的增加，对抗坏血酸含量无不利影响。研究有助于延长水芹货架寿命，为水芹贮藏保鲜提供借鉴。
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  基于低场核磁的青萝卜块低压过热蒸汽干燥机理研究

  刘建波, 李璐, 徐庆, 王瑞芳, 吴龙, 李占勇

  包装与食品机械. 2023, 41(4): 33-38,45. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.04.006

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  为揭示果蔬低压过热蒸汽干燥过程水分传输机理，利用低场核磁共振技术对80℃，0.009 5 MPa干燥1，2，3 h的青萝卜块水分分布特点进行研究。结果显示，青萝卜块中90%以上的水分为自由水，在干燥过程中T₂₃值由690逐渐降至110，T₂₂值在干燥前2 h由48逐渐升至61，随后降至33，T₂₁值在干燥过程中都处于5以下且变化较小。整个干燥过程青萝卜块边缘位置信号强度快速下降并形成明显的边界，说明在干燥过程中自由水首先蒸发，并有一小部分自由水转变为中度结合水，当自由水降至一定含量时，中度结合水开始蒸发，不易流动水的蒸发主要在干燥后期，且自由水在原位直接以气态形式蒸发。研究结果明确了果蔬低压过热蒸汽干燥过程水分传递特点，为精准建立干燥过程数学模型提供理论基础。
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  响应面微波辅助酸法优化提取南瓜皮果胶工艺研究

  冯李院, 侯洪波, 邢江艳, 杨晓娜, 张星和

  包装与食品机械. 2023, 41(4): 39-45. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.04.007

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  为利用响应面微波辅助酸提醇沉法优化提取南瓜皮果胶得率，研究以料液比、pH值、微波时间和微波功率为影响参数并结合单因素试验和响应面设计得出南瓜皮果胶最优提取工艺参数，并对最终产品进行红外光谱扫描和黏度测定。结果表明，最优工艺参数为料液比1:30 g/mL、pH值1.4、微波时间6 min、微波功率800 W，果胶得率为（15.69±0.45）%，与预测值的相对误差为-0.70%。最优参数下提取的南瓜皮提取物具有典型的果胶红外光谱特征峰，酯化度53.4%，溶液黏度较高。研究表明该提取方法快速简便高效，且最优参数下提取的南瓜皮果胶具有较好的果胶生产潜力，为南瓜皮果胶的制备提供参考。
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  基于CFD-EDEM大豆风选除尘模拟研究

  于涛, 刘素梅, 雷明准

  包装与食品机械. 2023, 41(4): 46-53. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.04.008

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  为去除收获晾晒后大豆颗粒中的灰尘，设计一个倾斜气流除尘清选装置。以大豆与灰尘为研究对象，对除尘风选过程进行运动学分析。基于CFD-EDEM气固两相流耦合的方法，对装置进行除尘清选模拟研究，以除尘率与大豆损失率为评价指标，讨论装置的风速大小、气流倾角和风口开度对除尘效果的影响。进行单因素分析，确定单因素对除尘效果影响最大的区间范围，得到风速取值范围为4～6 m/s，气流倾角取值范围为22 °～26 °，风口开度取值范围为45～55 mm。利用Design-Expert软件中Box-Behnken试验设计方法，进行3因素3水平正交试验，建立多元回归方程，以除尘率最高和损失率最低为优化目标，确定最佳参数组合：风速大小5.3 m/s、气流倾角23.4 °、风口开度45.6 mm，此时除尘率为100%，大豆损失率为0。研究为谷物倾斜气流清选提供参考。
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  模糊数学感官评价法优化黑枸杞冻干果粉配方及品质分析

  代文婷, 邓梅, 王远, 邢丽杰, 代佳慧

  包装与食品机械. 2023, 41(4): 54-61. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.04.009

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  为提高黑枸杞利用率和附加值，以黑枸杞提取液为主料，添加麦芽糊精、三氯蔗糖、木糖醇、白砂糖2%和柠檬酸0.3%，经真空冷冻干燥制得黑枸杞冻干果粉，在单因素试验基础上，利用模糊数学感官评价法结合响应面法优化黑枸杞冻干果粉配方，并进行品质分析。结果表明，当添加黑枸杞提取液70%、麦芽糊精21%、木糖醇3%、三氯蔗糖0.02%时，感官评分达（8.45±0.04）分，与理论预测值接近。此条件下，黑枸杞果粉色泽亮丽、清甜可口，水分含量（4.37±0.25）%，溶解性（42.20±1.35）%，流动性（42.69±0.5）°，堆积密度（26.84±0.01）g/mL，所含花色苷（202.23±0.62）mg/100 g，总糖（35.60±0.04）g/100 g，总酚（34.74±0.35）mg/g，总酸（20.14±1.43）mg/g，营养品质较好，微观结构呈不规则形状，颗粒大小不均，表面有褶皱或裂隙。研究为黑枸杞冻干果粉工业化生产提供参考。
技术综述
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  花生保鲜方法及贮藏期品质变化研究进展

  范金波, 班晨宇, 苏冬雨, 张瀛心, 石太渊

  包装与食品机械. 2023, 41(4): 62-68. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.04.010

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  为改进花生保鲜方法，促进花生贮藏期品质改善。综述4类贮藏保鲜方法：物理方法损伤小，能延缓花生酸败；化学方法明显抑制酸败及微生物生长，但对人体有影响；生物方法几乎无损，对人体无影响，能延缓酸败，抑制微生物；涂膜贮藏保鲜方法对花生本身品质的影响较小，能延长花生贮藏期。合理的贮藏保鲜方式，对花生变质有明显的抑制效果，能够延长花生贮藏期。研究为减少花生贮藏期损失提供理论支撑。
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  苦荞多肽的制备、功能活性及其在食品中的应用

  吕思妍, 马挺军

  包装与食品机械. 2023, 41(4): 69-75,89. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.04.011

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  综述国内外苦荞多肽的酶解、微生物发酵、人工合成和基因工程等制备方法，及降胆固醇、降血压、降血糖、抗氧化、抗肿瘤和抗菌等功能活性，并展望苦荞多肽在普通食品、保健食品和食品防腐保鲜中的应用，以期为苦荞多肽的进一步利用提供参考。
设计计算
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  基于机器视觉的铜板垛捆扎带定位技术研究

  晏祖根, 陈召, 朱迪, 孙智慧, 孟爽, 李鹏

  包装与食品机械. 2023, 41(4): 76-83. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.04.012

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  针对线缆生产企业采用人工剪切重载铜板垛金属捆扎带劳动强度大、生产环境差、安全性弱等生产现状，开展基于机器视觉引导的铜板垛自动移送、称重，金属捆扎带自动剪切与抽离生产线的研发。构建大尺寸铜板垛捆扎带机器视觉定位系统，确立金属捆扎带机器视觉自动定位策略。采用阈值分割、边缘检测、形态学开闭运算和分水岭算法等机器视觉算法，完成捆扎带机器人自动定位与引导技术的研究。试验结果表明，捆扎带的机器视觉定位误差<1 mm，执行操作误差最小距离0.3 mm，最大距离1.0 mm，可以满足线缆生产企业铜板垛捆扎带自动剪切的需求。研究为大型铜板垛捆扎带剪切卷收提供新的解决方案。
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  多工位回转复合型压曲机结构设计

  孟遥志, 石艳, 廖映华, 李忠祥, 李晓宏

  包装与食品机械. 2023, 41(4): 84-89. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.04.013

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  针对现有压曲机对成形曲坯不能实现表面提浆，影响曲坯的后期发酵质量，设计一种多工位回转复合型压曲机，主要包括机械系统、液压系统、气动系统和PLC电气控制系统。通过多次多点踩压机构与喷水系统相结合，以模拟人工踩曲过程，实现对曲坯表面进行任意多次地交替拍打和滑移提浆。结果表明，该设备生产的曲块外形完整，透气性好，经培养后，皮张<2 mm，色泽以灰白色和黑褐色为主，具有较好的风味及品质。研究为制曲设备的设计与研制提供参考。
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  包装印刷品二维码在线检测系统设计

  杨乐, 周子振, 蔡恩文, 王正松

  包装与食品机械. 2023, 41(4): 90-95. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.04.014

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  为解决包装印刷品生产过程中喷涂二维码的残缺、重复和缺失等质量问题，基于机器视觉技术设计一种二维码在线实时检测系统。通过相机、镜头、光源、色标传感器、编码器、滑台模组和控制器的合理选型完成系统硬件搭建，使用可编程逻辑控制器结合色标传感器和编码器对二维码进行实时定位，配合光源利用工业相机实现二维码的在线图像采集，并基于数字图像处理技术完成采集图像预处理。使用Visual Studio平台进行上位机软件开发，实现图像采集、图像预处理、二维码识别、缺陷检测与分类等功能。系统最高二维码识别速度7个/s，对错印、漏印和重码等缺陷问题误检率<0.05%，能够满足设计要求。研究为二维码在线检测系统开发提供借鉴。
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  基于带约束深度强化学习的在线三维装箱方法

  张锐, 曾祥进, 徐成

  包装与食品机械. 2023, 41(4): 96-101. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.04.015

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  针对三维装箱问题中货物信息有限、放置发生碰撞和物理性稳定受限等，提出基于带约束深度强化学习的在线三维装箱方法。利用改进后的启发式搜索算法来预测放置动作的可行性掩码，并使用该掩码调整策略网络在训练期间输出的动作概率。试验结果表明，算法提高了无序混合货物的装箱效率，单个货物的平均放置时间仅为3.9 ms，空间利用率达到68%。研究为强化学习在组合优化领域的应用提供参考。
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  罐装产品礼品盒自动装箱系统的研究与设计

  褚佳, 朱俏俏, 周海江, 李小江, 梅江平

  包装与食品机械. 2023, 41(4): 102-106,112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.04.016

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  为实现灌装产品礼品盒的自动化装箱，设计一套以直角坐标机器人为基础，配备整列分箱、纸板添加、纸衬成型与添加等功能的整体解决方案。通过对需求工艺和产能节拍的分析计算，提出总体设计方案，采用虚拟样机技术详细设计各个功能模块，基于西门子SIMOTION开发装箱机控制系统。现场调试实现自动装箱功能，系统稳定产能可达40箱/min，单线降低人力需求60%以上，在礼品盒自动装箱领域具有推广应用价值。
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  智能封装贴标机设计与分析

  付相为, 单慧琳, 吕宗奎, 葛彩成, 许圳兴

  包装与食品机械. 2023, 41(4): 107-112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-1295.2023.04.017

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  为实现大部分零散物的封装，设计一种智能封装贴标机。提出模块化机构的解决方案，首先通过视觉模块识别封装散物的种类，其次将标签信息传给打标模块进行打标，最后通过封装模块完成散物的打包任务，试验仿真验证各模块机构设计的合理性。验证结果显示，关键结构件鸭舌形压爪、活动压爪和翻斗连杆中各个部分的最大应力分别为380.1，480.7，14.57 MPa，3者在抗拉和抗剪强度上都具备实际的应用条件。研究设计可智能化完成封装贴标中的生产作业，有效缓解相关人员的劳动压力，同时提高劳动效率，为零散物料的生产封装提供借鉴。