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期刊信息/Journal information
农业工程学报
中国农业工程学会
农业工程学报

中国农业工程学会

朱明

半月刊

1002-6819

tcsae@tcsae.org

010-65929451，65910066转2503、3503

100125

北京朝阳区麦子店街41号

农业工程学报/Journal Transactions of the Chinese Society of Agricultural EngineeringCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>《农业工程学报》是由中国农业工程学会主办的全国性学术期刊,自2005年始为单月刊。编委会名誉主任:汪憨华院士,编委会主任兼主编:杨邦杰教授《农业工程学报》为全国中文核心期刊,在最新版的《中文核心期刊要目总揽》中位居"农业工程类"期刊榜首；2001年入选中国期刊方阵"双效"期刊；被中国科协主办的《中国学术期刊文摘》选为首批收录期刊；先后被美国工程索引(EI Page one)、英国国际农业与生物中心(CAB International)、检索系统、数据库收录。
正式出版
收录年代

    中药材干燥技术与装备研究现状

    王乐意李长河刘明政李康...
    1-28页
    查看更多>>摘要：中药材在采收后需经过产地初加工处理,其中干燥是产地初加工的必要环节,并直接影响到中药材的品质.传统的自然干燥方式效率低,且药材干燥品质良莠不齐,严重制约中药产业的发展.因此,加强对中药材干燥技术与装备的研究尤为迫切.基于此,该研究综述了中药材干燥技术与装备的研究现状.首先,总结中药材的干燥脱水过程与理化性质变化规律,分析了药材自身特性与干燥条件对水分脱除速率与干燥品质的影响机制.其次,针对热风、热泵、红外、微波、真空与高压电场干燥技术,以干燥机理为基础,总结各类干燥技术的装备结构与工作原理,分析了干燥装备存在的干燥不均匀、能耗大、效率低等问题并探讨了相应改善方法.同时,研究了各类干燥技术在不同工艺条件下的干燥效果,分析了干燥温度、切片厚度、真空度等工艺参数对干燥效果的影响规律,探讨了预处理、阶段式变温变湿、间歇式干燥等赋能干燥效果的工艺手段,并综合干燥品质、干燥效率与干燥成本,得到了各类干燥技术的优缺点与适用范围.进一步地,分析了微波-真空、微波-热风与远红外-热泵三类联合干燥技术不同组合方式下的干燥机理,阐述了各类联合干燥装备的研发进展,探讨了联合干燥技术相较于单一干燥技术的优势以及装备和工艺存在的不足.最后,从提高中药材品质评价标准、完善干燥相关模型、加强干燥装备研发三方面对研究方向进行了展望,以期为中药材干燥技术研究与装备创新研发提供理论依据与技术支持.

    中药材干燥机理装备效果工艺

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    恒温下相对湿度对果蔬热风干燥特性和品质的影响及调控

    巨浩羽张卫鹏于贤龙王庆惠...
    29-40页
    查看更多>>摘要：相对湿度作为干燥介质的重要参数,对干燥热质传质过程和干燥品质具有显著影响.但由于相对湿度对干燥过程的影响机理及优化调控机制尚不明确,导致相对湿度的调控方式多依靠经验,造成干燥效率低、品质差、能耗高等问题.对于传质过程,降低相对湿度能够增大对流传质系数,加快物料表面水分蒸发;而对于传热过程,升高相对湿度能够增大对流传热系数,加快物料升温速率.相对湿度较高时,物料升温速率快,内部水分迁移量增大,但表面水分蒸发量较小;而当相对湿度较低时,物料升温速率较慢,内部水分迁移量较小,但表面水分蒸发量较大.相对传热和传质过程的影响此消彼长,互相耦合.高相对湿度主要体现为对传热过程的影响,低相对湿度主要体现为对传质过程的影响.高相对湿度能够抑制物料表面的结壳,并能够提高复水性,降低收缩率.阶段降湿及多阶段降湿干燥方式下物料表面形成和保持了蜂窝状多孔结构,能够提高干燥效率和品质.基于监测物料温度的相对湿度调控方式被验证为较优的相对湿度控制方式.阶段降湿干燥方式适用性的实质为:干燥过程中所体现出的对流传热热阻和内部导热热阻的相对大小,及对流传质阻力和内部传质阻力的相对大小,不同干燥条件和物料种类、厚度会影响以上传热传质阻力的大小,从而呈现出不同适应性的结果.当阶段降湿干燥过程中传热毕渥数＞1且传质毕渥数＞0.1时,说明阶段降湿干燥过程适用于此物料的干燥.该文综合论述了相对湿度对果蔬热风干燥过程中热质传递及干燥品质的影响,优化调控策略及适用性范围4个方面内容,明确了果蔬热风干燥过程中相对湿度的影响机理,为相对湿度的优化调控提供理论依据和技术支持.

    干燥相对湿度传热过程传质过程调控策略适用性

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    基于机器学习的空气源热泵干燥能耗回归预测

    杨仕陈维汉杨明金张原...
    41-51页
    查看更多>>摘要：为了降低空气源热泵干燥过程能耗,研究了空气源热泵干燥能耗特性,采用多元线性回归模型(multivariate linear regression model,MLRM)和 BP 神经网络(back propagation neural network,BPNN)模型来预测干燥工艺能耗.在分析干燥能耗影响特征参数的基础上,提出将干燥工艺过程进行切分处理的方法以降低数据获取难度.选取烘房设定温度、烘房设定湿度、烘房初始温度、烘房初始湿度、环境平均温度、环境平均湿度、物料质量和初始含水率8个特征参数作为模型输入,能耗和物料结束含水率作为模型输出.使用MLRM模型、BPNN模型和其他机器学习模型进行能耗预测,MLRM模型对能耗拟合的决定系数为0.739,对物料结束含水率拟合的决定系数为0.931;BPNN模型使用Sigmoid函数作为激活函数时对能耗拟合的决定系数最高,为0.828,使用Identity函数作为激活函数时对物料结束含水率拟合的决定系数最高,为0.942,拟合效果优于其他机器学习模型,能够满足实际生产需求.以复水豌豆为干燥对象设计加载物料65kg、持续时间4 h的完整变温变湿干燥工艺进行验证试验,结果表明:试验总能耗为15.066 kW·h,MLRM模型和BPNN模型的预测总能耗分别为14.476kW·h、15.183 kW·h,预测精度分别为96.08％、99.23％;试验结束含水率为8.541％,MLRM模型和BPNN模型的预测结束含水率分别为9.560％、8.889％,预测精度分别为88.07％、95.93％.该研究提出了一种使用MLRM模型和BPNN模型对空气源热泵干燥能耗进行分段精准预测的有效手段,对于优化干燥工艺和降低干燥能耗具有实际意义.

    热泵干燥能耗模型回归预测机器学习工艺切分

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    基于含水率变化的气体射流冲击干燥过程温度自适应控制系统

    杨涛庆郑霞肖红伟单春会...
    52-62页
    查看更多>>摘要：为了给变温干燥工艺提供新的技术支持,实现基于含水率变化的干燥温度自适应控制,该研究设计了具有物料含水率在线检测功能的温度自适应控制系统.采用卷积神经网络建立了以质量检测值、气流冲击速度、称重传感器弹性基体温度、气流冲击距离为输入,物料真实质量为输出的含水率在线检测模型.进行了含水率在线检测模型验证试验.结果表明,该模型满足变温干燥工艺中含水率在线检测的精度要求,5组含水率在线检测模型验证试验的决定系数R2和均方根误差RMSE依次为0.993 4和1.20％.该文设计了改进神经网络-PID(improved neural network-PID,INN-PID)控制器来实现变温干燥工艺中的温度控制.在MATLAB软件中以单位阶跃信号为输入对PID、神经网络-PID(neural network-PID,NN-PID)和INN-PID控制器的动态性能进行仿真.对3种控制器分别进行了 50～55 ℃的干燥温度控制试验.结果表明,在仿真试验中,INN-PID控制器的控制稳定性和调节时间均显著优于另外两种控制器;干燥温度控制试验结果与仿真结果存在近似相同的规律,INN-PID控制器的峰值时间是208.00 s,调节时间是120.59 s,最大超调量是4.87％,满足变温干燥过程中温度控制的要求.该研究在气体射流冲击干燥机中搭建了温度自适应控制系统,进行了基于含水率变化的温度自适应控制试验.结果表明,该系统可以对基于含水率变化的变温干燥工艺中的干燥温度进行快速且有效的调节.该研究对提高干燥设备的自动化水平以及开发新的变温干燥工艺具有重要意义,对其他领域的多信息融合检测和控制策略研究提供参考.

    含水率在线检测变温干燥自适应控制器

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    苹果丁冷冻-热风联合干燥体积收缩机制

    任广跃朱乐雯段续刘文超...
    63-71页
    查看更多>>摘要：为降低冻干苹果能耗,同时获得具有良好外观的脱水产品,该研究将冷冻-热风联合干燥应用于苹果脱水加工,并从水分迁移角度探究此过程中产品的收缩机制.选取4个水分转换点(干基含水率分别为1.00、0.76、0.53和0.33 g/g)对苹果进行联合干燥处理,并对脱水产品的收缩率、质构特性、微观结构、孔隙分布及样品在热风干燥阶段的水分迁移与分布进行测定及分析.结果表明,联合干燥样品的收缩情况显著(P＜0.05)优于单一热风干燥样品,且转换点对样品收缩率影响较大(收缩率6％～45％),当转换点干基含水率低于0.53 g/g时,联合干燥样品没有出现明显的体积收缩现象.随着转换点干基含水率的升高,样品的收缩程度增大,并出现不同程度的中心塌陷,且孔隙率逐渐减小,但相应能耗降低.产品收缩主要发生在热风干燥过程的升速阶段,在此阶段样品自由水含量大幅减少,结合水与不易流动水未发生明显改变,样品内部水分在湿度差的作用下向表面迁移,这是导致联合干燥样品发生体积收缩的关键机制.该研究结果可为冷冻-热风联合干燥高效生产良好外观的脱水苹果提供数据支撑及理论参考.

    冷冻干燥热风干燥联合干燥收缩水分迁移微观结构

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    乙醇耦合其他预处理提高扇贝柱热泵干燥速率及品质

    赵亚吴小恬石启龙
    72-81页
    查看更多>>摘要：干燥后期速率低、能耗高是限制热泵干燥(heat pump drying,HPD)在水产品干燥中应用的瓶颈.非热力预处理技术在易腐食品干燥中具有提高干燥速率和改善干制品品质的巨大潜力.基于此,该研究以乙醇(E)单独和联合真空(VC+E)、超声波(US+E)、超声波辅助真空(USVC+E)预处理作为处理组,以未经预处理的扇贝柱为对照(CK),探究其对扇贝柱干燥动力学及干制品品质特性的影响.利用低场核磁共振(low-field nuclear magnetic resonance,LF-NMR)技术,对扇贝柱热泵干燥过程中水分状态及分布进行了研究.结果表明:扇贝柱热泵干燥处于降速干燥阶段,干燥过程受水分内部扩散的控制.Weibull模型能较好地描述扇贝柱热泵干燥过程.与CK相比,乙醇单独处理和US和/或真空联合预处理都能提高水分有效扩散系数(Deff),进而提高干燥速率.LF-NMR结果表明,扇贝柱中主要水分为不易流动水;随着干燥进行,各组分的横向弛豫时间向左偏移;不易流动水所占比例降低,而紧密结合水、疏松结合水和自由水所占比例增加.与CK相比,预处理有利于扇贝柱不易流动水向自由水转化,进而提高干燥速率.与CK相比,乙醇单独处理和US和/或真空联合预处理可降低扇贝柱黄度、总色差、收缩率、硬度、弹性和咀嚼性,但是增加了扇贝柱的亮度、红度和复水比.预处理组中,US+E和USVC+E色泽参数(总色差:US+E,(7.40±0.22);USVC+E,(6.99±0.16))最佳,收缩率(US+E,35.97％±1.29％;USVC+E,34.43％±1.24％)和硬度(US+E,(25.20±1.08)N;USVC+E,(26.68±0.61)N)最低;而 US+E 弹性(0.55±0.01)和咀嚼性(7.27±0.30)N 最低,但复水比(1.753±0.022)最高.相比于CK,US+E可显著降低(P＜0.05)总色差58.24％,收缩率32.75％、硬度23.17％、弹性15.38％、咀嚼性38.91％,但是复水180 min后,能显著提高(P＜0.05)复水比9.975％.综合考虑,US+E作为一种非热力、绿色预处理技术,可用于强化扇贝柱热泵干燥效率,改善干制品品质.

    热泵干燥乙醇超声波扇贝柱干燥动力学品质特性

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    组合浸渍和超低温冻融预处理对真空冷冻干燥蓝莓品质的影响

    李洋李国庆袁迪郑梓仪...
    82-92页
    查看更多>>摘要：为探究组合浸渍冻干保护剂(海藻糖-CaCl2)和超低温冻融预处理对蓝莓活性物质和品质的影响,该研究以直接冷冻干燥为对照组,以普通冻融(-20 ℃)、超低温快速冻融(-80 ℃)、超声波辅助冻干保护剂浸渍冻融(-20 ℃)、(-80 ℃)预处理后进行真空冷冻干燥为试验组,比较分析蓝莓活性物质(多酚氧化酶和过氧化物酶活性)、营养物质(维生素C、花青素、总酚、类黄酮)、质构特性(硬度、咀嚼性)等指标的变化情况,并在此基础上进行Box-Behnken三因素三水平试验设计.结果表明:单一的冻干保护剂浸渍处理或者超低温处理均不如两者组合效果理想,两者组合浸渍后-80 ℃冻融处理可以有效维持蓝莓硬度,提高蓝莓营养物质的保留度并减少真空冷冻干燥时间.冻融次数为2次,浸渍时间为3.7 h,单次冷冻时间为4.2 d时蓝莓综合指标最高,营养物质保留度最高.该研究阐述了冻干保护剂浸渍预处理与超低温冻融两者联合处理对真空冷冻干燥蓝莓品质提升的机理,探究了冻融次数、冷冻时间、浸渍时间对品质的影响,得出了真空冷冻干燥预处理的最佳参数,为蓝莓真空冷冻干燥技术的发展提供了新思路.

    蓝莓冻融超低温冻干保护剂超声波浸渍

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    复合助剂对低温喷雾干燥蓝靛果粉理化性质的影响

    郑先哲鲁天麟陈启明张雨涵...
    93-106页
    查看更多>>摘要：为保证低温喷雾干燥后蓝靛果粉品质,采用黄金分割法研究复合助剂(麦芽糊精、β-环糊精和乳清蛋白)对喷雾干燥蓝靛果粉理化性质的影响,分析低温进风温度(50～90 ℃)对蓝靛果粉花青素保留率、集粉率和含水率的影响规律.结果表明,在麦芽糊精、β-环糊精的质量比例为85.4％、14.6％时,集粉率高达37.96％;随进料溶液中麦芽糊精质量比例增加,蓝靛果粉玻璃化转变温度、水溶性指数、堆积密度、亮度L*值、红度a*值和色差值ΔE呈增加趋势,含水率、花青素含量和黄度b*值呈下降趋势;在麦芽糊精、β-环糊精和乳清蛋白质量比例为72.9％、12.5％、14.6％时,集粉率达到最高(40.11％);随料液中乳清蛋白质量比例增加,蓝靛果粉含水率、花青素含量呈上升趋势,其玻璃化转变温度、水溶性指数、亮度L*值、红度a*值、黄度b*值和色差值ΔE等指标呈下降趋势;复合助剂显著提高蓝靛果粉集粉率(P＜0.05),对其中的花青素起到较强保护作用,其含水率、水溶性指数、堆积密度等理化指标均接近于最优水平.低温喷雾干燥研究发现,随进风温度上升,集粉率和含水率呈负相关,在进风温度90℃时,集粉率最高的配方中可实现较高花青素保留率(89.94％).低频核磁共振波谱以及质子密度图像信息分析表明,加入的助剂与蓝靛果果汁中水分通过氢键、静电结合力和疏水作用等分子间作用力,形成稳定性高水合物、增强液滴聚结抵抗力,提高料液玻璃态转换温度,从而实现高集粉率和高花青素保留率的蓝靛果果粉低温喷雾干燥;红外光谱分析表明,复合助剂可在蓝靛果果粉中形成分子间氢键,并对花青素等活性物质进行固定包埋保护.研究结果可为蓝靛果粉喷雾干燥加工生产提供理论支撑和参考依据.

    干燥理化特性低温喷雾干燥复合助剂蓝靛果黄金分割法花青素核磁共振

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    气体射流冲击干燥对脱盐海参理化特性和微观结构的影响

    林雅文李艾靑谭卓弘崔方超...
    107-115页
    查看更多>>摘要：为改善脱盐海参干燥时间长、干制品品质差的问题,该研究将气体射流冲击干燥(air impingement drying,AID)技术应用于脱盐海参干燥,研究了干燥温度(50、60和70 ℃)和气流速度(4、6和8m/s)对脱盐海参干燥速率及干制品水分分布及状态、微观结构、硬度和皂苷含量的影响,并与热风干燥(hot air drying,HAD)进行对比.结果表明,随着干燥温度的增加,脱盐海参的干燥速率增加.AID不同干燥温度下脱盐海参的干燥时间比HAD60℃的海参干燥时间缩短了 6.67％～33.33％.温度为60 ℃时,风速对脱盐海参的干燥时间影响不显著(P＞0.05).微观结构分析表明,温度升高有利于增加物料表面的多孔结构,相同条件下AID海参样品的表面比HAD海参具有更多更大的多孔结构,使得AID海参干燥速率快于HAD.但随着风速的增加,脱盐海参表面因发生结壳现象阻止了形变,使得干海参孔洞结构变小,干燥速率降低.与HAD相比,AID海参的不易流动水弛豫时间向短弛豫时间移动更快,且峰幅度显著降低;干燥相同时间时(6h),AID海参的质子密度信号比HAD减少更多,表明AID海参的水分迁移速率快于HAD的海参.随着AID温度和风速的升高,干海参的硬度呈先增加后减小的趋势.AID海参皂苷含量随着温度的升高而升高.AID海参的多孔结构不仅加速了水分迁移,而且利于营养成分渗出,提高了营养成分含量,相同条件下,AID海参的皂苷含量比HAD的海参增加了 50.00％.综合考虑干燥效率和品质,温度为70 ℃,风速为6 m/s为脱盐海参AID的较好条件.研究结果有助于阐明AID提高脱盐海参干燥速率和营养成分保留率的机理,为生产高品质干海参提供理论依据和技术参考.

    气体射流冲击干燥脱盐海参水分迁移微观结构硬度皂苷

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    不同前处理联合压差闪蒸干燥对红枣脆片品质的影响

    贾文婷李文绮吴洪斌
    116-123页
    查看更多>>摘要：为探究不同前处理方式联合压差闪蒸干燥对红枣脆片产品品质的影响,该研究以新疆地区灰枣为原料,利用热烫、超声波、高密度二氧化碳(dense phase carbon dioxide,DPCD)3种前处理方式联合压差闪蒸干燥技术对红枣脆片进行加工,对比了 3种前处理方式对红枣脆片色泽、硬度、脆度、膨化度、可溶性固形物含量、总糖含量、总酚含量、总黄酮含量、维生素C含量、感官及微观结构的影响.结果表明:1)前处理方式对产品色泽具有显著性影响(P＜0.05),DPCD前处理所得枣片与新鲜枣片色泽最为接近(ΔE=3.73);2)DPCD前处理后红枣脆片的维生素C含量明显高于其他两种前处理方式(P＜0.05);3)热烫、超声波前处理的红枣脆片硬度分别为4.59、3.50N/cm2,而DPCD前处理的红枣脆片硬度仅为2.74N/cm2,枣片最为酥脆;4)扫描电镜图表明3种前处理方式均能得到疏松多孔的组织结构,DPCD前处理所得枣片比热烫和超声波前处理所得枣片组织结构更为疏松,这可能是因为在二氧化碳的作用下,红枣细胞结构发生了改变,有些空隙间发生了断裂.综合比较,DPCD前处理能够提高产品的色泽、脆度及膨化度,并且能够较好的保留产品的营养成分,是红枣压差闪蒸干燥较适宜的前处理方式.该研究为高品质压差闪蒸红枣脆片的加工工艺选择提供一定的理论依据.

    红枣微观结构理化性质压差闪蒸干燥感官评价

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