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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date陕西科技大学创新创业项目申请表附件1：附件1：陕西科技大学大学生创新创业训练计划项目申报表推 荐 学 院机电工程学院项 目 名 称果蔬渗透脱水技术与设备的的研究项 目 类 型创新训练项目所属一级学科名称机械工程所属二级学科名称过程装备与控制工程项 目 负 责 人谭礼斌申 报 日 期2013年5月1号陕西科技大学二一三年四月项目名称项目类型 （ ）创新训练项目 （ ）创
2、新创业项目项目实施时间起始时间：2013 年 5 月 完成时间：2014 年 5 月申请人或申请团队姓名年级学号所在院系/专业联系电话E-mail主持人谭礼斌过控101201005050120机电工程学院过程装备与控制工程成 员李鹏过控101201005050113机电工程学院过程装备与控制工程指导教师姓名袁越锦研究方向化工机械设备与干燥技术及节能年龄39行政职务/专业技术职务副教授主要成果1，教学主讲高等热力学、干燥原理及应用、工程热力学、传热学、安全工程及粉体工程等课程。2，科研主编UG NX 6.0建模基础与实例（化学工业出版社）和参编现代干燥技术专著（教材）共2部；近年来在国内外学术期
3、刊上公开发表学术论文30余篇，其中16篇被SCI、EI收录；获得国家发明专利8项，实用新型专利10项。目前主持的科研项目主要有国家自然科学基金项目基于多尺度理论的颗粒堆积多孔介质干燥热质传递机理分析与模型构建（51276105）；（经费78万元），陕西省自然科学基金项目、省教育厅自然科学基金项目、浙江温州市科技计划项目，陕西科技大学科研启动基金和自然科学基金项目等，（到位研究经费累计约120余万元）。代表性论文（发明专利）如下：1 Yuejin Yuan, Yingying Xu and Xiangdong Liu. CFD modeling of subcooling process for
4、 beer fermentation liquid. Asia-Pacific Journal of Chemical Engineering, 2009, 4(1):99-106.（SCI/EI收录）2 袁越锦, 徐英英, 杨彬彬, 等. 非固结多孔介质干燥的双尺度孔道网络模型与模拟. 工程热物理学报. 2010,31(2): 302-306. （EI收录）3 袁越锦. 一种太阳能果蔬热风真空组合干燥设备及干燥方法，CN201110399465.5（发明）-一、项目实施的目的、意义1,研究意义果蔬渗透脱水是指在一定温度下，将水果或蔬菜浸入高渗透压的溶液，即糖溶液或盐溶液中，利用细胞膜的半渗透
5、性使物料中水分转移到溶液中，达到除去部分水分的一种技术。与传统的热风脱水相比，由于水分的转移而没有发生相的变化即无需加热，因而渗透脱水的脱水具有能耗低，营养成分损失少的特点。由于它可以在较短的时间内除去水果、蔬菜里的水分而不损坏其组织，使它们仍能保持原有风味、色泽、营养和品质，而且感观与新鲜时几乎一样，因此是一种颇受看好的加工技术。在生产中，渗透脱水可以作为果蔬加工的一种前处理方式，与果蔬干燥、冷冻、罐藏等方法组合使用。渗透脱水后的产品进一步干燥时使用果蔬的干制品，渗入到组织内部的糖分可对果蔬制品起到一定的保护作用，从而可以避免或限制使用二氧化硫，同时增加了产品在贮藏期的色素稳定性。 另外，从
6、生产角度来说，经渗透脱水的果蔬再行干燥时，产品的干燥时间可缩短1015 ，同时由于体积和重量的减少，使干燥的有效荷载增加23 倍，从而大大节省了能耗。渗透脱水水果用来制作果酱时，可使产品的感官品质优于普通果酱。由于渗透脱水具有诸多好处，将使这一技术作为果蔬前处理方法而得到广泛的推广应用，应用的日益广泛。渗透脱水早期的研究主要集中在脱水的可能性、渗透脱水的影响因素、渗透过程中的物理和化学现象等。近年来，对渗透脱水过程中的物质迁移进行了广泛深入的研究，建立了许多动态模型。目前，渗透脱水技术的研究主要集中在果蔬加工，已报道的品种主要有：苹果、菠萝、香蕉、草莓、芒果、桃、梨、葡萄、杏子、樱桃、猕猴桃、
7、土豆、蘑菇、番茄及胡萝卜等。水果和蔬菜的人类摄取维生素、矿物质、有机酸、膳食纤维等营养成分和生理活性成分的主要来源，其在平衡膳食中占有非常重要的地位。在人们日益追求安全、营养、保健、方便的绿色食品中，脱水果蔬越来越受到人们的青睐，已成为我国出口创汇的主要产品之一。为了最大限度的保留脱水果蔬的色香味和维生素等热敏性成分或生理活性成分，渗透脱水技术联合其它干燥技术，如热风、冷冻、微波、远红外干燥技术等。目前，国际国内蔬菜加工的数量和需求不断上升，加工的方法不断更新，渗透脱水可以作为脱水蔬菜、速冻蔬菜、罐藏蔬菜的前处理方法。而通过渗透脱水制得的中等水分的水果可作为甜点心、酸奶、冰淇淋等的原料，提高果
8、品的利用价值和经济效益。渗透脱水技术应用于水果、蔬菜、肉类、鱼类等，可较好地保持果蔬、肉类加工后的品质，降低加工能耗，因此这一技术受到国际食品界的广泛关注。食品渗透脱水技术的应用具有悠久的历史，如传统蔬菜、肉类、鱼类的盐腌，水果的蜜制和糖制等。但直到上世纪60年代，人们才开始深入地研究这一技术的机理及其和干燥、冷冻、杀菌、罐藏等方法的组合应用。研究发现，渗透脱水技术广泛适用于水果、蔬菜、肉类、鱼类，可较好地保持果蔬加工后的品质，降低加工能耗。加拿大、法国、英国、德国、意大利、希腊、比利时、瑞士、荷兰等国家的13个课题组，在19972000年对渗透脱水进行了专门研究，以求为渗透处理的工业化应用提
9、供理论和技术支持。渗透脱水技术结合其它技术的应用可以参照表1总之，渗透脱水技术在不断完善自身技术方法和设备的同时，与其它食品加工技术结合的联合技术在理论的建立，完善和应用中将向着更深更广的方向发展，将作为果蔬加工的前处理方法而得到广泛的应用。果蔬渗透脱水与传统的热风脱水相比由于水分的转移而没有发生相的变化即无需加热因而渗透脱水的脱水具有能耗低营养成分损失少的特点。由于它可以在较短的时间内除去水果蔬菜里的水分而不损坏其组织使它们仍能保持原有风味色泽营养和品质而且感观与新鲜时几乎一样,因此是一种颇受看好的加工技术。表1-1 渗透脱水技术在果蔬加工中的应用应用举例部分脱水（固体原料）配合其它加工手段
10、巴士灭菌、低温冷藏、冷冻、进一步干燥脱水（常压气体干燥、真空干燥、冷冻干燥、微波干燥等）。腌制糖渍（浸糖）、盐渍（浸盐）调整产品配方（目的在于）获得更好的感官品质，改善产品的结构（通过添加钙离子、酶制剂来突出产品的结构特点：弹性、咀嚼性等），强化营养（添加一些功能因子），延长保质期（添加生物防腐剂、化学防腐剂）。综合运用上述三种手段开发保质期更长的微加工果蔬产品2，果蔬渗透脱水开发国内外研究现状和前景 (1)果蔬渗透脱水的现状 用来进行蔬菜脱水的方法有以下几种: 渗透脱水,热风干燥，微波干燥，真空干燥，红外辐射干燥等。果蔬渗透脱水是指果蔬在一定温度下，浸入一高渗透压的溶液中，除去其中部分水分的
11、一种方法。因植物细胞壁是一种半渗透膜，具有部分选择性，因此在渗透脱水时，存在两个相反的质传递过程。植物细胞中的水分透过膜进入溶液，溶液中的溶质也有一部分渗透到细胞中去，在目前节能的大背景下，渗透脱水成为了热点。热风干燥需要的时间长，耗能大，生产成本大，而且果蔬品质不好保证，常常被氧化。微波干燥是目前研究的比较成熟而且应用前景也很广阔的一种脱水方法，也可以与其它方式结合进行联合脱水。真空干燥主要利用水分的沸点是随着压力的降低而减小的原理，可以在较低的温度下对果蔬进行脱水，有利于保持果蔬的原味。红外辐射是，当红外线频率和分子结合的振动频率相一致时，红外线能量就能转换为分子的振动能量，高分子物质温度
12、就上升.这就是红外线辐射加热的机理。果蔬体积小,脱水效果明显。果蔬组织结构的严实程度、初始不溶性固形物与可溶性固形物的含量、细胞间距、水溶性果胶和原果胶的比例、酶活性的大小等等都是制约脱水效果的因素。水果外表皮蜡质含量越低,除水效果越明显,因此,果蔬渗透脱水前往往进行皮处理。主要是使用一些化学物质除去果皮中的蜡质层,增加半透膜的脱水作用, 一般使用C10C18 的脂肪酸乙酯对果皮进行处理。Constantine 等人(1984) 研究得出:用1 %的油酸乙酯来浸泡甜玉米和未成熟的玉米30s , 然后进行空气干燥, 其脱水效果大大提高。Punting 等人(1970) 研究发现处理樱桃、葡萄、杏
13、子的油酸乙酯的最佳浓度分别为1 %、2 %和2 %5 %。Marco Riva 报道经油酸乙酯处理的葡萄的脱水效果大大提高。这些实验研究表明:水果表皮对水的渗透性是制约渗透脱水效果的因素。加拿大的L Yu 等人(1997) 对樱桃和蓝莓的皮处理进行研究, 选用以下三种方法: a1 蒸汽处理30s , b1 在90 条件下在热水中浸泡30s , c1 用1 %的豆蔻酸乙酯在30 条件下浸1min ; 实验证实, 经以上处理的樱桃和蓝莓再进行渗透脱水时,其脱水效果大增,而且可缩短随后进行的空气干燥时间; 特别是在13718kPa 压力下,经过30s蒸汽处理的试样,其渗透脱水效果最佳。(2)渗透脱水
14、的应用前景渗透脱水可以在较短的时间内除去果蔬的水分而不损坏果蔬的组织结构,经过渗透脱水的果蔬产品仍具有果蔬应有的风味、色泽、质构、营养品质, 其产品的感官品质相当不错,与新鲜果蔬几乎一样。渗透脱水可以作为果蔬加工的一种前处理方式, 与果蔬干燥、冷冻、杀菌、罐藏等方法组合使用。渗透脱水后的产品进一步干燥生产果蔬干制品,渗入到组织内部的糖分可对果蔬制品起到一定的保护作用, 可以避免或限制使用二氧化硫, 同时增加了产品在储藏期间的色素稳定性,少量糖分的渗入可使产品比普通产品更温和可口。从生产的角度来说,经渗透脱水的果蔬再进行干燥, 产品的干燥时间可缩短10 %15 % , 同时由于体积和重量的减少,
15、 使干燥的有效荷载增加了23倍,从而大大节省了能耗。渗透脱水后的产品用来制作罐头可使用产品的感官品质优于普通罐头产品,这一步关键是是将水果处理至2024Bricks , 使水果的天然风味物质增加,在以后的加热处理时,颜色和质地的稳定性提高,并且由于重量和体积的减少,装罐能力提高。渗透脱水后的产品进行冷冻干燥使原料体积变小及固形物增加,冷冻干燥的荷载和加工能力可提高三倍。果蔬的冷冻往往需要消耗大量的能源以冷冻新鲜原料中所含的大量水分,经渗透脱水后, 果蔬水分含量减少, 冷冻期间能源消耗降低, 同时,由于重量和体积减少,包装、运输及销售处理等过程中的费用相应减少, 而且, 这样的冷冻产品解冻时组织
16、破坏明显减少。与冷冻前的空气干燥相比,既节省了能源,又避免了新鲜原料因空气干燥造成的品质下降。渗透脱水后的葡萄若用来榨汁, 由于糖酸比提高, 再经发酵制得的葡萄酒的感官品质也得以提高。由于渗透脱水在果蔬的品质保持和能源消耗方面的优势,它作为果蔬加工的前处理方法得到了国际食品界的广泛关注,是一些发达国家努力探索的一项课题(加拿大、法国、英国、德国、意大利、希腊、比利时、西班牙、瑞士、荷兰的十三个课题组正对渗透脱水的应用进行研究,被研究的不光是果蔬,还有鱼、肉等) 。在大规模工业应用时,亟待解决的问题还有渗透溶液的在线管理、如何来控制溶液的浓度、如何来回收溶液、如何来确保渗透溶液的微生物指标的安全
17、性等等。目前, 快餐业蓬勃发展, 汉堡包、三明治、比萨饼的制作需大量的中等水分含量的蔬菜,如:西红柿、花菜、蘑菇、胡萝卜等等,渗透脱水是制备这些脱水蔬菜的优选方法。目前, 国际国内蔬菜加工的数量和需求不断上升, 加工的方法不断更新,渗透脱水可以作为脱水菜、速冻菜、罐藏菜的前处理方法。我国尽管是世界上第一水果生产国,但高产并没有高效。我国长期以来重视水果的采前栽培、病虫害防治, 却忽视采后处理, 致使水果在分级、包装、运输等过程中腐烂损失严重, 每年约有25 %的产品因变烂而不能利用。果品加工业是实现水果采后减损增值的主要途径之一。通过渗透脱水制得的中等水分的水果可作为甜点心、酸奶、冰淇淋等的原
18、料, 这样可以提高果品的延伸效益。随着应用性研究的深入,渗透脱水将作为果蔬加工的前处理方法而得到广泛应用。参考文献:1濮良贵.机械零件M. 北京：高等教育出版社，1982.2陈萃仁.蘑菇渗透脱水规律的研究J. 食品与发酵工业，1998，17-19.3邱伟芬.果蔬渗透脱水的研究进展及应用前景，食品科技，2000，31-32.4 李丙智. 我国苹果生产现状与发展J.西北园艺，2002（1）：6-7.5 胡昊磊，赵金红，孙亚松等. 果蔬渗透脱水过程动力学研究J . 干燥技术与设 备，2007 （4）:193-193.6 潘永康主编.现代干燥技术M.北京:化学工业出版社 1998.5777 文怀兴.食
19、品真空干燥技术与设备,农机与食品机械J,1999，(3)：18-21.二、项目研究内容和拟解决的关键问题1,研究内容本项目针对目前果蔬渗透脱水技术进行调研研究，设计出一套完整的果蔬渗透脱水设备。主要研究内容分为以下三个方面：（1） 果蔬渗透脱水技术的研究，包括渗透溶液种类、浓度、温度、切片大小、渗透脱水时间、水果样品和渗透液的比例、压力、搅拌方式等诸多因素对渗透脱水效果的影响，为果蔬渗透脱水过程的工艺参数的选择提供依据。（2） 依据相应较佳的工艺参数，进行果蔬渗透脱水设备的整机设计、数字化样机的建立及其动态仿真以及有限元分析。（3）果蔬渗透脱水设备试验样机的加工与制作。 2，研究目标：(1).
20、 针对果蔬渗透脱水过程的相关影响因素的参数，通过实验，确定其大概的成型范围，为实际果蔬渗透脱水过程的工艺参数的选择提供依据。(2).设计出一套完整的果蔬渗透脱水设备，利用三维造型软件建立果蔬渗透脱水的数字化样机，并进行动态仿真。(3).加工出试验样机，并进行果蔬渗透脱水的调试试验。3，拟解决的关键问题(1).果蔬渗透脱水过程工艺参数的选择是需要解决的关键问题，预计通过查阅相关文献，做大量实验，确定其大概范围。为进行果蔬渗透脱水设备的设计时对果蔬渗透脱水过程工艺参数的选择提供依据 (2).进行果蔬渗透脱水设备的设计时，果蔬渗透脱水放大工艺过程中，有三个主要问题需要解决： 果蔬样品与渗透液的有效接
21、触（果蔬原料的密度低于渗透液的密度，果蔬原料常常漂浮在渗透液表面上） 有效利用大量的渗透液， 有效地循环利用渗透液降低生产成本、减少废物排放。 三、项目研究与实施的基础条件1、课题组成员在指导老师的带领下进行了大量的果蔬渗透脱水技术的前期研究工作，我们一直关注着果蔬渗透脱水技术的国内外研究进展，搜集的大量的文献资料，向指导老师咨询了大量的与果蔬渗透脱水技术相关的知识和技术要点，为我们对果蔬渗透脱水技术及其设备研究这个课题的研究工作建立了良好工作基础。2指导教师袁越锦老师具有多年高等热力学、干燥原理及应用、工程热力学、传热学、安全工程及粉体工程等课程的教学经验，主要从事化工机械设备与干燥技术及节
22、能等方面的科研与教学工作。主编UG NX 6.0建模基础与实例（化学工业出版社）和参编现代干燥技术专著（教材）共2部；近年来在国内外学术期刊上公开发表学术论文30余篇，其中16篇被SCI、EI收录；获得国家发明专利8项，实用新型专利10项。 指导教师对化工机械设备的优化设计与强化传热传质技术及工业节能和真空干燥技术与果蔬的绿色精深加工等方面有很好的研究基础，可以很好的指导本项目的实施过程；3.我们都是大三学生，拥有良好的专业知识背景，能很好的思考和解决项目实施过程中遇到的问题。四、项目实施方案1，方案设计构思（1）渗透方式的选择 渗透液在样品外部：样品浸泡在渗透液中、渗透液有搅拌（连续、间歇）
23、或没有搅拌，渗透液淋浴样品等形式渗透液在样品外部样品浸泡在渗透液中渗透脱水的特点是通过渗透液从固体样品中取出水分；固体样品一般组织结构比较脆、比重小，渗透处理时样品被浸泡在比重大、粘度高的渗透液中。（2）渗透效率的问题 工业上大部分采取搅拌的方式来提高效率，渗透液搅拌状态对渗透脱水过程中样品水分损失和可溶性固形物搅拌有助于高浓度、高粘度渗透液中样品中的物质扩散。但是考虑到搅拌可能会对原料造成损伤，我选择另一种方式也就是振荡来替换这种方式不但可以避免损伤原料，使得苹果片与糖浆接触的更充分，同时解决糖浆浓度不均温度不均的问题，不但提高了渗透脱水的质量，而且也加快了速度，节省了时间，提高了效率，更加
24、具有经济性。（3） 浮料为了填料方便，结构简单，成本低，通过一个循环泵的工作从振荡槽底部抽取糖浆，再从振荡槽的外围管道开孔通过类似喷淋的把糖浆液喷洒下来，冲力比较大一点，把浮料打下。这和空气压缩机的上下振荡形成扰流的作用不谋而合，可以把原料充分的调动起来，避免原料一直漂浮在液面的表面。（4）渗透液的循环使用在渗透脱水过程中，苹果中的水分流向渗透液中，渗透液浓度下降，脱水能力下降；伴随着风味物质、色素、各种酸类、蛋白质、果胶类物质渗入渗透液中，渗透液的化学特性、物理化学特性、感官特性等也随着渗透脱水过程的进行而逐渐改变。所以准备用消毒机和溶质添加桶保证糖浆的浓度，质量等从而解决有效利用大量的渗透
25、液，有效地循环利用渗透液降低生产成本的问题2，渗透脱水设备方案图设计经过构思确定设备，机械振荡式渗透脱水设备结构简单，渗透溶液设计有回流管道，能够有效调节渗透溶液浓度，同时设置气压缸的上下运动，振荡马达的左右方向的机械振动，加上原料框下方压缩空气管的扰流，以及循环泵的喷淋作用可以强化渗透脱水过程的进行，进而最大限度的提升传质效率。 具体结构见下图： 图3-1果蔬渗透脱水设备1空气压缩机 2空气过滤器 3框状压缩空气管 4网格状原料框 5振荡槽 6高度杀菌机 7溶液添加桶 8循环泵 9喷液管 10竖直布置气压缸11振荡马达（1）该机械振荡式果蔬渗透脱水设备的组成：（a）该设备包含一个振荡槽，其振
26、荡槽四侧底端各设有一个支座；（b）槽体右侧设计有一个浸渍液输出管道，其浸渍液输出管接入高温杀菌机并经浸渍液添加桶而由浸渍液回流管道导入振荡槽内；（c）振荡槽底面外接有一个连接有空气压缩机和空气过滤器的框状空气管，该框状空气管并于下方设置有两个透孔；（d）空气管上面设置有一略为倾斜且断面成“U”的网格状原料框，且在原料框的左侧设置有一开启门，用于对渗透好的果蔬进行卸料动作，原料框右侧设置有两个抽送隔板，以控制渗透脱水过程中的浮料问题；（e）在原料框的内侧上端设置有与气压缸活塞杆相连接，左侧外端连接一个振荡马达。五、学校可以提供的条件本课题组成员所在单位陕西科技大学是一所由中央与地方共建、以轻工为
27、特色的多学科性大学。学校总面积2003亩。学校图书馆馆藏纸质图书116.47万册，电子图书45万册（种），另有共享图书40万册。教学科研仪器设备总价值1.08亿元，校园网建设水平高，运行良好。 项目的研究工作中所使用到的仪器设备基本可以全部在陕西科技大学解决。与本项目相关软件有：CAD、Solidworks 、PRO/E工程软件，ANSYS有限元分析软件等。六、预期成果1、确定合理的果蔬渗透脱水过程的工艺参数。2、完成一套果蔬渗透脱水设备的整机设计，建立其数字化样机模型； 3、完成果蔬渗透脱水设备的加工制造，并进行果蔬渗透脱水的调试试验。4、项目结题报告一份。5、根据项目成果公开发表科技论文1
28、-2篇。 6、提高我们的创新能力，团队合作精神。七、经费预算经费预算表 （金额单位：万元）科目经费预算备注（计算依据与说明）1实验费用 0.20002材料、加工费2.6000（1）能源费0.1000水、电费（2）设备材料购置费1.5000空气压缩机，振荡马达，循环泵等（3）加工费 1.000用于加工试验样机3资料印刷费0.4000（1）出版物0.3000论文版面费（2）文献/信息传播费0.1000文献检索、资料复印、打印费4.材料性能测试0.3000设备设计中所涉及材料的性能测试5鉴定验收费0.1000用于项目验收6其它费用0.2000其他未可预见费合计3.80001+2+3+4+5+6八、导师推荐意见 该项目前期已做了大量调研、文献检索、方案初步设计等工作，具有良好的创新性和应用价值，项目组具备完成项目的条件，同意申报。 签名： 年 月 日九、院系推荐意见：院系负责人签名： 学院盖章 年 月 日十、专家组评审意见： 专家签名： 年 月 日十一、学校意见： 学校负责人签名： 学校盖章 年 月 日注：表格栏高不够可增加。