直条型食品力学特性综合测定仪的开发

摘要

直条型食品包括挂面、粉丝、干米线等细直条食品,这类食品现行的行业标准和国家标准中,对力学特性的评价很少,缺乏相应的指标,且检测的仪器化程度低。直条食品力学特性(后屈曲形变行为和弹性模量)主要反映食品的原料品质,同时反映加工过程中的工艺好坏,是直条型食品的一个综合评定指标。因此,建立准确的直条食品后屈曲形变行为和弹性模量分析测量方法是十分重要的。通过研究直条食品力学特性的分析检测方法,根据检测方法的原理研制开发直条型食品力学特性综合测定仪,为相关食品品质提供科学、准确、客观的评价依据,也为相关食品标准的制定提供参考。
　　 运用扫描图像法对不同长度的挂面、粉丝、干米线和细直意大利面进行后屈曲形变行为参数的测量和验证。结果表明,意大利面的后屈曲中点挠度实测值与理论值的误差小于1.0%,挂面的后屈曲中点挠度误差小于2.0%,粉丝、米线后屈曲中点挠度误差都小于5%;意大利面的后屈曲端部转角实测值与理论值误差小于2.0%,挂面和米线的端部转角误差小于5.0%,粉丝的端部转角误差小于6.0%,证明了扫描图像法测量分析挂面、直条粉丝、米线和细直意大利面的后屈曲形变行为参数是可行的。扫描图像法提高了后屈曲形变特性参数分析的精度,为直条型食品的力学特性测定仪的构建提供了方法基础。
　　 运用滤波、阈值化和细线化等图像处理预处理方法,以及提取后屈曲形变行为特征参数的计算方法,研制了直条型食品(直条弹性材料)后屈曲形变扫描图像处理分析的软件,实现了直条型食品(直条弹性材料)形变行为参数的自动测定。经验证,所开发的图像处理分析软件是可行的、准确的,提高了形变行为参数的测定精度。
　　 综合运用PLC控制技术、步进电机驱动技术、力传感器技术、图像扫描技术和计算机图像处理技术,研制开发了直条型食品力学特性综合测定仪(即直条弹性材料后屈曲形变特性及弹性模量测定仪)。综合测定仪可以实现对直条型食品弹性模量和后屈曲形变行为参数的测定,还能评价直条型食品的抗弯能力,同时也适用于其它直条弹性材料后屈曲形变特性及弹性模量的测定。经实验验证是可行、可靠的,使直条型食品(直条弹性材料)后屈曲力学特性测定更科学、更简便,测试精度高。
　　 运用图像法测定了65Mn钢、20#碳钢、不锈钢、铜片、PVC、PET、双面高光铜版纸和竹片等八种材料的后屈曲形变行为参数,除竹材外的七种材料的中点挠度实测值与理论值的偏差都保持在2%以内。端部转角小于20°时,端部转角实测值的偏差均小于5%;端部转角在20°以后,实测值的偏差基本在1%以内。结果表明直条型食品压杆后屈曲大挠度理论适用于一般的工程弹性材料。在TA-XT2i物性仪上运用压杆后屈曲法测定了八种材料的弹性模量,同时比较三点弯曲法和压杆后屈曲法两种方法测量65Mn钢的弹性模量,并对各种材料弹性模量的测定条件进行优化。结果表明压杆后屈曲弹性模量测试方法比三点弯曲法更准确,测试结果与公称值更吻合。各种材料压杆后屈曲法弹性模量测定条件的优化结果为:长度为180ram的65Mn钢片的最佳测试厚度为0.25mm、端部转角为15°;20#碳钢片的最佳测试长度为150mm,厚度为0.300mm,端部转角为20°;不锈钢片最佳测试长度为180mm,厚度为0.200mm,端部转角为20°;铜片的最佳测试长度为120mm,厚度为0.300mm,端部转角为20°;厚度0.38mm的PVC薄片弹性模量测量的最佳长度为150mm,端部转角为25°;80mm长度的PET薄片的最佳测试厚度为0.500mm,端部转角为20°;300g/m2双面高光铜版纸弹性模量的最佳测试长度为120mm,端部转角为25°,宽度为30mm;竹片的最佳测试长度为180mm,端部转角为20°,厚度为1.000mm左右。