基于竹筍類速凍智能設(shè)備的研究

張廷婷 溫沁 曾令培 溫建華

摘要：智能設(shè)備和速凍工藝快速發(fā)展，但關(guān)于竹筍類食品速凍加工方面的研究依然欠缺。針對竹筍類速凍智能設(shè)備進行研究，通過對竹筍類保鮮情況、浸漬速凍工藝結(jié)合智能傳輸、智能篩選、自動包裝、自動抽真空、智能速凍等功能進行研究。

關(guān)鍵詞：竹筍;速凍;智能設(shè)備;研究進展

中圖分類號：TS255.3???? 文獻標(biāo)志碼：A??? doi：10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2020.02.020

Research Progress Based on Bamboo Shoot Class Quick-freezing

Intelligent Equipment

ZHANG Tingting1，WEN Qin2，ZENG Lingpei，WEN Jianhua

（1. College of Mechanical Engineering，Chengdu University，Chengdu，Sichuan 610106，China;

2. Limited company of Xianneng Agriculture Science and technology，Chengdu，Sichuan 610000，China;

3. College of Mechanical and Electrical Technology，Chengdu Agricultural College，Chengdu，Sichuan 610039，China）

Abstract：With the development of intelligent equipment and quick freezing technology，there was still a lack of research on the quick-freezing processing of bamboo shoots food. The research was conducted on bamboo shoot quick-freezing intelligent equipment，through the preservation of bamboo shoots，immersion quick-freezing process combined with intelligent transmission，intelligent screening，automatic packaging，automatic vacuum pumping，intelligent quick-freezing and other parts of the functions were studied.

Key words：bamboo shoot;quick freezing;intelligent equipment;research progress

我國是世界上竹類資源最豐富的國家，竹子種類、分布范圍和竹林面積均居世界首位[1]。竹筍屬于禾本科，是竹鞭或稈基上的芽萌化分為二次的膨大的芽和幼嫩的莖[2]。竹筍因為其含有高纖維、低脂肪、高蛋白、高礦物質(zhì)元素等物質(zhì)，被譽為“素食第一品”，同時也是人們公認的一種綠色純天然的保健食品[3]。大量竹筍的生長環(huán)境都屬于城市的偏遠地區(qū)，又由于春季、冬季為竹筍集中生產(chǎn)的季節(jié)，長距離的運輸嚴重制約了竹筍食品的流通飲食和銷售等發(fā)展。采摘后的鮮筍處于不斷呼吸代謝的過程中，這樣的有機生命活體呼吸的過程會造成竹筍失水、木質(zhì)化、大量營養(yǎng)物質(zhì)損失，大大降低竹筍的品?? 質(zhì)[4-5]。在竹筍保鮮加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，傳統(tǒng)方法會選用干燥、腌制、冷藏等方式，也會選用添加保鮮劑等方式，由于這些操作簡單、消耗成本較低等特點，被廣泛地運用，但是在保鮮的過程中造成了竹筍營養(yǎng)成分的破壞和損失，運用化學(xué)添加劑保鮮的過程也會在竹筍內(nèi)留下一定的化學(xué)物質(zhì)。

隨著生活水平的提高，人們對于“健康、生態(tài)、新鮮”的食品要求越來越高。目前，速凍工藝被更加廣泛地運用于各種蔬菜、瓜果、肉類的保鮮加工。速凍方式可以大大減緩食品的物理及化學(xué)變化，此過程中抑制了微生物大量繁殖，保留了食品的新鮮程度、外觀色澤風(fēng)味、營養(yǎng)價值等品質(zhì)。目前，運用于竹筍類的速凍設(shè)備鮮有，需要對竹筍類保鮮情況、浸漬速凍工藝結(jié)合智能傳輸、智能篩選、自動包裝、自動抽真空、智能速凍等功能進行研究。

1?? 竹筍冷藏與速凍工藝過程

竹筍品質(zhì)的變劣過程，是呼吸作用加速其木質(zhì)化過程，同時伴隨著離體竹筍的大量水分蒸騰散失，該過程竹筍內(nèi)部一系列異常酶活性發(fā)生了變化，加速了竹筍變劣過程。陳慧云[6]利用減壓貯藏技術(shù)對新鮮竹筍進行研究，在50 kPa下對竹筍減壓，于2±1 ℃下冷藏貯藏、90%～95%相對濕對條件下存儲35 d，研究表明減壓后低溫貯藏可以減少包裝中O2的含量，低溫抑制呼吸，從而有效延長竹筍的保鮮期。蘇云中等人[7]將竹筍放置于PE 袋中，緩沖土放入，在?? 1.0±0.5 ℃低溫下貯藏50～80 d。沈立銘等人[8]在2±1 ℃低溫條件下貯藏竹筍15 d，與在10±1 ℃低溫條件下貯藏比較，前者的呼吸強度較之降低了318%，表明低溫貯藏是有效的保鮮方式。

食品速凍需要在-30～-18 ℃低溫下完成，或? 20 min的液氮、微凍液環(huán)境下凍結(jié)，快速凍結(jié)使得食品類水分形成了無數(shù)小冰晶，減少了細胞之間的水分外析，迅速降低了微生物生長，抑制了微生物的繁殖及其生化反應(yīng)，最大限度保留了食品的品質(zhì)[9]。溫中彬[10]提出竹筍（雷竹筍、高筍、方竹筍、玉蘭筍等）采用真空后的速凍工藝采用在-120～-60 ℃液氮、或-40～-25 ℃微凍液環(huán)境速凍5～25 min，并用-40～-18 ℃冷藏或運輸，可以保留竹筍原有的顏色、氣味、質(zhì)感和鮮度。研究表明1年以內(nèi)竹筍保鮮達到92%以上，營養(yǎng)成分損失率僅為5%～8%，干耗率為0.5%～0.7%。劉耀榮等人[11]于1 ℃恒溫庫中結(jié)合抽氣速凍（-18 ℃）可使帶筍衣殼鮮竹筍的貯藏期達到90 d左右。

對比竹筍冷藏跟速凍的貯藏方式，速凍比冷藏的方式有以下優(yōu)勢：第一，速凍保留了食品原有的顏色、氣味、質(zhì)感、鮮度等品質(zhì);第二，食品經(jīng)過速凍處理后的保鮮期大于直接冷凍后的保鮮期;第三，同在減壓、抽真空的情況下，速凍處理的食品比同條件下直接冷藏的保鮮期長。結(jié)合前人研究結(jié)果表明，在減壓、抽真空的情況下采用速凍的方式可以保留食品原有的品質(zhì)，大大延長保鮮期。

2?? 竹筍速凍智能設(shè)備

液氮速凍設(shè)備解凍時不需要直接消耗電能，其原理是依靠液氮制冷和內(nèi)能轉(zhuǎn)換，從而達到快速冷凍保鮮的目的[11]。速凍設(shè)備采用液氮為媒介可以分為吹風(fēng)式、隧道式、接觸式、直接速凍式裝置。液氮速凍設(shè)備中吹風(fēng)式、隧道式適用于片狀、面積小、厚度薄的食品加工。大部分竹筍面積大，具有一定厚度，長短不一，且竹筍的保鮮過程對于筍體本身有一定的要求，需要完整、無機械損傷、基部帶根、剔除病蟲害斑點病害筍，且筍體不含水等，所以不宜將大塊部分分為小塊或者單體，不宜采取吹風(fēng)式、隧道式的速凍設(shè)備。該設(shè)備采用接觸式、直接速凍方式。設(shè)備中運用液氮或者微凍液沉浸速凍，優(yōu)勢在于可以將使得筍體表面全部沉浸于液氮或微凍液中，避免了受冷不均的情況出現(xiàn)。現(xiàn)有大量的關(guān)于液氮噴霧、液氮網(wǎng)帶針對各種水果、魚類等食品運輸?shù)亩喾N自動智能設(shè)備，鮮有針對竹筍的速凍智能設(shè)備。

竹筍速凍智能設(shè)備功能模塊見圖1。

2.1?? 料區(qū)

據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，去殼后的竹筍呼吸強度比未去殼的約高出40%，而切分后的竹筍呼吸進一步增強，接近未去殼的2倍[12]。在進入輸送裝置之前竹筍需要保留筍殼，沒有機械損傷。又由于竹筍種類眾多、形狀各異、長短不一、質(zhì)量差距大。在輸送裝置上對竹筍的質(zhì)量進行了一次篩選，保留質(zhì)量為150～1 000 g的竹筍，篩選出較小和較大的竹筍。較小的竹筍在裝袋時會使得抽真空的面積大，較大的竹筍會造成自動裝袋的問題出現(xiàn)，都不便于接下來的自動裝袋、抽真空區(qū)的工作。當(dāng)竹筍進入到輸送裝置，傳輸帶上下的重力傳感器對傳輸帶上的竹筍進行重力識別，重力傳感器分別于對應(yīng)的機器手臂相配對，識別出低于150 g與高于2 000 g的竹筍，相應(yīng)的機器手臂進行抓取篩選。

料區(qū)自動系統(tǒng)功能構(gòu)圖見圖2。

2.2?? 自動裝袋、抽真空區(qū)

竹筍自動裝袋過程需要完成機械手臂供袋、泵撐袋、智能稱重控制、機器手臂套袋、竹筍入袋的工作。過程選用PLC控制系統(tǒng)[13]，三菱FX2N型PLC的優(yōu)點為體積小、嵌入性好、控制靈活、可靠性高。工作過程：由于PE袋的薄膜處于閉合狀態(tài)，選用控制電池閥、氣缸加控制系統(tǒng)進行吸袋、給袋、運袋、開袋、插入、撐袋、套袋等工作[14]。通過PLC控制工業(yè)機器人完成開袋、吹氣、撐袋等工作。同時，輸送系統(tǒng)將竹筍輸入到自動稱重區(qū)，稱重控制在???? 1 000 g以內(nèi)。出料口傳感器識別是否完成套袋工作，若套袋完成，竹筍通過出料口進入到袋中，通過輸送通道進入到下一個環(huán)節(jié)工作。

自動套袋、抽真空流程見圖3。

食品采用真空包裝，可以有效地防止細菌繁殖引起的腐敗，同時可以避免食品脫水、變形、發(fā)霉和變質(zhì)[15]。抽真空區(qū)完成的工作：輸送裝置將裝袋后的竹筍輸送到自動真空機中，真空包裝通過對袋中的空氣抽出后進行封存，封存完成后送至輸送裝置輸出。選用輸出帶式真空包裝機，由傳動系統(tǒng)、真空室、充氣系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、輸送帶等組成[16]，既適用于大尺寸包裝，也適用于大批量小袋的真空作業(yè)。輸出帶式真空包裝機可以不間斷生產(chǎn)，放置于輸送帶上的竹筍置于真空室蓋和平板之間，包裝袋將竹筍定位在擋板內(nèi)，自動完成抽真空、封口、冷卻、輸出的過程。

2.3?? 速凍區(qū)

液氮浸漬速凍的原理是將食品完全浸入到液氮中，在短時間內(nèi)實現(xiàn)快速凍結(jié)，一般需要低溫容器、食品、液氮、風(fēng)冷冷淋器、活塞壓縮機等就可以完成。市面上已經(jīng)有固定式浸沒速凍機出現(xiàn)，利用振動入口傳送帶輸送食品至淺盤式浸沒液氮池完成速凍過程[17-18]。竹筍經(jīng)過抽真空工作后，通過輸送裝置輸出，由機器手臂放入到類似于滾輪隔間的裝置中，將滾輪放入到液氮的速凍區(qū)。該裝置在速凍的過程中可以不斷進行轉(zhuǎn)動。滾輪不同于以往一直浸漬液氮的裝置，其轉(zhuǎn)動的過程使得竹筍不能一直停留于液氮的速凍區(qū)，有效節(jié)能。智能控制竹筍速凍的時間，速凍完成后，機械手臂取出竹筍，放置輸出設(shè)備中，輸送至-40～-18 ℃的凍庫。機器手臂的使用避免了因為液氮的低溫引起的人工凍傷等問題。

3?? 結(jié)語

目前，鮮有竹筍類的速凍設(shè)備。竹筍類智能速凍設(shè)備的提出充分結(jié)合現(xiàn)有科技發(fā)展的智能成果，實現(xiàn)了全程智能化速凍控制，方便、安全、提高工作效率。整個智能系統(tǒng)造價較高，液氮的回收、食品易龜裂等確定，有待今后深入研究。

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收稿日期：2019-08-10

作者簡介：張廷婷（1985—?? ），女，碩士，研究方向為農(nóng)業(yè)工程與信息技術(shù)。

通訊作者：曾令培（1981—?? ），男，碩士，工程師，研究方向為自動化控制。