TRIZ 理論解決沙棗粉制備中的破核問題

王 雅，楊 波，蔣雨紅，席 鴿，徐永強，趙司南，孟亞琴

（蘭州理工大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅蘭州 730050）

0 引言

沙棗（Elaeagnus angustifolia L.） 是胡頹子科胡頹子屬落葉喬木或灌木，適合生長在半干旱、干旱地區(qū)，在我國主要集中生長于西北地區(qū)，有較好的防風(fēng)固沙作用，是一種集生態(tài)效益與經(jīng)濟效益于一體的重要樹種[1-2]。沙棗果實含有較高的營養(yǎng)成分和保健因子，具有抗氧化、抗腫瘤、提高機體免疫力、抑菌及抗炎等多種功能[3-4]。沙棗粉制備是沙棗研究的重要環(huán)節(jié)，若粉碎不徹底或者混入破碎的沙棗核等都會影響試驗結(jié)果。

TRIZ（Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch），即“發(fā)明問題解決理論”[5]，是基于問題的分析理論和方法體系，這一理論由前蘇聯(lián)的發(fā)明家和教育家G.S.Altshuller（根里奇·阿奇舒勒） 及其研究團隊通過大量專利和創(chuàng)新案例的分析后總結(jié)而來的[6]，是公認的指導(dǎo)創(chuàng)新的最佳工具[7]。TRIZ 理論的問題解決主要包括矛盾分析與發(fā)明原理、物-場模型及標準解、科學(xué)效應(yīng)與知識庫、S 曲線及技術(shù)系統(tǒng)進化法則、最終理想解、創(chuàng)新思維方法等內(nèi)容[8-9]。

在研究沙棗果肉功能特性等時發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有粉碎設(shè)備在粉碎制備果肉粉時，將沙棗核也粉碎，使其混入到沙棗粉中，影響試驗結(jié)果。通過TRIZ 理論有效解決了沙棗粉制備中的破核問題，證明了功能結(jié)構(gòu)分析與TRIZ 理論集成的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計方法的有效性。

1 發(fā)現(xiàn)問題

在沙棗可食部位（果皮和果肉） 營養(yǎng)、保健成分測定、功能活性評價及沙棗粉的制備過程中，現(xiàn)有粉碎設(shè)備如果產(chǎn)生的力過大，將沙棗皮及果肉粉碎的同時，也將沙棗核破碎，導(dǎo)致沙棗粉中混入沙棗核雜質(zhì)；如果產(chǎn)生的力過小，沙棗果肉從果核上脫離不徹底，引起試驗結(jié)果不準確及資源浪費。

2 應(yīng)用TRIZ 理論解決沙棗粉碎破核問題

2.1 技術(shù)矛盾分析

（1） 問題。如何降低刀刃鋒利度。

（2） 目前解決辦法。刀刃太薄、鋒利度過度導(dǎo)致刀刃剪切力過大引起沙棗核破碎，適當(dāng)增大刀刃厚度，降低刀刃鋒利度。

（3） 缺點。質(zhì)量增加、速度降低、成本增加、生產(chǎn)率降低。

改善參數(shù)：力。

惡化參數(shù)：生產(chǎn)率。

創(chuàng)新原理：局部質(zhì)量、機械系統(tǒng)替代、物理或化學(xué)參數(shù)改變、熱膨脹。

根據(jù)機械系統(tǒng)替代原理的啟發(fā)，得到方案：沙棗在粉碎室被粉碎時，刀刃太薄，導(dǎo)致刀片剪切力度多大引起沙棗核被破碎，適當(dāng)增加刀刃厚度，降低剪切力度， 但刀刃厚度增加，質(zhì)量增加，導(dǎo)致速度降低，時間增加，效率降低，生產(chǎn)率降低。根據(jù)機械系統(tǒng)替代原理得出方案：將切割刀從機械刀變換為激光刀。激光刀通過自由彎曲的玻璃纖維或塑料纖維傳輸激光，利用激光能量高度集中產(chǎn)生的電磁效應(yīng)等切割物料。激光刀的銳利度由其功率決定，用一定功率的“激光刀”可能會滿足沙棗果肉與果核分離，果核不破，還需要樣機驗證，其優(yōu)點是縮短時間、提高工作效率、保護沙棗營養(yǎng)成分。

2.2 物場分析（機械場）

根據(jù)因果分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于刀刃鋒利，在運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的機械力（剪切力） 將沙棗核破碎，導(dǎo)致沙棗粉中混入沙棗碎核，無法食用。建立沙棗粉制備過程中不破核的物場模型：

根據(jù)標準解得到方案如下：將直型平面的刀片轉(zhuǎn)換為平面的刀銼，使原刀片刀刃的鋒利度大大降低，用刀銼與沙棗之間產(chǎn)生的摩擦力使果肉從果核上分離并被粉碎，刀矬的剪切力大大降低，果核不易破碎。刀銼是否會對果核造成破碎或是否影響粉碎效率有待進一步驗證。

引入系統(tǒng)中現(xiàn)有物質(zhì)的變異物見圖1。

圖1 引入系統(tǒng)中現(xiàn)有物質(zhì)的變異物

2.3 進化路線分析

進化路線：沙棗粉碎刀片進化路線——刀片組件面的進化路線。

進化路線見圖2。

圖2 進化路線

把平面形的刀片轉(zhuǎn)換為復(fù)雜面的尖頭刀銼，將復(fù)雜面的刀銼直接連接在轉(zhuǎn)動軸上，用轉(zhuǎn)動軸直接帶動復(fù)雜面的刀矬轉(zhuǎn)動，降低了原刀片的鋒利度，用刀銼產(chǎn)生的摩擦力促使沙棗果肉與果核分離且果核不破。優(yōu)點：尖頭帶齒、保護竹節(jié)、耐用、受力面積增大，提高效率。目前，刀銼技術(shù)日益成熟，加工制造成本亦可接受，故本方案可行性較好。

3 結(jié)論

應(yīng)用TRIZ 理論，對沙棗粉制備過程中核易破碎問題進行了創(chuàng)新方法應(yīng)用，獲得了多種解決方案，證明了TRIZ 理論為一種具有極高創(chuàng)新理念的創(chuàng)新方法和應(yīng)用工具，為該理論的應(yīng)用提供了較好的支撐。