2021年36卷第1期
2021, 36(1): 1-8.
doi: 10.12187/2021.01.001
摘要:
以马铃薯蛋白（PP）和黄原胶（XG）为原料，通过研究不同pH值、热处理条件和PP/XG质量比确定马铃薯蛋白-黄原胶微凝胶（PP-XGM）的最佳制备条件，对该条件下制备的PP-XGM结构进行表征，以动力学稳定性指数（TSI）为指标对其乳化稳定性进行研究.结果表明：PP-XGM的最佳制备条件为PP/XG质量比1：1，pH值3.0，80℃热处理30 min；与PP-XG相比，PP-XGM的粒径更大，多分散系数更小，颗粒分布更均匀；与PP相比，PP-XG和PP-XGM的最大吸收波长λmax发生了不同程度的蓝移，且PP-XGM的荧光强度（FI）下降最显著；采用透射电镜发现PP-XGM呈核壳结构；在油相体积分数相同的条件下，PP-XGM的乳化稳定性较PP显著提高.
以马铃薯蛋白（PP）和黄原胶（XG）为原料，通过研究不同pH值、热处理条件和PP/XG质量比确定马铃薯蛋白-黄原胶微凝胶（PP-XGM）的最佳制备条件，对该条件下制备的PP-XGM结构进行表征，以动力学稳定性指数（TSI）为指标对其乳化稳定性进行研究.结果表明：PP-XGM的最佳制备条件为PP/XG质量比1：1，pH值3.0，80℃热处理30 min；与PP-XG相比，PP-XGM的粒径更大，多分散系数更小，颗粒分布更均匀；与PP相比，PP-XG和PP-XGM的最大吸收波长λmax发生了不同程度的蓝移，且PP-XGM的荧光强度（FI）下降最显著；采用透射电镜发现PP-XGM呈核壳结构；在油相体积分数相同的条件下，PP-XGM的乳化稳定性较PP显著提高.
2021, 36(1): 9-16.
doi: 10.12187/2021.01.002
摘要:
研究了不同冻藏时间（0 d、10 d、20 d、30 d）对面团中可冻结水含量（FW）、水分分布及存在状态、热力学特性和质构特性的影响，并通过主成分分析和相关性分析探究它们之间的相关性.结果表明：随着冻藏时间的延长，面团的水分物态发生了显著改变，FW、强结合水含量（A21）和自由水含量（A23）增加，弱结合水（T22）和自由水（T23）的横向弛豫时间均向左偏移；冻藏后面团的热稳定性（To、Tc和ΔH）提高，硬度、黏附性和咀嚼性增加，内聚性降低；冻藏期间面团内部水分物态和热力学特性的变化会引起面团质构特性PC1变化值的提高，从而导致面团品质劣变.
研究了不同冻藏时间（0 d、10 d、20 d、30 d）对面团中可冻结水含量（FW）、水分分布及存在状态、热力学特性和质构特性的影响，并通过主成分分析和相关性分析探究它们之间的相关性.结果表明：随着冻藏时间的延长，面团的水分物态发生了显著改变，FW、强结合水含量（A21）和自由水含量（A23）增加，弱结合水（T22）和自由水（T23）的横向弛豫时间均向左偏移；冻藏后面团的热稳定性（To、Tc和ΔH）提高，硬度、黏附性和咀嚼性增加，内聚性降低；冻藏期间面团内部水分物态和热力学特性的变化会引起面团质构特性PC1变化值的提高，从而导致面团品质劣变.
2021, 36(1): 17-29.
doi: 10.12187/2021.01.003
摘要:
基于淀粉结构和老化机制，阐述了外源性组分对淀粉老化的影响；同时，从宏观和分子水平上对检测淀粉老化的热分析、光谱分析、显微成像等技术进行了综述.指出：淀粉的老化过程受非淀粉类碳水化合物、盐、蛋白质、脂质等外源性组分的影响，但由于淀粉类食品构成成分复杂，各组分在储存过程中均可能与淀粉分子发生相互作用，且简单的模型体系无法替代实际的食品体系，因而有必要更深入地探讨复杂模型下淀粉老化特性的变化，从根本上有效延缓或抑制淀粉的老化；另外，由于目前研究者多采用较为单一的分析技术揭示淀粉的老化机制，且常用分析技术尚存在分析指标单一、操作难度较大等局限，故在实际应用中，应根据淀粉样品的信息将多种检测技术相结合，更全面地分析淀粉老化特性的变化情况，以延缓淀粉类食品老化，延长产品货架期.
基于淀粉结构和老化机制，阐述了外源性组分对淀粉老化的影响；同时，从宏观和分子水平上对检测淀粉老化的热分析、光谱分析、显微成像等技术进行了综述.指出：淀粉的老化过程受非淀粉类碳水化合物、盐、蛋白质、脂质等外源性组分的影响，但由于淀粉类食品构成成分复杂，各组分在储存过程中均可能与淀粉分子发生相互作用，且简单的模型体系无法替代实际的食品体系，因而有必要更深入地探讨复杂模型下淀粉老化特性的变化，从根本上有效延缓或抑制淀粉的老化；另外，由于目前研究者多采用较为单一的分析技术揭示淀粉的老化机制，且常用分析技术尚存在分析指标单一、操作难度较大等局限，故在实际应用中，应根据淀粉样品的信息将多种检测技术相结合，更全面地分析淀粉老化特性的变化情况，以延缓淀粉类食品老化，延长产品货架期.
2021, 36(1): 30-38.
doi: 10.12187/2021.01.004
摘要:
为研究加热醇化时间对烟草薄片浓缩液香味成分的影响，首先将浓缩液在70℃恒温条件下分别处理24 h、48 h、72 h，然后测定浓缩液常规化学成分（氨基酸、总糖、还原糖、烟碱）的质量浓度，同时利用气相色谱-质谱联用仪检测其香味成分.结果表明：经加热醇化处理后，浓缩液的总糖、氨基酸、还原糖质量浓度均减少，烟碱质量浓度无显著变化，香味成分质量浓度和种类均增加；最优处理时间为48 h，此时浓缩液含有的醇类、酸类、酯类、酮类、醛类化合物的质量浓度分别是原液的143.47倍、26.10倍、1.62倍、2.92倍、15.76倍，共含有香味成分44种，总质量浓度为891.79 μg/mL.
为研究加热醇化时间对烟草薄片浓缩液香味成分的影响，首先将浓缩液在70℃恒温条件下分别处理24 h、48 h、72 h，然后测定浓缩液常规化学成分（氨基酸、总糖、还原糖、烟碱）的质量浓度，同时利用气相色谱-质谱联用仪检测其香味成分.结果表明：经加热醇化处理后，浓缩液的总糖、氨基酸、还原糖质量浓度均减少，烟碱质量浓度无显著变化，香味成分质量浓度和种类均增加；最优处理时间为48 h，此时浓缩液含有的醇类、酸类、酯类、酮类、醛类化合物的质量浓度分别是原液的143.47倍、26.10倍、1.62倍、2.92倍、15.76倍，共含有香味成分44种，总质量浓度为891.79 μg/mL.
2021, 36(1): 39-44.
doi: 10.12187/2021.01.005
摘要:
为提高喷胶式接装机滤嘴通风率稳定性控制水平，以喷胶压力、搓接温度为变量，采用方差分析、回归分析等方法对通风区域（无胶区）面积稳定性的影响因素进行研究.结果表明：喷胶压力会影响接装胶施胶量，进而影响滤嘴通风区域总面积和滤嘴通风率，其最佳控制范围为1000~1200 hPa；搓接温度会影响滤棒搭口胶熔化、扩散程度，进而影响无胶区有效通风面积和滤嘴通风率；无胶区有效面积在相同机型不同机台间存在差异性，是导致机台间滤嘴通风率波动的重要因素之一，控制机台间喷胶压力与搓接温度的一致性有利于保证有效通风面积和滤嘴通风率的稳定性.
为提高喷胶式接装机滤嘴通风率稳定性控制水平，以喷胶压力、搓接温度为变量，采用方差分析、回归分析等方法对通风区域（无胶区）面积稳定性的影响因素进行研究.结果表明：喷胶压力会影响接装胶施胶量，进而影响滤嘴通风区域总面积和滤嘴通风率，其最佳控制范围为1000~1200 hPa；搓接温度会影响滤棒搭口胶熔化、扩散程度，进而影响无胶区有效通风面积和滤嘴通风率；无胶区有效面积在相同机型不同机台间存在差异性，是导致机台间滤嘴通风率波动的重要因素之一，控制机台间喷胶压力与搓接温度的一致性有利于保证有效通风面积和滤嘴通风率的稳定性.
2021, 36(1): 45-50.
doi: 10.12187/2021.01.006
摘要:
采用正交试验极差分析的方法研究了滚筒干燥工艺参数（筒壁温度、切丝后含水率和HT（隧道式烟丝增温增湿装置）蒸汽压力）对烟丝填充值、烟丝结构和感官品质的影响，并对3个滚筒干燥工艺参数进行了优化.结果表明：对干燥后烟丝填充值影响的主次顺序为HT蒸汽压力 > 切丝后含水率 > 筒壁温度；对干燥后烟丝结构影响的主次顺序为HT蒸汽压力 > 筒壁温度 > 切丝后含水率；对干燥后烟丝感官品质影响的主次顺序为切丝后含水率 > 筒壁温度 > HT蒸汽压力；HT蒸汽压力对烟丝填充值和整丝率的影响最大，对感官品质的影响最小；增大烟丝填充值的最优组合为切丝后含水率21.0%，HT蒸汽压力0.40 MPa，筒壁温度140℃，在该最优组合下，烟丝填充值增大了0.21 cm3/g.
采用正交试验极差分析的方法研究了滚筒干燥工艺参数（筒壁温度、切丝后含水率和HT（隧道式烟丝增温增湿装置）蒸汽压力）对烟丝填充值、烟丝结构和感官品质的影响，并对3个滚筒干燥工艺参数进行了优化.结果表明：对干燥后烟丝填充值影响的主次顺序为HT蒸汽压力 > 切丝后含水率 > 筒壁温度；对干燥后烟丝结构影响的主次顺序为HT蒸汽压力 > 筒壁温度 > 切丝后含水率；对干燥后烟丝感官品质影响的主次顺序为切丝后含水率 > 筒壁温度 > HT蒸汽压力；HT蒸汽压力对烟丝填充值和整丝率的影响最大，对感官品质的影响最小；增大烟丝填充值的最优组合为切丝后含水率21.0%，HT蒸汽压力0.40 MPa，筒壁温度140℃，在该最优组合下，烟丝填充值增大了0.21 cm3/g.
2021, 36(1): 51-57.
doi: 10.12187/2021.01.007
摘要:
为了解城市河道的污染物分布情况，在某城市河道某一河段设置5个采样点，分别在4个季节现场测定河水的溶解氧（DO）质量浓度、pH值、温度等参数，并采集水样和泥样，分别测定上覆水、孔隙水和底泥中有机物、氮污染物、硫酸盐的分布情况.结果表明，河水的DO质量浓度和温度在不同季节波动较大，pH值则始终处于弱碱范围.该城市河道中存在有机物、氨氮、硝氮、硫酸盐等污染物，其中，有机物在底泥中的含量较低，主要存在于上覆水和孔隙水中，且随季节变化较大，有机物质量浓度范围分别为10.0~99.6 mg/L和21.2~85.2 mg/L；氨氮主要存在于孔隙水中，且在春、夏两季含量较高，在夏季氨氮质量浓度最高达173.7 mg/L，但秋、冬两季底泥中的氨氮含量增多，分别为1.34 mg/g和1.43 mg/g；硝氮主要存在于底泥中，在春、秋两季含量较高，分别为2.84 mg/g和2.27 mg/g；硫酸盐的分布与氨氮的分布呈正相关，其主要分布于孔隙水中，随季节变化的趋势与氨氮一致，且在夏季达到最高值600.3 mg/L，同时底泥中含量达到最低值0.57 mg/g.
为了解城市河道的污染物分布情况，在某城市河道某一河段设置5个采样点，分别在4个季节现场测定河水的溶解氧（DO）质量浓度、pH值、温度等参数，并采集水样和泥样，分别测定上覆水、孔隙水和底泥中有机物、氮污染物、硫酸盐的分布情况.结果表明，河水的DO质量浓度和温度在不同季节波动较大，pH值则始终处于弱碱范围.该城市河道中存在有机物、氨氮、硝氮、硫酸盐等污染物，其中，有机物在底泥中的含量较低，主要存在于上覆水和孔隙水中，且随季节变化较大，有机物质量浓度范围分别为10.0~99.6 mg/L和21.2~85.2 mg/L；氨氮主要存在于孔隙水中，且在春、夏两季含量较高，在夏季氨氮质量浓度最高达173.7 mg/L，但秋、冬两季底泥中的氨氮含量增多，分别为1.34 mg/g和1.43 mg/g；硝氮主要存在于底泥中，在春、秋两季含量较高，分别为2.84 mg/g和2.27 mg/g；硫酸盐的分布与氨氮的分布呈正相关，其主要分布于孔隙水中，随季节变化的趋势与氨氮一致，且在夏季达到最高值600.3 mg/L，同时底泥中含量达到最低值0.57 mg/g.
2021, 36(1): 58-66.
doi: 10.12187/2021.01.008
摘要:
利用易于控制的序批式反应器（SBR）处理以甲醇为共代谢碳源的五氯苯酚（PCP）废水，控制进水PCP质量浓度为10 mg/L，并设置仅以甲醇为碳源的对照组，利用发光菌急性毒性生物实验和变性梯度凝胶电泳技术分别研究PCP对污泥急性毒性和菌群结构的影响，进而分析优势菌群对污泥急性毒性的作用.结果表明，在第1-19 d期间，进水中的PCP（10 mg/L）会严重抑制污泥活性，导致污泥絮体解体，PCP难以被降解去除，出水化学需氧量（COD）质量浓度和污泥急性毒性显著高于对照组；受PCP污染的污泥活性恢复较慢，在第20-32 d期间不再投加PCP和在第33-75 d期间补充投加2 mg/L PCP，进水COD和PCP的处理效果仍旧较差；吸附至污泥的PCP仅仅是引起污泥急性毒性升高的原因之一，受PCP诱导富集的优势菌群在降解PCP过程中产生的代谢中间产物和分泌的次级代谢产物也是引起污泥急性毒性不可忽视的重要因素.
利用易于控制的序批式反应器（SBR）处理以甲醇为共代谢碳源的五氯苯酚（PCP）废水，控制进水PCP质量浓度为10 mg/L，并设置仅以甲醇为碳源的对照组，利用发光菌急性毒性生物实验和变性梯度凝胶电泳技术分别研究PCP对污泥急性毒性和菌群结构的影响，进而分析优势菌群对污泥急性毒性的作用.结果表明，在第1-19 d期间，进水中的PCP（10 mg/L）会严重抑制污泥活性，导致污泥絮体解体，PCP难以被降解去除，出水化学需氧量（COD）质量浓度和污泥急性毒性显著高于对照组；受PCP污染的污泥活性恢复较慢，在第20-32 d期间不再投加PCP和在第33-75 d期间补充投加2 mg/L PCP，进水COD和PCP的处理效果仍旧较差；吸附至污泥的PCP仅仅是引起污泥急性毒性升高的原因之一，受PCP诱导富集的优势菌群在降解PCP过程中产生的代谢中间产物和分泌的次级代谢产物也是引起污泥急性毒性不可忽视的重要因素.
2021, 36(1): 67-72,101.
doi: 10.12187/2021.01.009
摘要:
对不同地区3种土壤的水浸pH值、有机质含量、游离氧化铁含量、土壤机械组成、阳离子交换量等基本理化指标进行测定，并对3种土壤吸附废水中Cu2+的动力学进行研究，结果表明：红壤呈酸性，其游离氧化铁含量最高；黑土呈中性，其阳离子交换量最高；棕黄壤呈中性，其有机质含量最高.与红壤和棕黄壤相比，黑土对Cu2+的吸附过程更符合二级动力学方程，更适合作为Cu2+的吸附材料.
对不同地区3种土壤的水浸pH值、有机质含量、游离氧化铁含量、土壤机械组成、阳离子交换量等基本理化指标进行测定，并对3种土壤吸附废水中Cu2+的动力学进行研究，结果表明：红壤呈酸性，其游离氧化铁含量最高；黑土呈中性，其阳离子交换量最高；棕黄壤呈中性，其有机质含量最高.与红壤和棕黄壤相比，黑土对Cu2+的吸附过程更符合二级动力学方程，更适合作为Cu2+的吸附材料.
2021, 36(1): 73-81.
doi: 10.12187/2021.01.010
摘要:
针对复杂机械产品系统维数高、单元数量大所引起的多维度强耦合设计制造难题，提出了一种基于谱聚类算法的模块划分方法.该方法基于功能-流-结构分解法实现了对产品的层次化分解，应用模糊数学定义特征元素之间的相关性，在此基础上构建了基于数值型设计结构矩阵的产品零部件关联关系模型，通过引入谱聚类算法将零部件聚类问题转化为图的最优划分问题，构建了基于模块内平均内聚度和模块间平均耦合度的模块划分评价指标，进而实现了产品的模块划分.实例验证结果表明，该方法能有效降低复杂机械产品设计和制造的复杂度，是科学有效的.
针对复杂机械产品系统维数高、单元数量大所引起的多维度强耦合设计制造难题，提出了一种基于谱聚类算法的模块划分方法.该方法基于功能-流-结构分解法实现了对产品的层次化分解，应用模糊数学定义特征元素之间的相关性，在此基础上构建了基于数值型设计结构矩阵的产品零部件关联关系模型，通过引入谱聚类算法将零部件聚类问题转化为图的最优划分问题，构建了基于模块内平均内聚度和模块间平均耦合度的模块划分评价指标，进而实现了产品的模块划分.实例验证结果表明，该方法能有效降低复杂机械产品设计和制造的复杂度，是科学有效的.
2021, 36(1): 82-94.
doi: 10.12187/2021.01.011
摘要:
以中国知网（CNKI）和Web of Science（WOS）期刊库为数据来源，借助CiteSpace软件绘制科学知识图谱，对2000-2019年国内外模块划分研究文献的年度发文量、作者-机构合作分布、研究热点与演进趋势进行可视化分析，指出：模块划分领域的研究持续受到国内外学者的关注，主要经历了起步探索期（2000-2008年）、快速增长期（2009-2015年）和平稳发展期（2016-2019年）3个阶段；从核心作者和研究机构分布情况来看，中国和美国在模块划分领域的研究成果最为突出，表明中国已成为该领域在国际舞台上的中坚力量，但美国等发达国家依旧是主要研究群体；国内外研究热点多集中于产品绿色模块划分、产品设计、大规模定制等方面，国外研究更专注于复杂网络、多目标优化、生物网络模块性等多学科领域，国内则更侧重于对模块划分理论方法的研究，且应用范围较窄；未来研究将围绕基因网络、动力学分析、数字孪生等关键词展开，其中，解决复杂产品全生命周期模块的组织与布局，以及借助数字孪生把握产品功能模块粒度划分将是未来研究的重点与攻关方向.
以中国知网（CNKI）和Web of Science（WOS）期刊库为数据来源，借助CiteSpace软件绘制科学知识图谱，对2000-2019年国内外模块划分研究文献的年度发文量、作者-机构合作分布、研究热点与演进趋势进行可视化分析，指出：模块划分领域的研究持续受到国内外学者的关注，主要经历了起步探索期（2000-2008年）、快速增长期（2009-2015年）和平稳发展期（2016-2019年）3个阶段；从核心作者和研究机构分布情况来看，中国和美国在模块划分领域的研究成果最为突出，表明中国已成为该领域在国际舞台上的中坚力量，但美国等发达国家依旧是主要研究群体；国内外研究热点多集中于产品绿色模块划分、产品设计、大规模定制等方面，国外研究更专注于复杂网络、多目标优化、生物网络模块性等多学科领域，国内则更侧重于对模块划分理论方法的研究，且应用范围较窄；未来研究将围绕基因网络、动力学分析、数字孪生等关键词展开，其中，解决复杂产品全生命周期模块的组织与布局，以及借助数字孪生把握产品功能模块粒度划分将是未来研究的重点与攻关方向.
2021, 36(1): 95-101.
doi: 10.12187/2021.01.012
摘要:
为研究火灾产生的烟气越过多个挡烟垂壁等顶部构筑物后的流动规律，采用FSD数值模拟方法，对比狭长空间模型中无挡烟垂壁、单挡烟垂壁和多挡烟垂壁情况下的烟气蔓延情况，并对烟气运移的速度场分布、不同区段流量的变化进行研究.结果表明：在无挡烟垂壁和分别设置1个、2个、4个挡烟垂壁的情况下，烟气到达狭长空间末端的时间分别为15.9 s，17.1 s、18.8 s和25.5 s；挡烟垂壁阻滞烟气蔓延的原因是，挡烟垂壁等构筑物可以减小烟气层与下部空气层的相对流动速度，减少烟气对空气的卷吸，降低烟气生成量；多挡烟垂壁对烟气的阻滞效果优于单挡烟垂壁，烟气蔓延速度更慢.
为研究火灾产生的烟气越过多个挡烟垂壁等顶部构筑物后的流动规律，采用FSD数值模拟方法，对比狭长空间模型中无挡烟垂壁、单挡烟垂壁和多挡烟垂壁情况下的烟气蔓延情况，并对烟气运移的速度场分布、不同区段流量的变化进行研究.结果表明：在无挡烟垂壁和分别设置1个、2个、4个挡烟垂壁的情况下，烟气到达狭长空间末端的时间分别为15.9 s，17.1 s、18.8 s和25.5 s；挡烟垂壁阻滞烟气蔓延的原因是，挡烟垂壁等构筑物可以减小烟气层与下部空气层的相对流动速度，减少烟气对空气的卷吸，降低烟气生成量；多挡烟垂壁对烟气的阻滞效果优于单挡烟垂壁，烟气蔓延速度更慢.
2021, 36(1): 102-108.
doi: 10.12187/2021.01.013
摘要:
针对螺旋锥齿轮倒棱大小无法精确控制的问题，提出了一种采用锥形刀具进行齿顶倒棱加工的方法.该方法建立了齿顶棱线方程，并以此为依据推导出刀具轨迹方程；根据锥形刀具的锥角和倒棱的长度，经过几何变换计算出刀尖点位置和刀轴矢量；在此基础上确定刀具加工轨迹进而完成齿顶倒棱加工.仿真结果表明，在3组不同倒棱参数下，倒棱的形状误差≤ 0.05 mm，提高了倒棱精度，且可灵活控制倒棱大小.
针对螺旋锥齿轮倒棱大小无法精确控制的问题，提出了一种采用锥形刀具进行齿顶倒棱加工的方法.该方法建立了齿顶棱线方程，并以此为依据推导出刀具轨迹方程；根据锥形刀具的锥角和倒棱的长度，经过几何变换计算出刀尖点位置和刀轴矢量；在此基础上确定刀具加工轨迹进而完成齿顶倒棱加工.仿真结果表明，在3组不同倒棱参数下，倒棱的形状误差≤ 0.05 mm，提高了倒棱精度，且可灵活控制倒棱大小.
