一种低场核磁智能检测微波真空干燥果蔬介电特性的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种低场核磁智能检测微波真空干燥果蔬介电特性的装置及方法，属于果蔬干燥品质智能化识别技术领域。本发明专利技术采用微波真空干燥技术进行果蔬干燥，干燥过程中阶段性取样，对样品进行低场核磁共振分析，同样的样品采用矢量网络分析仪测定介电特性。对得到的样品介电特性数据和核磁结果参数进行分析，采用偏最小二乘回归法建立表达两者关系的回归模型，依据此模型进行未知样品的介电特性预测。本发明专利技术利用低场核磁共振技术，解决原有果蔬介电特性检测中对物料形状和厚度的特殊要求，实现果蔬干燥过程中介电特性变化的无损、便捷、智能检测，为智能干燥中微波功率的调控提供有力依据。

A Low Field NMR Intelligent Measuring Device and Method for Dielectric Properties of Fruits and Vegetables in Microwave Vacuum Drying

The invention provides a low field nuclear magnetic resonance intelligent detection device and method for dielectric properties of microwave vacuum drying fruits and vegetables, which belongs to the field of intelligent identification technology for drying quality of fruits and vegetables. The invention adopts microwave vacuum drying technology for fruit and vegetable drying. During the drying process, the samples are sampled periodically and analyzed by low field nuclear magnetic resonance. The same samples are measured by vector network analyzer. The dielectric properties of samples and the parameters of NMR results were analyzed, and a regression model was established by using partial least squares regression method to predict the dielectric properties of unknown samples. The invention utilizes low field nuclear magnetic resonance technology to solve the special requirements of material shape and thickness in the original dielectric characteristic testing of fruits and vegetables, realizes the nondestructive, convenient and intelligent detection of dielectric characteristic changes during the drying process of fruits and vegetables, and provides a strong basis for the regulation of microwave power in intelligent drying.

【技术实现步骤摘要】
一种低场核磁智能检测微波真空干燥果蔬介电特性的装置及方法
本专利技术涉及一种低场核磁智能检测微波真空干燥果蔬介电特性的装置及方法，属于果蔬干燥品质智能化识别

技术介绍
果蔬作为人类食物的重要组成部分，具有很高的市场占有率，其丰富的维生素，有机酸及活性物质等对人体健康大有益处。然而含水量高，易腐烂以及季节性强的特点，使得果蔬采后的加工显得尤为重要。通过干燥的方式，将果蔬制成成品，不但延长了货架期，对果蔬的深加工又可促进果蔬产业的进一步发展。可用于果蔬干燥的技术很多，传统的热风干燥操作简便，费用低，但干燥过程在高温有氧条件下进行，对果蔬中的维生素、多酚等营养成分具有降解作用，降低了产品的营养价值。相反，冷冻干燥可最大程度的保留果蔬的营养成分，但干燥时间长，费用高。微波真空干燥技术利用微波的内部加热特性对物料进行快速干燥，真空环境可降低水分蒸发温度加速干燥进程，并且减少由氧化反应引起的果蔬营养成分的损失。提到微波干燥，不得不提的一个概念便是物料的介电特性，它是影响微波干燥的重要参数。其中介电常数(ε′)表示物料耦合微波，储存微波的能力；介电损耗因子(ε″)表示物料吸收微波的能力。物料的干燥特性受其介电特性的直接影响。当前干燥行业蓬勃发展，人们已不满足于基础的干燥方式，对干燥过程自动化、智能化检测与控制的要求越来越高，以传感器、智能检测方法、实时反馈智能控制系统为核心的智能一体化控制装备的应用是干燥设备发展的必然趋势。低场核磁共振(LF-NMR)技术是一种快速、灵敏的新型无损检测技术，被广泛用于食品中水分流动性和分布特征的分析。食品中组分与水存在复杂的相互作用，通过水分状态的测定间接反映不同成分的信息，基于此理论，低场核磁共振技术被广泛用作食品体系加工处理过程中各组分快速检测的手段。依据核磁共振技术对同一物种不同品种差别的灵敏响应识别，该技术被用作不同品质食品的区分。谭明乾等(专利公开号：106018452A)公开了一种基于核磁共振技术的花生品种无损检测方法，采用主成分分析法对各花生样品的CPMG序列反演数据进行处理，得到各花生样品的主成分得分散点图；采用相同的CPMG序列对未知品种花生样本进行核磁共振横向弛豫扫描，对获得的CPMG序列反演数据进行主成分分析，对照已建立的主成分得分散点图确定未知品种花生样本的品种。谭明乾等(专利公开号：CN105806872A)采用类似的分析方法公开了利用低场核磁技术鉴别不同鳃鱼卵的方法。不同于上述两者从宏观上对花生和鳃鱼卵品种的鉴别，本专利是对果蔬特定品质——介电特性的准确预测。食品加工处理过程常伴随理化性质的变化，常规的物理化学分析手段耗时且具有破坏性，低场核磁共振技术的快速无损检测在加工过程品质的监控中表现出突出优势。谭明乾等(专利公开号：CN105424739A)公开了一种基于核磁共振技术无损检测海参自溶的方法，采用磁共振分析仪采集海参样品的CPMG序列并进行数据反演得出横向弛豫图谱，根据弛豫峰左移的程度判断海参体内自由水含量的变化。并利用核磁共振分析仪的成像功能获取海参样品的T1和T2加权成像，从图像直观判断结合水和自由水在储藏过程中的变化。谭明乾等(专利公开号：106018453A)还公开了一种基于低场核磁共振技术的鱼子酱品质快速检测方法，建立鱼子酱在腌渍加工和贮藏过程中水分含量、脂肪含量和色差值信息数据库，通过相关性分析和数据库信息比对评价未知鱼子酱的品质。Li等(2014)利用低场核磁共振技术检测鸡胸肉干燥过程水分状态的变化，发现核磁共振参数与鸡胸肉含水量及剪切力之间的相关性。上述依据核磁参数和图像判断水分状态的变化及通过相关性进行品质鉴定的方法准确性有待提高，本专利建立的偏最小二乘回归模型提高了预测的准确性。低场核磁共振技术不仅可以宏观判断食品加工过程品质变化的大体趋势，大量研究证明其在准确预测化学成分含量及物理特性方面也有突出表现，且该类研究一般需要结合模型分析手段。Zhang等(2017)建立了低场核磁共振参数与发酵香肠水分含量之间的线性方程，关系方程在特定含油量的样品间表现出很好的预测性能。谭明乾等(专利公开号：CN105606637A)公开了一种利用低场核磁共振技术检测鲍鱼中水分和脂肪含量的方法，通过CPMG序列对鲍鱼样品分别进行核磁共振横向弛豫扫描得到相关参数，同时采用传统方法测定鲍鱼含水量和脂肪含量，建立基于低场核磁共振技术的鲍鱼水分和脂肪含量的回归模型，以此为基础，对未知鲍鱼样品采用相同的CPMG序列进行核磁共振横向弛豫扫描，通过已建立的回归模型预测其含水量和脂肪含量。Thybo等(2003)及Hansen等(2010)采用低场核磁共振分析仪对土豆样品的响应参数变化规律进行测定，并结合干物质含量的实测值，采用单变量线性回归和多变量偏最小二乘回归模型建立两者之间的关系，实现快速检测。这些研究以低场核磁共振技术为基础，结合了一定的数学分析手段，如线性回归、多变量偏最小二乘回归等建立核磁响应参数与研究对象品质指标的关系，从而实现快速检测。本专利与其相比突出特点在于，自主设计了一套基于低场核磁的微波干燥果蔬介电特性智能检测的装置，可实现干燥过程果蔬介电特性的智能检测。本专利技术中，干燥加工中物料水分含量、状态处于不断变化的过程，对其有依赖性的介电特性也处于不断的变化中。利用核磁共振技术的检测原理，氢质子在磁场中受到脉冲激发得到的横向弛豫时间信号，弛豫信号强度与被测样品中所含具有固定磁矩的原子核数目成正比，信号衰减过程与被测物质的成分结构密切相关，可以提供核内部的物理化学环境等有价值的信息。本专利技术设计了一套基于低场核磁的微波干燥果蔬介电特性智能检测的装置，对微波干燥过程中果蔬的介电特性和驰豫特征进行多点采集，将获取的数据采用偏最小二乘法建立回归模型，以实现对未知样品介电特性的快速检测，并对配套实验装置做出详细介绍。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种低场核磁智能检测微波真空干燥果蔬介电特性的装置及方法，利用低场核磁共振技术，对干燥过程中物料的介电特性进行无损、智能检测，并介绍配套检测装置，为智能化干燥的发展贡献力量。本专利技术的技术方案：一种低场核磁智能检测微波真空干燥果蔬介电特性的装置，该装置包括微波真空干燥箱1、样品颗粒2、吸料口3、微波源4、取料阀5、分离器6、放气阀7、油封真空泵8、水环真空泵9、进样电磁阀10、矢量网络分析仪11、工控机12和低场核磁共振仪13；所述的微波真空干燥箱1中设置多层载物盘，载物盘上铺放样品颗粒2，样品颗粒2的上方设置吸料口3，吸料口3通过管道与微波真空干燥箱1外部的分离器6，吸料口3与分离器6之间的管道上设置取料阀5，用于控制进入分离器6的样品颗粒2的量；分离器6的下端连接低场核磁共振仪13，二者之间设置进样电磁阀10，用于控制进入低场核磁共振仪13的样品颗粒2的量；低场核磁共振仪13依次与工控机12、矢量网络分析仪11相连；分离器6的侧端连接油封真空泵8，二者之间设置放气阀7；微波真空干燥箱1的底部通过管道与水环真空泵9相连，微波真空干燥箱1顶部设置微波源4，用于为微波真空干燥箱1提供微波能量。进一步的，所述的微波真空干燥箱1的装机功率为5kW，真空度调节范围为15-101kPa。进一步的，所述的矢量网络本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低场核磁智能检测微波真空干燥果蔬介电特性的装置，其特征在于，该装置包括微波真空干燥箱(1)、样品颗粒(2)、吸料口(3)、微波源(4)、取料阀(5)、分离器(6)、放气阀(7)、油封真空泵(8)、水环真空泵(9)、进样电磁阀(10)、矢量网络分析仪(11)、工控机(12)和低场核磁共振仪(13)；所述的微波真空干燥箱(1)中设置多层载物盘，载物盘上铺放样品颗粒(2)，样品颗粒(2)的上方设置吸料口(3)，吸料口(3)通过管道与微波真空干燥箱(1)外部的分离器(6)相连，吸料口(3)与分离器(6)之间的管道上设置取料阀(5)，用于控制进入分离器(6)的样品颗粒(2)的量；分离器(6)的下端连接低场核磁共振仪(13)，二者之间设置进样电磁阀(10)，用于控制进入低场核磁共振仪(13)的样品颗粒(2)的量；低场核磁共振仪(13)依次与工控机(12)、矢量网络分析仪(11)相连；分离器(6)的侧端连接油封真空泵(8)，二者之间设置放气阀(7)；微波真空干燥箱(1)的底部通过管道与水环真空泵(9)相连，微波真空干燥箱(1)顶部设置微波源(4)，用于为微波真空干燥箱(1)提供微波能量。

【技术特征摘要】
1.一种低场核磁智能检测微波真空干燥果蔬介电特性的装置，其特征在于，该装置包括微波真空干燥箱(1)、样品颗粒(2)、吸料口(3)、微波源(4)、取料阀(5)、分离器(6)、放气阀(7)、油封真空泵(8)、水环真空泵(9)、进样电磁阀(10)、矢量网络分析仪(11)、工控机(12)和低场核磁共振仪(13)；所述的微波真空干燥箱(1)中设置多层载物盘，载物盘上铺放样品颗粒(2)，样品颗粒(2)的上方设置吸料口(3)，吸料口(3)通过管道与微波真空干燥箱(1)外部的分离器(6)相连，吸料口(3)与分离器(6)之间的管道上设置取料阀(5)，用于控制进入分离器(6)的样品颗粒(2)的量；分离器(6)的下端连接低场核磁共振仪(13)，二者之间设置进样电磁阀(10)，用于控制进入低场核磁共振仪(13)的样品颗粒(2)的量；低场核磁共振仪(13)依次与工控机(12)、矢量网络分析仪(11)相连；分离器(6)的侧端连接油封真空泵(8)，二者之间设置放气阀(7)；微波真空干燥箱(1)的底部通过管道与水环真空泵(9)相连，微波真空干燥箱(1)顶部设置微波源(4)，用于为微波真空干燥箱(1)提供微波能量。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的微波真空干燥箱(1)的装机功率为5kW，真空度调节范围为15-101kPa。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述的矢量网络分析仪(11)包括E5062A型矢量网络分析仪及配套测定探头。4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述的低场核磁共振仪(13)为PQ001型低场核磁共振分析仪。5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的低场核磁共振仪(13)为PQ001型低场核磁共振分析仪。6.采用权利要求1-5任一所述的装置的一种低场核磁智能检测微波真空干燥果蔬介电特性的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)微波真空干燥：将切割处理后的果蔬样品置于载物盘中，设置微波加载功率，在绝对真空度15kPa下进行微波真空干燥，在整个微波真空干燥过程中进行阶段性取样；(2)介电特性的测定：采用矢量网络分析仪(11)对采集的样品颗粒(2)进行介电特...

【专利技术属性】
技术研发人员：张慜，李琳琳，王玉川，范东翠，杨培强，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32