基于竹笋类速冻智能设备的研究

张廷婷 温沁 曾令培 温建华

摘要：智能设备和速冻工艺快速发展，但关于竹笋类食品速冻加工方面的研究依然欠缺。针对竹笋类速冻智能设备进行研究，通过对竹笋类保鲜情况、浸渍速冻工艺结合智能传输、智能筛选、自动包装、自动抽真空、智能速冻等功能进行研究。

关键词：竹笋;速冻;智能设备;研究进展

中图分类号：TS255.3     文献标志码：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

我國是世界上竹类资源最丰富的国家，竹子种类、分布范围和竹林面积均居世界首位[1]。竹笋属于禾本科，是竹鞭或秆基上的芽萌化分为二次的膨大的芽和幼嫩的茎[2]。竹笋因为其含有高纤维、低脂肪、高蛋白、高矿物质元素等物质，被誉为“素食第一品”，同时也是人们公认的一种绿色纯天然的保健食品[3]。大量竹笋的生长环境都属于城市的偏远地区，又由于春季、冬季为竹笋集中生产的季节，长距离的运输严重制约了竹笋食品的流通饮食和销售等发展。采摘后的鲜笋处于不断呼吸代谢的过程中，这样的有机生命活体呼吸的过程会造成竹笋失水、木质化、大量营养物质损失，大大降低竹笋的品   质[4-5]。在竹笋保鲜加工产业的发展中，传统方法会选用干燥、腌制、冷藏等方式，也会选用添加保鲜剂等方式，由于这些操作简单、消耗成本较低等特点，被广泛地运用，但是在保鲜的过程中造成了竹笋营养成分的破坏和损失，运用化学添加剂保鲜的过程也会在竹笋内留下一定的化学物质。

随着生活水平的提高，人们对于“健康、生态、新鲜”的食品要求越来越高。目前，速冻工艺被更加广泛地运用于各种蔬菜、瓜果、肉类的保鲜加工。速冻方式可以大大减缓食品的物理及化学变化，此过程中抑制了微生物大量繁殖，保留了食品的新鲜程度、外观色泽风味、营养价值等品质。目前，运用于竹笋类的速冻设备鲜有，需要对竹笋类保鲜情况、浸渍速冻工艺结合智能传输、智能筛选、自动包装、自动抽真空、智能速冻等功能进行研究。

1   竹笋冷藏与速冻工艺过程

竹笋品质的变劣过程，是呼吸作用加速其木质化过程，同时伴随着离体竹笋的大量水分蒸腾散失，该过程竹笋内部一系列异常酶活性发生了变化，加速了竹笋变劣过程。陈慧云[6]利用减压贮藏技术对新鲜竹笋进行研究，在50 kPa下对竹笋减压，于2±1 ℃下冷藏贮藏、90%～95%相对湿对条件下存储35 d，研究表明减压后低温贮藏可以减少包装中O2的含量，低温抑制呼吸，从而有效延长竹笋的保鲜期。苏云中等人[7]将竹笋放置于PE 袋中，缓冲土放入，在   1.0±0.5 ℃低温下贮藏50～80 d。沈立铭等人[8]在2±1 ℃低温条件下贮藏竹笋15 d，与在10±1 ℃低温条件下贮藏比较，前者的呼吸强度较之降低了318%，表明低温贮藏是有效的保鲜方式。

食品速冻需要在-30～-18 ℃低温下完成，或  20 min的液氮、微冻液环境下冻结，快速冻结使得食品类水分形成了无数小冰晶，减少了细胞之间的水分外析，迅速降低了微生物生长，抑制了微生物的繁殖及其生化反应，最大限度保留了食品的品质[9]。温中彬[10]提出竹笋（雷竹笋、高笋、方竹笋、玉兰笋等）采用真空后的速冻工艺采用在-120～-60 ℃液氮、或-40～-25 ℃微冻液环境速冻5～25 min，并用-40～-18 ℃冷藏或运输，可以保留竹笋原有的颜色、气味、质感和鲜度。研究表明1年以内竹笋保鲜达到92%以上，营养成分损失率仅为5%～8%，干耗率为0.5%～0.7%。刘耀荣等人[11]于1 ℃恒温库中结合抽气速冻（-18 ℃）可使带笋衣壳鲜竹笋的贮藏期达到90 d左右。

对比竹笋冷藏跟速冻的贮藏方式，速冻比冷藏的方式有以下优势：第一，速冻保留了食品原有的颜色、气味、质感、鲜度等品质;第二，食品经过速冻处理后的保鲜期大于直接冷冻后的保鲜期;第三，同在减压、抽真空的情况下，速冻处理的食品比同条件下直接冷藏的保鲜期长。结合前人研究结果表明，在减压、抽真空的情况下采用速冻的方式可以保留食品原有的品质，大大延长保鲜期。

2   竹笋速冻智能设备

液氮速冻设备解冻时不需要直接消耗电能，其原理是依靠液氮制冷和内能转换，从而达到快速冷冻保鲜的目的[11]。速冻设备采用液氮为媒介可以分为吹风式、隧道式、接触式、直接速冻式装置。液氮速冻设备中吹风式、隧道式适用于片状、面积小、厚度薄的食品加工。大部分竹笋面积大，具有一定厚度，长短不一，且竹笋的保鲜过程对于笋体本身有一定的要求，需要完整、无机械损伤、基部带根、剔除病虫害斑点病害笋，且笋体不含水等，所以不宜将大块部分分为小块或者单体，不宜采取吹风式、隧道式的速冻设备。该设备采用接触式、直接速冻方式。设备中运用液氮或者微冻液沉浸速冻，优势在于可以将使得笋体表面全部沉浸于液氮或微冻液中，避免了受冷不均的情况出现。现有大量的关于液氮喷雾、液氮网带针对各种水果、鱼类等食品运输的多种自动智能设备，鲜有针对竹笋的速冻智能设备。

竹笋速冻智能设备功能模块见图1。

2.1   料区

据研究发现，去壳后的竹笋呼吸强度比未去壳的约高出40%，而切分后的竹笋呼吸进一步增强，接近未去壳的2倍[12]。在进入输送装置之前竹笋需要保留笋壳，没有机械损伤。又由于竹笋种类众多、形状各异、长短不一、质量差距大。在输送装置上对竹笋的质量进行了一次筛选，保留质量为150～1 000 g的竹笋，筛选出较小和较大的竹笋。较小的竹笋在装袋时会使得抽真空的面积大，较大的竹笋会造成自动装袋的问题出现，都不便于接下来的自动装袋、抽真空区的工作。当竹笋进入到输送装置，传输带上下的重力传感器对传输带上的竹筍进行重力识别，重力传感器分别于对应的机器手臂相配对，识别出低于150 g与高于2 000 g的竹笋，相应的机器手臂进行抓取筛选。

料区自动系统功能构图见图2。

2.2   自动装袋、抽真空区

竹笋自动装袋过程需要完成机械手臂供袋、泵撑袋、智能称重控制、机器手臂套袋、竹笋入袋的工作。过程选用PLC控制系统[13]，三菱FX2N型PLC的优点为体积小、嵌入性好、控制灵活、可靠性高。工作过程：由于PE袋的薄膜处于闭合状态，选用控制电池阀、气缸加控制系统进行吸袋、给袋、运袋、开袋、插入、撑袋、套袋等工作[14]。通过PLC控制工业机器人完成开袋、吹气、撑袋等工作。同时，输送系统将竹笋输入到自动称重区，称重控制在     1 000 g以内。出料口传感器识别是否完成套袋工作，若套袋完成，竹笋通过出料口进入到袋中，通过输送通道进入到下一个环节工作。

自动套袋、抽真空流程见图3。

食品采用真空包装，可以有效地防止细菌繁殖引起的腐败，同时可以避免食品脱水、变形、发霉和变质[15]。抽真空区完成的工作：输送装置将装袋后的竹笋输送到自动真空机中，真空包装通过对袋中的空气抽出后进行封存，封存完成后送至输送装置输出。选用输出带式真空包装机，由传动系统、真空室、充气系统、电气系统、冷却系统、输送带等组成[16]，既适用于大尺寸包装，也适用于大批量小袋的真空作业。输出带式真空包装机可以不间断生产，放置于输送带上的竹笋置于真空室盖和平板之间，包装袋将竹笋定位在挡板内，自动完成抽真空、封口、冷却、输出的过程。

2.3   速冻区

液氮浸渍速冻的原理是将食品完全浸入到液氮中，在短时间内实现快速冻结，一般需要低温容器、食品、液氮、风冷冷淋器、活塞压缩机等就可以完成。市面上已经有固定式浸没速冻机出现，利用振动入口传送带输送食品至浅盘式浸没液氮池完成速冻过程[17-18]。竹笋经过抽真空工作后，通过输送装置输出，由机器手臂放入到类似于滚轮隔间的装置中，将滚轮放入到液氮的速冻区。该装置在速冻的过程中可以不断进行转动。滚轮不同于以往一直浸渍液氮的装置，其转动的过程使得竹笋不能一直停留于液氮的速冻区，有效节能。智能控制竹笋速冻的时间，速冻完成后，机械手臂取出竹笋，放置输出设备中，输送至-40～-18 ℃的冻库。机器手臂的使用避免了因为液氮的低温引起的人工冻伤等问题。

3   结语

目前，鲜有竹笋类的速冻设备。竹笋类智能速冻设备的提出充分结合现有科技发展的智能成果，实现了全程智能化速冻控制，方便、安全、提高工作效率。整个智能系统造价较高，液氮的回收、食品易龟裂等确定，有待今后深入研究。

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收稿日期：2019-08-10

作者简介：张廷婷（1985—   ），女，硕士，研究方向为农业工程与信息技术。

通讯作者：曾令培（1981—   ），男，硕士，工程师，研究方向为自动化控制。