农业物料细观力学研究进展及农产品加工中的应用

分形理论在农业物料力学特性研究中的运用-应用数学论文-数学论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——0、引言农业物料物理特性是以与农业工程直接相关的各种农产物料(包括植物和动物物料以及以它们为原料加工的半成品和成品) 为对象的农业物料的基本物理参数及力学、光学、电学等特性。

农业物料物理特性的研究对其机械化生产、加工、运输、储藏过程以及产品质量评定等方面都具有重要的意义。

其中，农业物料的力学特性与农作物的种植、收获、运输、加工等过程更是紧密相关，在农作物机械化设备设计与改进的过程中，其力学特性是需要参考的重要依据之一。

分形是一种新的数学理论，分形理论以其处理复杂不规则图形、图像的优势被广泛应用。

随着分形理论研究的深入和应用领域的扩展，分形理论为农业物料物理特性的研究提供了新思路和新方法，在农业物料的表面形貌特征的表征、孔隙率、流动性、应力应变特性等方面均有研究，在农业物料物理特性研究中有着广阔的研究和应用前景。

1、分形与分形维数分形的概念是由Mandelbrot 于20 世纪70 年代提出的，研究对象为自然界的各种不规则现象。

一个分形对象就是一个粗糙的或的几何形状，它可以被分成若干部分，且每一部分都(至少近似地) 是整体形状的一个缩小尺寸的复制品。

相对于传统的欧几里得几何，分形几何更能展现出几何图形的复杂性。

例如，在欧几里得几何中，直线和曲线的维数均为1;在分形几何中，直线的分形维数为1，而曲线的维数则根据曲线的复杂程度，其分维值则在1 ～2 之间。

由此可以看出，分形为认识和分析复杂不规则现象提供了一种行之有效的方法，因此被广泛应用于自然科学和社会科学的众多领域。

分形被认为是20 世纪数学科学的重要发现之一。

判断一个对象是否具有分形形态的重要依据是该对象是否具有无标度性、自相似性或者自仿射性的特征。

即在不同的尺度上，将该对象的任何一个局部区域进行放大或者缩小，其形态和复杂程度等不发生变化。

第17卷第3期黑龙江八一农垦大学学报17（3）：51～54 文章编号：1002-2090(2005)03-0051-04果蔬的力学—流变学特性的研究进展张洪霞1，李大勇2，陶桂香1（1.黑龙江八一农垦大学工程学院， 大庆 163319；2.黑龙江省建三江七星水利工程有限责任公司）摘要：近年来国内外广泛开展了农业物料力学流变学特性的研究 ， 本文概述了国内外水果和蔬菜的力学流变学特性方面的研究及进展情况， 介绍了这一特性在农业工程中的应用。

关键词：果蔬；力学—流变学特性；研究进展中图分类号：TS201.1 文献标识码：AResearch Progress in Mechanical RheologicalProperties of Fruit And VegetableZHANG Hong-xia，LI Da-yong，TAO Gui-xiangAbstract：In recent years，the mechanical—rheological properties of agricultural materials had been studied intensively in many countries. The state of research and progress of fruit and vegetable were outlined. The uses of these properties were introduced in agricultural engineering.Key words：fruit and vegetable；mechanical—rheological properties；research progress0 前言现代水果、蔬菜在生产和销售过程中存在着许多生物力学问题，包括水果的机械损伤以及防护措施，和水果蔬菜的力学评价方法。

有人估计，在高度机械化的国家，水果和蔬菜由于机械损伤而引起的平均损耗约占总重量的30%～40%，新鲜水果和蔬菜的机械损伤有五个主要来源：收获、加工、贮藏、包装和运输。

论述农业物料学在农业工程中的应用现状和发展趋势机化2班22 号肖贵斌摘要农业物料学，或称农业物料物理特性学，是由农业工程发展的需要在近几十年形成的一门新学科。

它是运用近代物理学理论、技术和方法，研究农业物料的物理以及各个物理因子和生物物料相互作用的一门边缘学科。

它已经成为农业工程方面一门重要的应用基础理论学科，这一学科的形成与发展，是农业工程学科领域深入发展的标志之一，同时，它也为农业工程学开拓了一个新的研究领域，对工农业生产有着重要意义。

本学科研究内容属于物理学范畴，主要研究物料的物理特性，或与工程措施直接有关的工程特性，其中包括力学、热学、光学及电特性和磁特性等。

关键词：农业物料学；物理特性；应用现状；发展趋势Abstract:Agricultural Materials Science, or the physical characteristics of agricultural materials, is a new discipline which is formed by the development of Agricultural Engineering in recent decades. It is a frontier subject that uses modern physics theories, techniques and methods to study the physical and physical factors of agricultural materials and the interaction of various physical factors and biological materials. It has become an important application in agricultural engineering. The formation and development of this discipline is one of the marks of the development of agricultural engineering discipline. It also has a new research field, which has important significance for the industry and agriculture production. The research content of this subject belongs to the category of physics, which mainly studies the physical properties of the materials, or directly related to engineering measures, which include the mechanical, thermal, optical and electrical properties and magnetic properties.Key words:Agricultural Materials Science; physical characteristics;application status; development trend.1 农业物料的定义农业物料学是农业工程的基础学科，是农业机械化设计、农产品检测以及运输等方面研究的前提和基础，在农业发展中具有重要的理论意义和实践意义。

2004年5月农机化研究第3期谷物及种子的力学一流变学特性的研究进展张洪霞’，’，马小愚’，雷得天‘(1.东北农业大学程学院黑龙江哈尔滨150030; 2.黑龙江八一农垦大学程学院。

黑龙江大庆163319 )!摘要)近年来，国内外广泛开展了固体农业物料力学流变学特性的研究。

为此，概述了国内外谷物及种子的力学流变学特性方面的研究及进展情况，同时介绍了这一特性在农业工程中的应用。

[关键词}农业工程屯力学一流变学特性;应用;谷物;种子[中圈分类号]S330.2 [文献标识码]A[文童编号] 1003-188X(2004)03-0177-02 谷物及种子大多属于非线性粘弹性体，具有明显的流变性质。

研究其力学流变学特性，可以为设计各种农业机械和系统提供合理和可靠的依据，为发展以植物和动物为原料的新消费品提供依据，为评定和控制产品的质量提供新的方法‘”。

1谷物及种子力学一流变学特性的研究现状1.1国外研究现状国外关于谷物力学流变学特性及外界因素影响的研究很多，研究对象包括小麦、玉米、大豆、大豆子叶、大豆种皮以及豌豆等。

Shelef andMohsenin(1967)等人，用拉仲强度试验机研究了麦粒单轴压缩的力学特性，整个籽粒分别用平行板、光滑的球形压头与柱形压头加载，切去两端的样本用平行板加载，得到其力一变形关系。

1969年，他们又研究了含水量对yellow dent corn的力学特性的影响，其弹性模量和变形模量都随水分的增大而减小t空」。

Herum(1979)、M. Liu and Haghighi(1989)等人，研究了大豆及大豆种皮在不同温度和不同含水量下的粘弹性，建立了广义Maxwell模型，并于199。

年研究了大豆子叶的力学特性和大豆籽粒的破坏力。

用应力松弛、压缩、弯曲试验测得了大豆子叶的松弛模量、极限压缩和拉伸强度‘3iMorrow and Mohsenin(1966)研究表明:大多数生物物料都是粘弹性体，可以用粘弹性模型来描述爷物的力学特性。

力学在食品加工行业中的应用有哪些在现代食品加工行业中，力学原理的应用可谓无处不在。

从原材料的处理到最终产品的包装，力学知识贯穿了整个生产流程，为提高食品质量、保障生产安全、提升生产效率发挥着至关重要的作用。

在原材料的预处理阶段，力学原理就已经开始大显身手。

例如，在谷物的筛选和分级过程中，振动筛利用振动产生的惯性力，使不同大小和质量的谷物颗粒在筛面上按照一定的规律运动，从而实现分离和分级。

这种振动筛选的方法基于颗粒在振动场中的受力分析，通过合理调整振动频率、振幅和筛面倾斜角度等参数，可以有效地提高筛选效率和精度。

在食品的搅拌和混合过程中，力学原理同样不可或缺。

搅拌器的设计和运行都依赖于对流体力学的深入理解。

搅拌器的叶片形状、转速和安装位置等因素都会影响流体的流动模式和混合效果。

通过优化这些设计参数，可以使物料在搅拌过程中充分混合，确保食品成分的均匀分布，从而提高产品的质量稳定性。

食品的粉碎和研磨也是常见的加工环节，这其中也蕴含着丰富的力学知识。

例如，在磨粉机中，通过高速旋转的磨盘和磨辊之间的挤压和摩擦作用，将谷物等原材料粉碎成细小的颗粒。

在这个过程中，需要考虑物料的硬度、韧性以及施加在物料上的压力和剪切力等因素，以选择合适的磨粉设备和工艺参数，实现高效的粉碎效果，同时避免过度粉碎导致的营养损失和能源浪费。

在食品的成型和加工方面，力学原理更是发挥着关键作用。

以面包和糕点的制作为例，面团在发酵和烘焙过程中会发生体积膨胀和形状变化，这涉及到材料力学和热力学的综合作用。

面团内部的气体产生的压力会使面团膨胀，而面团的弹性和粘性则会限制其膨胀程度。

通过控制发酵条件和烘焙温度、时间等参数，可以使面包和糕点达到理想的形状和口感。

在食品的包装环节，力学知识同样具有重要意义。

包装材料的选择和设计需要考虑材料的力学性能，如抗拉强度、抗压强度和弹性模量等。

以塑料包装为例，需要确保包装材料能够承受食品的重量和外界的压力，同时具有良好的密封性能，以防止食品变质和污染。

农业物料的特性在农业工程中的应用一、农业物料的电特性在农业工程中的应用1.加热与杀菌保鲜加热和杀菌是食品生产中的一项重要的操作，加热和杀菌对于食品安全、延长食品的储藏时间和货价寿命等都具有重要意义。

（1）微波加热微波加热具有升温快、效率高、易于控制等优点。

微波加热用于粮食贮藏前的干燥可以缩短干燥时间，消除霉变和虫蛀；用于干燥果蔬制品可以大幅度的减少果蔬的质量和体积，便于贮运；微波还可用于低温快速杀菌，有利于提高产品的品质和等级。

微波加热最大的问题就是加热不均匀，限制了微波在工业中的大规模应用。

（2）食品的杀菌保鲜采用直接电阻加热法，可以通过控制电导率进行罐头食品的杀菌保鲜。

研究表明，若液相和固相的电导率差异不大,加热将是均匀的。

对采用高频电磁场强化果汁的杀菌过程的研究发现，利用高频电磁场杀菌，能够保持果汁的营养价值,特别是维生素C的含量。

此外，利用静电场进行果蔬保鲜，是一种无污染的物理保鲜方法, 其保鲜机理是利用高电压电离空气产生离子雾和一定量臭氧, 其中负离子雾具有抑制果蔬新陈代谢、降低其呼吸强度和减弱酶活性等作用；而臭氧是一种强氧化剂, 除具杀菌能力外，还能与乙烯和乙醇等发生反应, 间接对果蔬保鲜起积极作用。

2.农产品质量评定和控制电特性可用来评定食品和农产品的品质。

例如，测定干燥后玉米粒的热损伤、冻伤种子的成活率；测定植物体的机械损伤程度及抗霜冻能力；测定蛋白质含量及鱼的新鲜程度等。

利用电容及直流电阻可估量玉米的受热损伤的程度。

玉米的过热会使淀粉含量减少，裂纹增多，从而影响淀粉质量。

如将其用作种子则会减小其成活能力。

利用电特性还可调定棉花纤维长度的分布情况，研究表明在棉花中如纤维增加1%，棉纱强度则便降低1%。

二、农业物料的热特性农业物料热容量和比热是随物料组成成分、含水量和温度等的不同而变化的。

大量测试结果证明，农业物料比热随其含水量大小而变化，一般呈线性关系。

农业物料的比热随温度不同而改变，一般来说，比热随温度升高而增大。

农业科技在农产品加工中的应用与农产品质量改善农业科技的发展为农产品加工带来了前所未有的机遇。

通过运用现代科技手段，可以提高农产品加工的效率和质量，从而促进农产品行业的发展。

本文将探讨农业科技在农产品加工中的应用，并阐述其对农产品质量改善的影响。

一、农业科技在农产品加工中的应用随着农业科技的不断进步，农产品加工过程中的各个环节都可以运用到现代科技手段，从而实现更高效的生产方式。

以下是几个常见的农业科技应用案例：1. 农产品检测技术通过运用农业科技发展的检测技术，可以对农产品进行全面的检测和分析。

例如，利用近红外光谱技术可以迅速测定农产品中的营养物质含量，帮助农产品加工企业进行产品质量控制。

另外，利用DNA分析技术，可以对农产品进行溯源，确保其品质和安全性。

2. 农产品储藏技术农产品加工常常需要对农产品进行储藏，以保持其新鲜度和营养价值。

农业科技提供了一系列的储藏技术，如空气调节技术、真空包装技术和冷链物流技术等，可以有效延长农产品的保鲜期，减少损耗，并保持其质量。

3. 农产品加工设备农业科技的发展也带来了更先进的农产品加工设备。

例如，高效果蔬菜切割机和多功能果蔬清洗机等设备的出现，大大提高了农产品加工的效率和质量。

这些设备可以自动完成加工过程，减少人为操作的影响，提高了加工效率和产品的一致性。

二、农产品质量改善的影响运用农业科技在农产品加工中的应用，对提升农产品质量有着积极的影响。

1. 提高农产品加工效率现代农业科技的应用使得农产品加工过程更加高效。

例如，使用自动化设备可以减少人工操作时间，提高产品的生产效率。

这不仅可以缩短加工周期，降低加工成本，还可以更好地满足市场需求。

2. 保持农产品新鲜度在农产品加工过程中，科技手段也可以帮助保持农产品的新鲜度。

通过运用储藏技术和保鲜包装材料，可以延长农产品的保鲜期，使其保持较长时间的新鲜度。

这对于远距离运输和销售来说尤为重要，能够保持农产品的食用价值和市场竞争力。

力学在农业生产中的作用是什么农业生产是人类社会赖以生存和发展的基础，而力学作为一门基础科学，在农业生产中发挥着至关重要的作用。

从土壤耕作到农作物的生长发育，从农业机械的设计到农产品的加工运输，力学原理无处不在。

首先，力学在土壤耕作方面具有重要意义。

土壤是农作物生长的根基，良好的土壤结构和物理性质对于作物的生长发育至关重要。

在耕地过程中，力学原理被广泛应用。

例如，犁地时需要考虑土壤的阻力和摩擦力，以选择合适的犁具和确定最佳的耕作深度。

如果耕作深度过浅，可能无法有效地打破土壤板结层，影响土壤的通气性和保水性；而耕作深度过深，则会增加能耗和对土壤结构的破坏。

此外，通过对土壤力学性质的研究，可以了解土壤的抗压强度、抗剪强度等参数，从而为合理选择耕作方式和制定土壤改良措施提供依据。

例如，在一些粘性土壤地区，采用深耕和轮作的方式可以改善土壤结构，减少土壤板结现象。

其次，力学在灌溉和排水方面也发挥着重要作用。

在灌溉系统中，水的流动遵循力学原理。

例如，设计灌溉渠道时需要考虑水的流速、流量和水头损失等因素，以确保水资源能够均匀地分配到农田中。

同时，在滴灌和喷灌系统中，也需要根据力学原理计算喷头的压力和水滴的分布，以提高灌溉效率和节约用水。

在排水方面，力学原理同样不可或缺。

合理设计排水渠道的坡度和横断面，可以保证雨水和多余的水分能够迅速排出农田，避免积水导致土壤过湿和作物根系腐烂。

再者，力学在农作物的生长发育过程中也有着不可忽视的影响。

植物的茎杆、叶片和根系等器官在生长过程中会受到各种力学作用。

例如，茎杆需要具备足够的强度和刚度来支撑植株的重量和抵御风吹雨打等外力。

植物的根系在土壤中生长时，会受到土壤的阻力和摩擦力，这会影响根系的形态和分布。

通过研究植物力学，可以了解植物在不同力学环境下的生长响应机制，从而为农业生产中的栽培措施提供指导。

例如，在温室种植中，可以通过调整植株的支撑方式和生长空间，来优化植株的形态和光合作用效率。