农业物料学1.doc

1、图1 中反映了农业物料哪些的光学信息。答案： (1)不同单位物料有不同的反射率值，光谱特性曲线的差异主要是由于物料组成物吸收特性不同造成的。 (2)同一物料在不同波长下反射率不同，存在若干吸收带，吸收带的位置的波长约为950、 1150 和1400nm。 (3)高含水量的物料（苹果，马铃薯）反射率较高；低含水量的物料（肉，干土块）反射率较低，可用近红外来测量物料的含水量。 (4)红苹果和绿苹果的反射率不同，650nm 处差距最为明显，可能是因为红苹果和绿苹果中叶绿素含量不同造成的，可以作为苹果成熟程度的判别。2、鸡蛋的新鲜度可有哪些生物物料物理特性来检测，请说明检测原理。（10 分） 答案： 鸡蛋的新鲜度可以通过以下几方面来测量：(1)光学特性：光照射到一物体后，一部分被外表面反射；一部分进入物体发生散射，或被物体所吸收；其余部分则透过物体。可以根据透射率与鸡蛋内部品质之间的相互关系，判定其新鲜度。还可以在灯光透视下，观察蛋壳结构的致密度、蛋白、蛋黄、气室小等特征，对蛋进行综合品质评价。 (2)声学特性：陈旧蛋由于蛋内 分散发，蛋白变稀，蛋黄膜破裂，摇动时发声程度不同。 (3)电学特性：利用鸡蛋的介电常数或静电常数来建立与鸡蛋新鲜度的相互关系 (4) 比重测定法：贮存时，由于蛋中 分不断蒸发，比重每日减少0.00170.0018。鸡蛋的比重在1.04 以下说明蛋存放较久，比重在1.015 时可推知蛋已经完全腐败。 (5)蛋形指数：新鲜鸡蛋蛋黄呈圆形，较小，转动慢；陈旧蛋蛋黄偏大，或散开，转动快。3、为什么大多数农产品的导热率随水分的提高而增加? （10 分） 水的导热率比农产品干物质的导热率高，当含水率 时，物料中含有较多的水分，物料的整体导热率就大，如果农产品的含水率低则其内部含有较多的气隙，因为气体的导热率低，所以农产品整体的导热率低。 大部分的农业物料都含有较多水分，这些物料的导热率应根据它们的含水率和干物质导热率加以估算。经验公式： K = MK w + (1- M )K d 其中，M 是物料含水率，Kw 、K d分别为水和固体干物质的导热率。4、花生分为I 类（霉变色变、种皮受损严重）、 类 (霉变色变、种皮受损较轻)、类 (正 常仁)如何进行分选。（12 分） 答案：由实测得到，各类花生仁的激发光谱和荧光光谱均为单峰曲线；三类花生仁的最佳激发波长，即产生荧光最强的激发波长约为300nm 左右；选用普通高压泵灯很容易产生的365nm 波长作为激发波长EM 时，得到荧光的最佳发射波长在450480nm 之间，即呈现的荧光颜 色为蓝色；随着花生仁变色变质或种皮破损程度的发展，表面荧光强度明显增强，类的平均荧光强度是类的7.3倍，类的平均荧光强度是类的4.5倍。所以从花生仁的荧光特性可以进行分选。5、可否利用空气动力学（或水力学）有关特性来实现球状瓜果的分选?为什么? （12 分）答案： 农业物料的分选可以根据阻力系数和临界速度不同完成。流体对物料的作用力不同， 运动规律也不同。物料的形状对阻力系数和临界速度影响很 ，因为球形农产品的临界速度与其形状参数特别是直径相关，而球形物料的临界速度最 ，可以根据其临界速度的大小来进行分级。不规则形状的瓜果因其阻力稀疏比球体 ，所以临界速度比球体小。如利用水力来清选分离苹果时，当 流速度 于苹果的临界速度时，即可将苹果带走，由于苹果大小不同，其临界速度就不同，这样小的苹果先被带走，从而实现分选，且水力清选时还可以减小损伤。6、请说明谷物的含水率检测的基本原理和实验技术。（12 分） 答案：谷物的含水率检测的基本原理：对谷物进行干燥，干燥前和干燥后各称重一次，水分的损失MR 即为谷物的含水率。 Wo W1 MR = * 100% Wo上式中Wo 为谷物初始重量，W1 为谷物干燥后重量 检测谷物含 率的实验技术： (1)烘箱法：所需时间较长，一般要10 小时以上 (2) 电阻法和电容法：往往因物料分布及堆积松紧不匀等影响其测定的效果 (3)微波法：利用微波交变磁场的作用，使 分子剧烈运动，产生 量的热，促使 分 蒸发，从而测定谷物含 率。物料升温快、均匀、热能转换效率高、总加热时间短 (4)中子法：中子式测 仪对谷物含 率测量 (5)核磁共振法：谷物吸收能量的多少与原子核中的核子数成比例7、是否可以利用固体农业物料的流变特性判定猪肉、牛肉等的品质好坏?应如何判定（即判定思路和实验方法）? （12 分） 答案：新鲜度的测定：可对其进行轴向压缩和拉伸实验，剪切实验。当猪肉新鲜度差时，肉的硬度和粘度会发生变化，剪切强度会变小。 对注水量的检测：可用回转式流变仪测量测量猪肉的表观粘度。将猪肉做成猪肉糜，掺水量对猪肉糜表观粘度影响很 ，猪肉糜的表观粘度是猪肉糜流变特性参数之一。它是由于猪肉糜中的蛋白质、脂肪分子与 分子以及其他分子之间的内聚力引起的阻滞猪肉糜流动和变形的物理特性。未参 的猪肉糜主要由 分、蛋白质、脂肪、灰粉组成，其中 分约占55，蛋白质、脂肪约占40 ，此时猪肉糜中的蛋白质、脂肪分子、 分子之间结合紧密，以较强的内聚力阻滞了猪肉糜的流动和变形，因此表观粘度较 ，随着掺水量的增加,分子使得缠绕的蛋白质散开，脂肪 化，阻滞力减小。8、如何利用力学特性、振动特性及相关特性来检测农产品的品质。（10） 参考答案：农业物料的力学特性涉及到农业物料的流动力学、流变力学、散粒体力学及流体动力学以及接触应力、撞击载荷、摩擦及空气动力特性等，它是指在农产品加工、储存、包装及运输过程 受力而体现出的以上各种特性，如冲击、振动、松弛、粘附和变形等。不同的物料有的不同的物料特性，物料特性的差异体现了农产品的品质差异，可以利用这种差异来检测农产品。 例如番茄果实的成熟度和新鲜度与果实的硬度有很大关系。成熟度差，或比较新鲜的果实硬度较大，随着贮藏时间的延长，果实转熟，新鲜度下降，硬度也随之下降，因此可通过测量其硬度来判断果实的成熟度和新鲜度。 水果坚实度或松脆性是水果成熟状态和品质的一个重要指标，水果生长和存储过程 ，细胞间的结合力变小，反映细胞间结合力变化的物理指标是坚实度。水果坚实度测量 ，杨氏模量是一个重要的基本参数。利用冲击力检测水果坚实度的力学原理是弹性球体与刚性平面的跌落冲击问题。冲击力与水果的质量、几何尺寸、材料、杨氏模量等有关。研究的核心是当得到冲击力后如何估计或计算出材料的杨氏模量，并通过最小二乘法拟合球体的刚度。 振动频率分析法： 各向同性的线弹性球状水果，固有频率与其材料杨氏模量E 的关系为 其为水果密度，u 为泊松比，m 为质量，为归一化频率，f为其固有频率。 经测量得到固有频率f 后，由上式可以估算出水果的杨氏模量，从而确定其坚实度。9、散粒体的抗剪强度与哪些参数有关?如何测定有关参数? （15） 参考答案： (1)含水率；通过含水率烘干法或电学特性测得。 (2)粒径大小；可以通过筛分法或粒度仪测得。 (3)堆放条件；主要是否有振动等外界干扰。 (4)物料的密度；浸液法等测得。 (5)内摩擦角。三轴压缩实验、直接剪切试验测得。0、怎样测量干香菇、干苹果等的真实密度? （10 分） 参考答案：由于干香菇、干苹果疏松多孔，不适于用液浸法测量物料的密度，可以采用气体置换法 测量真实密度。常见的气体置换法有压力比较法，定容积压缩法，定容积膨胀法，不定容积法。 以定容积压缩法为例，测出容器中活塞压缩到一定体积后，不装物料和安装物料的压力变化，由波义耳定律求出物料的体积，进而求得密度。 应力松弛：使流动的粘弹性流体速度梯度减小或突然降为零，流体中的应力逐渐降低或消失的过程也称为应力松弛。蠕变：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。AB211. 活塞 2. 物料A 压缩前体积B 压缩后体积 定容积压缩法原理图 V=Vo( Pa Pa ) P1 P2Vs 物料体积 Vo 活塞定压缩体积 P1 没有装入物料时压力计读数 Pa 大气绝对压力 P2装入物料时压力计读数 11试讨论液体的流动特性在农产品品质特性研究中的应用？（10） 参考答案：（1）液体生物物料纯度检测。如蜂蜜 加糖后，相同温度时对纯蜂蜜的粘度不同，利用该原理进行检测。（2）液体的流动特性是其产品的质量标准，如检测番茄酱的流动曲线可以确定其番茄汁的含量，进行对其品质进行评价。（3）如检测不同品牌牛奶的流动曲线，可以区分牛奶的品牌，对比其固体牛奶的含量等。12农业物料的光学特性在农业物料的质量检测和分选中的应用1，颜色和成熟度检测；如园艺产品成熟度，农产品颜色评定等2，成分分析；如谷物和肉产品的含水率，牛奶脂肪含量等3，内部缺陷检测；如苹果水心，马铃薯空心，鸡蛋中血点和小麦黑穗病检测4，自动化分选；如马铃薯和土块分离，颜色或熟度自动分级13影响农业物料热特性的主要因素农业物料的热容量和比热随物料组成成分、含水率、温度而变化。农业物料的比热随含水率而变，一般呈线性关系；比热随温度升高而增大。农业物料的导热率随含水率而变化，一般呈线性关系。农业物料的导热率在冰点以上随温度升高而增大；冰点下则相反。物料的导热率受子粒尺寸的影响。在相同含水率和温度时，籽粒尺寸越大，其导热率也越大。物料的导热率受容积密度的影响。在相同含水率和温度时，物料的导热率随容积密度的增加而增加。对于大部分农业物料，导温系数随温度和含水量而变化。一般的说，导温系数随含水量增加而下降，有的呈线性关系，有的呈非线性关系1.物料的形状和尺寸在农产品加工中的意义？密度的概念？ 答：密度是物体每单位体积内所具有的质量。意义 在农产品加工过程中如机械分选和分级、气流输送和分离以及产品的热处理等必须精确地确定物料的形状和尺寸。2.简述各种密度的概念。 答：容积密度-把试料装入已知体积的容器内，测量装入容器的物料质量，根据容器体积和物料质量求得的密度，一般用Pb表示。 粒子密度-根据物料实际体积和质量求出的密度，一般用Ps表示，简称密度。 真密度-又称固体密度，把试料仔细粉碎除去物料内部空洞所占体积求得的密度，一般用Pt表示。3.简述密度测量原理及各种测定方法的优缺点。 答：原理-测出物料实际体积和质量，从而由Ps=m/v4.简述孔隙率的定义，举例说明其在农业工程中的应用。 答：定义-松散物料孔隙所占体积和整个物料所占体积之比称为孔隙率。5.什么是湿基含水率、干基含水率、两者有何区别与联系？ 答：物料中所含水的质量与物料质量的比值。物料中所含水的质量与物料干质量的比值。干基含水率总是大于湿基含水率，二者可以互相变换。Mw=Md/(100+Md)*100% Md=Mw/(100-Mw)*100%6.何谓水分活性？ 答：物料在平衡水分时的环境相对湿度，也可定义为物料中水蒸气和相同温度时纯水蒸气压之比，记作：aw*100=%ERH=p/p0*1007.何为流变学、粘弹性？ 答：研究物体形变和流动的科学；与时间相关而产生的特性。8.简述各流变模型的基本单元及其流变方程式，并简要说明。 答：弹性元件-用遵守虎克定律的线性弹簧表示，其流变方程式为： E为与弹簧弹性有关的常数， 表示正应力， 表示正应变。 粘性元件：方程式： 表示正应力， 表示正应变速率， 为粘性系数。 塑性元件：用摩擦块表示，方程式： ， 为正应力， 为屈服应力。9.何谓牛顿流体、准粘性流体、塑性流体？ 答：液体的流动曲线为通过坐标原点的一条直线时，这种流动性质的液体所有气体都是牛顿流体，纯液体及简单的溶液大多是牛顿流体；液体的剪切应力和剪切速率的关系式通过坐标原点的一条曲线；如果流体开始流动以后，剪切应力和剪切速率为直线关系时的这种流体，如干酪和巧克力酱、奶油。10.简述各种流体的性质及其流动曲线。 答：牛顿流体、准粘性流体、塑性流体、触变性和塑变性流体、粘弹性流体。11.简述细管法测定粘度原理。 答：在细管粘度计内流体受外力作用而通过细管，其粘度可根据流量、外加压力和细管几何尺寸确定。在一定外加压力下，流体粘度愈高则流体在单位时间内的流量愈小，只要比较其流量大小即可比较其粘度大小。12.简述旋转法则测定粘度的原理。 答：在旋转式粘度计内，流体受到外扭矩作用而旋转，其粘度可根据旋转部件角速度外扭矩和仪器的几何尺寸而确定。流体粘度越高，则旋转部件产生相同角速度所需要外扭矩愈大，只要比其扭矩大小，即可判断其粘度大小。13.简述临界速度概念及其应用。 答：沉降速度和悬浮速度统称为临界速度，物料从静止的流体中自由下落，最终达到匀速向下运动，把这一速度称为改物料的沉降速度；如果流体一物料沉浮速度向上运动，则物料颗粒将会在某一水平上呈悬浮状态，把此流体速度称作物料的悬浮速度。 利用气流或流体分离某种产品时，必须了解包含的全部物料的临界速度，以便确定良好对对对的分离物料所需的气体或液体速度范围。第五章1.何谓散粒体？举例说明.散粒物料是有许多松散，分散，形状尺寸差不多的颗粒所组成的群体，又称散粒体。农业物料中的种子，谷物，颗粒饲料，奶粉以及水果，蔬菜等均属于散粒物料。2.简述滑动摩擦角，滚动稳定角，休止角，内摩擦角的定义与应用！滑动摩擦角表示散粒物料与接触固体相对滑动时，散粒物料与接触面间的摩擦特性，其正切值为滑动系数。滚动稳定角反映单粒柱状，球形或类似球形物料与所接触表面的滚动摩擦特性。它是物料输送机械，清选机械等重要设计参数之一。休止角指散粒物料从一定高度自然连续地下落到平面上时，所堆积成的圆锥体母线与地平面的夹角，它反映了散粒物料的内摩擦特性和散落性能。内摩擦角（莫尔包络线和水平线的夹角）是反映散粒饲料间摩擦特性和抗剪强度，它是确定贮料仓仓壁压力以及设计重力流动的料仓和料斗的重要设计参数。3.简述休止角与内摩擦角的区别于联系，（卷子有）4，简述散粒物料在料仓与料斗内的重力流动形式及各自的特点。若散粒物料在料仓或流斗内能象液体那样在不同高度上同时均匀全部地先下流动，则称为整体流。整体流动时无论中心部分还是靠料斗壁处的物料都充分流动，先装进的物料先流出来，使物料迅速排空而无死区存在。如果散粒体在料仓和料斗的中心部分产生漏斗状的局部流动，而周围其它区域的物料停滞不动，则称为中心流或漏斗流。漏斗流流动时，先装进去的物料后流出来，漏斗状通道周围的静止物料形成死区，减少了料仓的有效空间。在狭窄的漏斗状通道中流动不稳定，速度不均匀，容易在料斗内“接拱”，引起流动中断。5.简述浅仓和深仓的定义。以料仓的当量直径定义：若物料深度为h,料仓的当量直径为De，则当h=De时为浅仓，hDe时为深仓。料仓当量直径为液力半径的4倍。料仓液力半径为料仓横截面积和料仓周长之比。以休止角定义：从仓壁和底板的交点画一条鱼地平面夹角等于物料休止角的斜直线。当这直线和对面仓壁交点位于物料上表面的下方则为深仓，当这直线和对面仓壁交点位于物料上表面上方则为浅仓。以物料静滑动摩擦系数f和压力比K定义：若物料深度为h,圆仓直径为D，则满足下式时为深仓，h/D=0.75(1/f*K)反之为浅仓。1、水的活性：指物料在平衡水分时的环境相对湿度2、透光率或透光度：从一个物体上透光度的强度与入射光强度的比值3、球度：表示物体实际形状和球体之间的差异程度4、定向径：指粒子投影图上任意方向的最大距离5、应力松弛：指物料突然的变形到给定值并保持不变时，应力随时间变化的函数关系6、蠕变:指物料突然的受到一个给定应力值，并保持不变时，应力随时间变化的函数关系7、流变学：研究物体变形和流动的科学8、临界速度：沉降速度和悬浮速度的统称9、散粒体：由许多松散、分离、形状尺寸差不多的颗粒所组成的群体10、辐射换热：指温度不同的两个或两个以上物体间相互进行热的辐射和吸收所形成的换热的过程11、粒子密度：根据物料实际体积和质量求出的密度12、延迟发光：绿色的含有叶绿素的农产品在用光照射激励后的若干秒内其表面会发光的现象13、生物电：生物体的组织和细胞所进行的生命活动都伴随电现象，产生一定的电位变化，把这种生物体内的电现象称为生物电14、休止角：指散粒物料从一定高度自然连续的下落到平面时，所堆积成的圆锥母线与底平面的夹角15、比热：比热是指单位质量物质温度每升高或降低1度（K）所吸收或放出的热量。16、孔隙率：松散物料孔隙所占体积和整个物料所占体积之比称为孔隙率17、 动静摩擦系数二者在概念上是不同的。滑动摩擦角和摩擦系数的测定方法通常有两种：一种是物料相对于给定摩擦表面移动；另一种是给定摩擦表面相对于物料移动。斜面仪是属于前一种测定方法的常用装置。测定时将物料装入无底容器内并放置在斜面仪的斜面上，缓慢摇动手柄使斜面倾斜角逐渐增大。当物料刚开始在斜面上下滑动时，该斜面的倾角即为静滑动摩擦角。当物料匀速下滑时的斜面倾角为动滑动摩擦角。18