CN114052070B - 一种胚芽米灭酶装置及灭酶与检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种胚芽米灭酶装置及灭酶与检测方法，在灭酶腔内部设置导流板，在导流板的顶部开设有气孔；在灭酶腔上腔的顶部装有离心风扇，离心风扇侧向输送气体，在离心风扇的出风口处设置加热装置，离心风扇的底部向上吸入气体；在导流板的内侧滑动装有置米架；在离心风扇的作用下，离心风扇吹动的气流沿导流板的顶部、侧板面流动，再从导流板的底部向上，由于导流板上方的离心风扇产生的负压，将热空气穿过置米架，在气孔处被离心风扇的底部吸入，形成内循环气流；蒸汽发生装置向灭酶腔输入蒸汽，本申请利用热空气和饱和蒸汽混合形成不饱和蒸汽对胚芽米灭酶处理，减少胚芽米爆腰和裂纹的产生；同时利用图像处理方法对胚芽米裂纹进行检测，提高检测效率。
Description
技术领域
本发明涉及食品杀菌灭酶技术领域，尤其是一种胚芽米灭酶装置及灭酶与检测方法。
背景技术
胚芽米是指保留80％以上胚芽的大米。大米加工一般要经过砻谷、碾米、抛光和色选等步骤。在碾米和抛光过程中大米中富含营养的糊粉层和胚芽会被去除，这种过精过白的加工方式导致粮食浪费和营养大量流失。胚芽米的营养价值丰富，市场前景广阔。但由于其脂肪酶等的作用，脂类被分解成脂肪酸，导致胚芽米酸败，影响其储存时间、口感和营养。
目前，食品灭酶方法主要有蒸汽、红外和微波等。蒸汽灭酶杀菌是一种以蒸汽为传热介质的湿热杀菌法，具有潜热大和穿透力强的特点，是目前应用最广泛的食品杀菌技术，但蒸汽灭酶杀菌会使大米表面集聚冷凝水导致爆腰。微波和红外灭酶杀菌的方法加热速率快，但是前者不能处理低水分物料，且存在加热不均匀的情况，后者的穿透性差，灭酶效果不理想。
胚芽米在灭酶过程中常常会因为水分变化大、加热不均匀导致的温度梯度变化大而产生爆腰和裂纹。
传统大米裂纹检测方法是通过人工检测完成，操作员通过肉眼观察大米表面是否存在裂纹，其结果很大程度上依赖操作员的经验和主观判断。利用机器视觉代替人工检测，具有客观、高效的特点。
发明内容
为了解决现有技术中存在的不足，本申请提出了一种胚芽米灭酶与检测装置及其方法，利用热空气和饱和蒸汽混合形成不饱和蒸汽对胚芽米灭酶处理，减少胚芽米爆腰和裂纹的产生；同时利用图像处理方法对胚芽米裂纹进行检测，提高检测效率。
本发明所采用的技术方案如下：
一种胚芽米灭酶装置，包括灭酶腔、蒸汽发生装置和温湿度检测控制装置；灭酶腔由灭酶腔下腔和灭酶腔上腔组成；在灭酶腔内部设置导流板，导流板为呈拱形板，导流板的两侧分别与灭酶腔下腔相对的两个内壁面相连，导流板的底部与灭酶腔下腔的底面不接触；在导流板的顶部开设有气孔；故在灭酶腔上腔的顶部装有离心风扇，离心风扇侧向输送气体，在离心风扇的出风口处设置加热装置，离心风扇的底部向上吸入气体；在导流板的内侧滑动装有置米架；在离心风扇的作用下，离心风扇吹动的气流沿导流板的顶部、侧板面流动，再从导流板的底部向上，由于导流板上方的离心风扇产生的负压，将热空气穿过置米架，在气孔处被离心风扇的底部吸入，形成内循环气流；
蒸汽发生装置通过蒸汽管道与灭酶腔连通，向灭酶腔内输入蒸汽；
温湿度检测控制装置包括温湿度传感器和温度控制器；所述温湿度传感器置于胚芽米灭酶区域的中上方，用于检测灭酶区域内空气的温度和湿度；所述温度控制器分别与温湿度传感器、加热装置和蒸汽发生装置信号连接，且通过继电器调节灭酶区域的温度。
进一步，置米架与导流板的内侧之间采用滑动导轨连接；在灭酶腔下腔上开设有进料口，置米架与进料口相对设置，由进料口向置米架添加待处理的胚芽米。
进一步，置米架包括置米板以及置米板连接的推板；置米板采用不锈钢匀孔板，其孔径为2mm，孔间距为4mm。
进一步，在灭酶腔外部设置图像采集装置，用于采集灭酶处理后的胚芽米图像，基于该图像对胚芽米进行裂纹检测。
进一步，灭酶腔外表面包裹耐高温密封贴以及隔热材料。
进一步，离心风扇产生气流速度为1m/s～1.5m/s。
一种胚芽米灭酶及检测方法，包括以下步骤：
S1：设定所需温度，加热装置和离心风扇通电，使灭酶腔内气流循环升温。
S2：待温度上升至设定值后，打开微量阀通入蒸汽，使得下腔内达到所需温湿度。利用温湿度传感器实时检测下腔内气流温度和湿度。
S3：将胚芽米平铺在置米架上，放入灭酶区域内，保持下腔内温湿度，计算灭酶时间。
S4：达到灭酶时间后立即取出，放入恒温箱中进行缓苏处理。
S5：缓苏处理后将胚芽米再次放入下腔中，重复上述动作数次。
S6：达到设定时间后，立即取出胚芽米，真空保存。
S7：灭酶结束后，按先后顺序关闭装置：翅片加热棒断电，离心风扇断电，排出蒸汽发生器内多余蒸汽，关闭微量阀，蒸汽发生器断电。
S8：采集灭酶处理后的胚芽米的图像，基于该图像对胚芽米进行裂纹检测。
进一步，S8中裂纹检测方法为：
(1)采集灭酶后的胚芽米图像。
(2)将彩色图像转换为灰度图像，并进行区域提取。
(3)对图像进行增强和去噪处理。
(4)阈值分割，统计每粒胚芽米面积。
(5)根据所统计的胚芽米面积，去除面积过小的胚芽米，统计剩余大米数量。
(6)选中一粒大米，并去除背景。
(7)提取XLD，并进行XLD特征提取，统计轮廓数量。其中XLD表示为亚像素轮廓，是一种比图像像素分辨率更高精度数据的集合；
(8)以轮廓数量作为是否为裂纹米的判断依据。
(9)输出裂纹检测结果。
进一步，当轮廓数量大于20，则判定该米为裂纹米；反之该大米非裂纹米；如此完成对图像中的大米的裂纹检测。
本发明的有益效果：
1.向灭酶腔内通入蒸汽，热空气和饱和蒸汽混合形成不饱和蒸汽，可减少胚芽米表面冷凝水的形成，从而减少胚芽米爆腰和裂纹的产生，同时可以提高灭酶效率，并减少胚芽米在热处理过程中的水分流失，保证胚芽米口感。
2.热空气和蒸汽自下而上对胚芽米进行灭酶处理，提高灭酶均匀性。在离心风扇的作用下，热空气与蒸汽混合，在灭酶腔形成内循环气流，减少了能源损耗，提高加热效率。
3.将灭酶腔和恒温缓苏仓组合，可以形成连续式灭酶缓苏装置，再将灭酶流程和参数进行控制，可实现胚芽米灭酶处理的实际应用。
4.利用图像处理方法对胚芽米裂纹进行检测，提高检测效率，同时避免人工检测带来的速度慢、主观性强等缺点。
附图说明
图1是本发明所述胚芽米灭酶装置的结构示意图。
图2是本发明所述置米架示意图。
图3是本发明所述裂纹检测流程示意图。
图4是本发明所述裂纹检测过程示意图。
图5是本发明裂纹率与处理次数关系图。
图6是本发明灭酶效果与处理次数关系图；
图中：1、蒸汽发生器；2、微量阀；3、蒸汽管道；4、灭酶腔下腔；5、灭酶腔上腔；6、电机；7、离心风扇；8、翅片加热棒；9、温湿度传感器；10、进料口；11、置米架；12、温湿度控制器；13、滑台；14、导流板；15、气孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种胚芽米灭酶装置，包括灭酶腔、蒸汽发生装置和温湿度检测控制装置。
所述灭酶腔由灭酶腔下腔4和灭酶腔上腔5这两部分组成，灭酶腔外表面包裹耐高温密封贴以及隔热材料；灭酶腔上腔5设置在灭酶腔下腔4的上部，由灭酶腔下腔4和灭酶腔上腔5构成了封闭的胚芽米灭酶腔；在灭酶腔下腔4上开设有进料口10，用于向灭酶腔内添加待处理的胚芽米。
在灭酶腔内部设置导流板14，导流板14为呈拱形板，导流板14的两侧分别与灭酶腔下腔4相对的两个内壁面相连，导流板14的底部与灭酶腔下腔4的底面不接触；在导流板14的顶部开设有气孔15。在灭酶腔上腔5的顶部装有离心风扇7，离心风扇7侧向输送气体，离心风扇7的底部向上吸入气体；离心风扇7由安装在灭酶腔上腔5外部的电机6驱动。离心风扇7的底部朝向气孔15设置。由于导流板14的板面以及底部与胚芽米灭酶腔的内壁之间存在一定距离，故在离心风扇7的作用下，离心风扇7吹动的气流沿导流板14的顶部、侧板面流动，再从导流板14的底部向上，由于导流板14上方的离心风扇7产生的负压，将热空气穿过置米架11，在气孔15处被离心风扇7的底部吸入，形成内循环气流，以减少能源损耗。在导流板14的内侧滑动装有置米架11，如图2所示，置米架11包括置米板以及置米板连接的推板。置米架11与导流板14的内侧之间可以采用滑动导轨的连接方式；推板与进料口10相配合。在需要添加待处理的胚芽米时，通过推板上的把手拉出置米架11，将胚芽米放置在置米架11上。在本实施例中，离心风扇7产生气流速度为1m/s～1.5m/s，过大风速会加速水分流失，导致裂纹产生。
如图2所示，为保证灭酶均匀性，置米板采用不锈钢匀孔板，其孔径为2mm，孔间距为4mm，保证热空气和蒸汽顺利通过，并与胚芽米充分接触。
在灭酶腔上腔5上装有加热装置，加热装置包括翅片加热棒8，翅片加热棒8设置在风扇7的出风口处，对风扇7吹动的气流进行加热。其下腔4为胚芽米灭酶区域，并开有进料口，用于摆放置米架11，置米架11通过抽拉形式安装在滑台13上，灭酶区域下方和左右两侧留有风道，气流通过左右两侧风道传至灭酶区域下方。
蒸汽发生装置由蒸汽发生器1、微量阀2和蒸汽管道3组成。所述蒸汽管道3通过微量阀2与蒸汽发生器1相连接，通过调节微量阀2控制蒸汽发生器1所产生的蒸汽量；所述蒸汽管道3通过螺纹管固定在下腔4上。在本实施例中，灭酶腔内的温度应在110℃-120℃，相对湿度在70％-80％时效果较好。100℃的蒸汽为饱和蒸汽。灭酶腔内的蒸汽因为受到加热棒和热空气的影响，蒸汽会继续加热至超过100℃，这样的蒸汽与热空气混合形成的是不饱和蒸汽。
温湿度检测控制装置包括温湿度传感器9和温度控制器12。所述温湿度传感器9置于胚芽米灭酶区域的中上方，用于检测灭酶区域内空气的温度和湿度。温度控制器12分别与温湿度传感器9、加热装置和蒸汽发生装置信号连接，且通过继电器调节灭酶区域的温度。
一种胚芽米灭酶及检测方法，包括以下步骤：
S1：设定所需温度，翅片加热棒8和离心风扇7通电，使灭酶腔内气流循环升温。
S2：待温度上升至设定值后，打开微量阀2通入蒸汽，使得下腔4内达到所需温湿度。利用温湿度传感器9实时检测下腔4内气流温度和湿度。
S3：将胚芽米平铺在置米架11上，放入灭酶区域内，保持下腔4内温湿度，计算灭酶时间。
S4：达到灭酶时间后立即取出，放入恒温箱中进行缓苏处理。
S5：缓苏处理后将胚芽米再次放入下腔4中，重复上述动作数次。
S6：达到设定时间后，立即取出胚芽米，真空保存。
S7：灭酶结束后，按先后顺序关闭装置：翅片加热棒8断电，离心风扇7断电，排出蒸汽发生器内多余蒸汽，关闭微量阀2，蒸汽发生器1断电。
S8：如图3和4，采集灭酶处理后的胚芽米的图像，基于该图像对胚芽米进行裂纹检测；裂纹检测方法具体包括以下步骤：
(1)采集灭酶后的胚芽米图像。
(2)将彩色图像转换为灰度图像，并进行区域提取。
(3)对图像进行增强和去噪处理。
(4)阈值分割，统计每粒胚芽米面积。
(5)根据所统计的胚芽米面积，去除面积过小的胚芽米，统计剩余大米数量。
(6)选中一粒大米，并去除背景。
(7)提取XLD，并进行XLD特征提取，统计轮廓数量。其中XLD表示为亚像素轮廓，是一种比图像像素分辨率更高精度数据的集合。
(8)以轮廓数量作为是否为裂纹米的判断依据。在本申请中，当轮廓数量大于20，则判定该米为裂纹米；反之该大米非裂纹米；如此完成对图像中的大米的裂纹检测。
(9)输出裂纹检测结果。
品质指标检测方法：裂纹率：采用上述裂纹检测方法；过氧化氢酶活性：GB_T5522-2008；
实施例1-实施例3采用同一批胚芽米，品质无差异。
实施例1：
(1)设置灭酶条件，温度为110℃，相对湿度为80％RH。
(2)取70g胚芽米单层平铺于置米架上，放入灭酶腔下腔中灭酶10s。
(3)经灭酶处理后的胚芽米放置在60℃恒温缓苏箱中20min。
(4)重复(2)，(3)操作7次。
(5)对每次处理后的胚芽米进行裂纹率和过氧化氢酶活性检测。
实施例2：
(1)设置灭酶条件，温度为120℃，相对湿度为80％RH。
(2)取70g胚芽米单层平铺于置米架上，放入灭酶腔下腔中灭酶10s。
(3)经灭酶处理后的胚芽米放置在60℃恒温缓苏箱中20min。
(4)重复(2)，(3)操作7次。
(5)对每次处理后的胚芽米进行裂纹率和过氧化氢酶活性检测。
实施例3：
(1)设置灭酶条件，温度为90℃，相对湿度为80％RH。
(2)取70g胚芽米单层平铺于置米架上，放入灭酶腔下腔中灭酶10s。
(3)经灭酶处理后的胚芽米放置在60℃恒温缓苏箱中20min。
(4)重复(2)，(3)操作7次。
(5)对每次处理后的胚芽米进行裂纹率和过氧化氢酶活性检测。
如图5和6，实施例1、2中胚芽米最终过氧化氢酶活性含量在2～4mg/g左右，酶活性降低70％～90％左右。实施例1、2中胚芽米最终裂纹率约为22％左右，而实施例3中胚芽米最终裂纹率近100％且酶活性仅降低30％左右。可见本发明装置对胚芽米的灭酶有显著作用，控制好灭酶流程和工艺，可大幅减少胚芽米裂纹的增长。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种胚芽米灭酶装置，其特征在于，包括灭酶腔、蒸汽发生装置和温湿度检测控制装置；灭酶腔由灭酶腔下腔(4)和灭酶腔上腔(5)组成；在灭酶腔内部设置导流板(14)，导流板(14)为呈拱形板，导流板(14)的两侧分别与灭酶腔下腔(4)相对的两个内壁面相连，导流板(14)的底部与灭酶腔下腔(4)的底面不接触；在导流板(14)的顶部开设有气孔(15)；在灭酶腔上腔(5)的顶部装有离心风扇(7)，离心风扇(7)侧向输送气体，在离心风扇(7)的出风口处设置加热装置，离心风扇(7)的底部向上吸入气体；在导流板(14)的内侧滑动装有置米架(11)；在离心风扇(7)的作用下，离心风扇(7)吹动的气流沿导流板(14)的顶部、侧板面流动，再从导流板(14)的底部向上，由于导流板(14)上方的离心风扇(7)产生的负压，将热空气穿过置米架(11)，在气孔(15)处被离心风扇(7)的底部吸入，形成内循环气流；灭酶腔内的温度保持在110℃～120℃，相对湿度保持在70％～80％；
蒸汽发生装置通过蒸汽管道(3)与灭酶腔连通，向灭酶腔内输入蒸汽；
温湿度检测控制装置包括温湿度传感器(9)和温度控制器(12)；所述温湿度传感器(9)置于胚芽米灭酶区域的中上方，用于检测灭酶区域内空气的温度和湿度；所述温度控制器(12)分别与温湿度传感器(9)、加热装置和蒸汽发生装置信号连接，且通过继电器调节灭酶区域的温度；在灭酶腔外部设置图像采集装置，用于采集灭酶处理后的胚芽米图像，基于该图像对胚芽米进行裂纹检测；
置米架(11)与导流板(14)的内侧之间采用滑动导轨连接；在灭酶腔下腔(4)上开设有进料口(10)，置米架(11)与进料口(10)相对设置，由进料口(10)向置米架(11)添加待处理的胚芽米。
2.根据权利要求1所述的一种胚芽米灭酶装置，其特征在于，置米架(11)包括置米板以及置米板连接的推板；置米板采用不锈钢匀孔板，其孔径为2mm，孔间距为4mm。
3.根据权利要求1所述的一种胚芽米灭酶装置，其特征在于，灭酶腔外表面包裹耐高温密封贴以及隔热材料。
4.根据权利要求1所述的一种胚芽米灭酶装置，其特征在于，离心风扇(7)产生气流速度为1m/s～1.5m/s。
5.一种胚芽米灭酶方法，其特征在于，采用如权利要求1-4中任意一项权利要求所述一种胚芽米灭酶装置，包括以下步骤：
S1：设定所需温度，加热装置和离心风扇(7)通电，使灭酶腔内气流循环升温；
S2：待温度上升至设定值后，打开微量阀(2)通入蒸汽，使得下腔(4)内达到温湿度要求；利用温湿度传感器(9)实时检测下腔(4)内气流温度和湿度；
S3：将胚芽米平铺在置米架(11)上，放入灭酶区域内，保持下腔(4)内温湿度，计算灭酶时间；
S4：达到灭酶时间后立即取出，放入恒温箱中进行缓苏处理；
S5：缓苏处理后将胚芽米再次放入下腔(4)中，重复S3、S4的动作数次；
S6：达到设定时间后，立即取出胚芽米，真空保存；
S7：灭酶结束后，按先后顺序关闭装置；
S8：采集灭酶处理后的胚芽米的图像，基于该图像对胚芽米进行裂纹检测。
6.根据权利要求5所述的一种胚芽米灭酶方法，其特征在于，S8中裂纹检测方法为：
(1)采集灭酶后的胚芽米图像；
(2)将彩色图像转换为灰度图像，并进行区域提取；
(3)对图像进行增强和去噪处理；
(4)阈值分割，统计每粒胚芽米面积；
(5)根据所统计的胚芽米面积，去除面积过小的胚芽米，统计剩余大米数量；
(6)选中一粒大米，并去除背景；
(7)提取XLD，并进行XLD特征提取，统计轮廓数量；其中XLD表示为亚像素轮廓，是一种比图像像素分辨率更高精度数据的集合；
(8)以轮廓数量作为是否为裂纹米的判断依据；
(9)输出裂纹检测结果。
7.根据权利要求6所述的一种胚芽米灭酶方法，其特征在于，当轮廓数量大于20，则判定该米为裂纹米；反之该大米为非裂纹米；如此完成对图像中的大米的裂纹检测。
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