多模式超声蔬菜清洗机创新创业计划书.docx

多模式超声蔬菜清洗机创新创业计划书一、概述。引进人才的基本情况、业绩与成就；所要从事创新工作的领域，创新类型（理论创新、应用创新、原始创新、模仿创新、产品创新、工艺创新等），创新工作的主要内容；拟达到的主要目标及其意义等。1、引进基本情况、业绩与成就， ，1987年2月出生，2013年于江苏大学取得机械工程工学博士学位，现为江苏大学食品与生物工程学院讲师。近年来，在食品及农产品物理加工技术、食品加工设备设计与制造、食品加工设计与工艺、数值模拟等方面开展了系统研究工作，并取得了良好的实际应用效果。具有一定的企业研究经历，曾经为张家港富瑞特种装备有限公司做过技术支持，帮助企业进行科技鉴定、申报各级项目，撰写专利4件。在学习与工作期间取得了有关业绩：现已经发表论文14篇，其中SCI收录8篇、EI收录2篇。申请专利4件，其中授权2件。获中国机械工程学会三等奖1项，国家奖学金1次，主持并完成江苏大学科研立项1项，江苏省普通高校研究生科研创新计划项目1项。申请到江苏省自然科学基金1项，国家博士后基金和省博士后基金各1项。还拥有相关技能证书，即心理咨询师三级证书和江苏省专利代理人资格证书。这些学习和工作经历能为本次项目的开展提供坚实的知识前提和研究经验。2、所要从事创新工作的领域及类型主要从事利用超声波技术开发食品物理加工机械；主持实施开展了关于超声波在提取领域中的相关研究项目，该项目属于机械与物理交叉的领域，为实现产业化，提供了必要的理论前提。超声提取是以空化效应为机理的应用研究，与超声提取同源，超声清洗同样是充分利用空化效应的体现，但是后者的利用前景更为广泛。随着生产力的发展，国民的生活水平越来越高，早已不局限于解决温饱问题，在生活品质方面的要求日益强烈，尤其对食品安全问题方面特别重视，使蔬菜消费朝着绿色食品、方便净菜及营养保健等方向发展，而蔬菜加工成为达到这个目标的途径。蔬菜加工是以蔬菜为原料，面临的首道工序就是清洗，目的包括除去灰尘泥沙、可能存在的寄生虫，以及残留的农药等等。因此，我国围绕果蔬清洗的相关报告指出，中国果蔬清洗问题面临着前所未有的机遇及发展前景。江苏李工果蔬机械有限公司是集研究、开发、生产果蔬深加工专业机械设备的省级民营科技型企业，专业生产切菜机、果蔬切割、清洗、烘干、选别等设备及成套生产线。针对以上问题，本申报项目依托于江苏李工果蔬机械有限公司，引进江苏大学食品与生物工程学院张磊博士担任企业副总工程师，以“多模式超声蔬菜清洗机理研究及装备开发”为研究中心点，旨在提高蔬菜清洗的高效性与科技化，揭示多模式超声清洗的机理为其它物料的清洗提供理论基础，最终研发出超声清洗蔬菜装备相关产品，改进食品企业蔬菜清洗的效率，增进企业生产总值；还可以提供给高校院所，供其科研需求。与此同时，该超声清洗蔬菜装备地开发也丰富了食品机械行业，并实现创新成果的产业化应用。综上所述，本项目创新工作属于先进制造领域，包含机理构建、应用创新与工艺创新等范畴。3、创新工作的主要内容本项目围绕“多模式超声蔬菜清洗机理研究及装备开发”开展研究工作，创新内容主要包括以下两大方面：（1）蔬菜清洗脱除农药残留多模式超声清洗与降解技术创新初步设计多模式超声清洗装备，并进行实验室小试，获得常见蔬菜清洗以及农药降解的超声清洗降脱参数，研究不同频率超声波辐射对蔬菜表面泥沙、微生物清除和农药降解的作用，分析主要辐解产物的结构以及毒性，判断对蔬菜品质的影响，为多模式超声作用机理的研究提供前提条件。（2）多模式超声清洗与降解物理作用机理模型构建创新物理机理的研究能够反哺装备，更科学、更广泛地研制与超声相关的装备，将多模式超声清洗与降解机理的研究定为该项目的理论研究基础，围绕空化效应中的空化气泡脉动特性，解释多模式超声波清洗降脱过程中的作用机理，在此基础上能够预测空化效应的发生行为，以及量化超声清洗与降解的作用效果，牢固超声波的研究基础，为后续其它超声及其清洗装备的研制提供理论基础。在上述创新内容的延续下，可显著缩短设计周期，提高设计质量，从而开发出系列高端精准的多模式超声清洗设备，应用于不同类型蔬菜工业化的清洗上来，推广超声技术。4、拟达到的主要目标通过本项目“多模式超声蔬菜清洗机理研究及装备开发”的研究，秉承“技术创新、绿色放心”的研发理念，开发出高端精准的蔬菜超声清洗技术，主要从农药降解、机理构建和设备改进等方面对该技术进一步完善，具体目标如下：（1）归纳出多模式超声清洗蔬菜的最佳参数组合，获得多模式超声脱除农残的动力学规律，分析主要辐解产物的结构以及毒性，判断对蔬菜品质的影响，建立净化工艺的协调方法，实现对蔬菜品质的灵活调控。（2）构建多模式超声在蔬菜清洗与农残降解的机理模型，将监测到的空泡脉动行为与清洗降解行为建立对应关系，即可通过监控以超声空化效应为基础的空泡脉动全过程，就能预测并表征超声场作用的效果，为以后的其它物料的超声清洗及其相关作用提供理论依据。（3）进一步改进原有的超声清洗设备，在借助声、光和电相关的传感器的基础之上，改进原有的超声作用系统，增加原位实时在线监测蔬菜清洗品质功能，提高系统自动化程度，让超声清洗作用过程变得可视化、可读化。此外，通过本项目地开展，在企业内建成一流的清洗自动化技术研发平台，培养一批专业技术人才，积极推动产学研合作。通过自主创新，在果蔬机械加工领域有所突破和创新，研发拥有核心自主知识产权的高度自动化食品加工机械。将“多模式超声蔬菜清洗机理研究及装备开发”研究内容申请国家发明专利2-3项，制定企行业标准，引导整个清洗机行业的发展，规范清洗机行业。5、本项目意义随着人类生活水平提高以及生活节奏的加快，蔬菜需要进行深加工。清洗作为第一步极为关键，也是保证原料安全进入后续加工程序也是最重要的一步。由于农药使用不规范及运输链控制不严格，使得大量果蔬菌落数及农残超标，而目前的我国仍使用人工清洗或低效清洗机进行果蔬清洗，只能粗略洗去表面的泥沙、枯草等，并不能去除肉眼看不见的致病菌和农药残留。本项目基于“多模式超声蔬菜清洗机理研究及装备开发”研究，可实现果蔬的高效清洁、脱除农药甚至是杀菌的效果，对快速提升江苏省在全国食品加工行业地位，促进我国高科技、环保的制造新技术发展具有重要而深远的现实意义。二、创新项目情况。拟从事具体创新项目的来源，具体内容；技术的先进性，研究的技术路线与可行性；创新工作的重点与难点、创新成果的形式（新产品、新技术、专利、论文、专著等）与水平。（如有多个创新项目可分项目写）1、具体创新项目来源近年来，生活方式及消费习惯的改变使得食品工业发生巨大的变化，生活节奏的加快，使消费者更青睐于购买方便、快捷的即时食品，鲜切蔬菜以其安全、绿色、环保、方便等特点，受到广大消费者的青睐，消费量也逐年急剧增加。鲜切果蔬在国际市场销售已占所上市鲜果蔬量的30%以上，而我国鲜切果蔬的生产还处于起步阶段。目前我国生产的果蔬清洗设备和果蔬清洗生产中还存在着问题，水流式清洗和气流式清洗是果蔬清洗的两种最常见的方式，气泡式清洗技术是20世纪90年代流行于国外的蔬菜清洗技术。90年代末开始，在仿造国外设备的基础上，我国诸多果蔬加工设备生产企业均生产气泡式果蔬清洗机，并且近两年一些大学才开展气泡式清洗机作用机理的研究。在生产和技术开发方面，我国仅有少数果蔬加工企业采用国外先进的成套设备实现果蔬的连续生产，我国自行生产的加工设备与国外先进设备相比仍有很大差距。在市场需求迅速扩大，鲜切果蔬行业迅猛发展的新形势下，传统的清洗工艺已不再适应市场需求。而且由于果蔬自身物性的差别，与形状较为规整的块状瓜果相比，形状复杂的蔬菜较难清洗，力场过大会造成物料的损坏，力场过小清洗的效果难以得到保障，而且叶菜类更易粘附农残，因此亟需寻求一种以高科技多模式超声为主的新技术将成为蔬菜清洗的主导工艺，因此，本项目将致力于开发一种高效精准的多模式超声物理加工技术，用于叶菜类蔬菜的清洗净化，大幅度提高该类产品的加工水平，符合国家绿色制造发展趋势。2、技术的先进性本项目的技术先进性主要表现在七个方面：（1）清洗效果好。超声波清洗被国际公认为当前效率最高、效果最好的清洗方式、其清洗效果达到了98%以上，清洗洁净度也达到了最高级别，而传统的手工清洗效率仅为60%70%。（2）安全和环保。清洗液可使用一般水，不需要加酸或碱，清洗后废液可以直接排放，不会对环境造成污染。（3）果蔬保鲜。经过超声波清洗的蔬菜，酶的活力降低50%，呼吸作用受到明显抑制，无机械损伤，对Vc无明显破坏作用，感官品质优良。（4）杀菌杀虫作用明显。高强度超声波在作用于细菌时，强烈的高频超声振荡能使细菌内含物胶体发生絮凝沉淀，凝胶发生液化或乳化，从而使细菌失去活性；另一方面，超声波在液体介质中传播时产生的超声空化效应，包括瞬时局部高温高压效应和空化泡崩溃时产生的瞬时微射流效应，可使细菌失去生物活性。（5）降解有机农药。超声波空化作用产生的高温高压环境可以在水中形成OH，OH2和O等自由基，部分自由基又会结合成H2O2。超声波通过4种途径来降解有机污染物，即自由基氧化、高温热解、超临界水氧化和超声波的机械作用。（7）多模式超声组合。根据不同蔬菜质地选择不同频率超声的组合，如质地较坚实的形状不规则的蔬菜可以选择相对低频高振幅超声（28kHz），可达到较大力度的清洗去污，而质地较柔软的蔬菜可选择高频低振幅（40kHz），以保证原料不受损。3、研究的内容、技术路线与可行性本项目将重点针对蔬菜的清洗开展研发与创新工作，以下以青菜为例，阐述本项目的研究内容、技术路线及其可行性。青菜属于典型的高染菌高农药残留但是形状不规整的蔬菜，并且含水量高，受力极易破损。针对传统蔬菜清洗方法用水量大、农药残留洗脱率低的难题，创新超声波的工作模式，开发出蔬菜的多模式超声清洗降解技术及设备，在节水和食品安全方面能起到较显著的效果。该装备的关键技术的是采用物理的手段进行青菜清洗，一方面能完成清洗任务，另一方面能保持青菜的原有品质。具体来说，该设备是以超声特有的空化效应为基础，由于液体中压力差的存在，从而使得液体中的空化核在低压区萌生，慢慢生长，形成空化气泡，当经过高压区的时候由于泡内的压力小于泡外的压力，从而发生溃灭现象产生微射流，并伴随着高温高压的极端环境，具有机械效应、化学效应以及电化学效应。一方面，局部产生的微射流的压力非常大，类似于“水枪”能够冲洗青菜表面的污物及虫卵等；另一方面，自带的化学效应对于青菜表面残留的农药具有降解作用。由于超声的频率会影响空化效应的强弱，因此通过设计超声控制系统，将各种合适的超声频率工作模式集成一起，根据不同类型蔬菜的不同清洗要求，选择最佳超声频率工作参数，通过一套多模式超声清洗装备就能实现各种蔬菜的清洗要求，达到设备开发的目的。由于多模式超声蔬菜清洗装备是以物理技术为基础，所以在整个清洗的过程中无需添加化学试剂，具有环境友好型的绿色特点。将多模式超声技术应用到蔬菜的节水清洗和农药降脱上来，通过产生以空化效应为主的超声场，实现少用水、不加洗涤剂和降解农药的目标。不难发现超声是一种具有绿色环保清洗潜质的技术，但是目前应用的不是很广泛，首当其冲的缘由是因为缺乏最基础的机理解释。本项目欲在前期对多模式超声波的装备设计的基础上，增加超声场的机理研究，夯实超声技术应用的地基。在基础研究完善的前提下，进行多模式超声蔬菜清洗装备开发研究，这对于蔬菜产品生产降低水耗、提高产品。4、创新工作的重点与难点常见的蔬菜清洗设备有蔬菜滚筒清洗设备、漩涡清洗设备和定频超声清洗设备等，对于前两者传统的设备而言，每吨产品需消耗4060吨水，用水量大，对于某些蔬菜，如土豆窝眼等的泥沙，清洗效果差，亦不适合于结球叶菜内部泥沙的清洗。由于蔬菜生产水平的限制，蔬菜中农药超标的现象常常出现，残留蔬菜产品中的超标农药会影响消费者的健康，一般的清洗设备只是把表面的农药用液体介质带走，当流入土壤则会造成环境污染。不同的清洗技术，用水量的多寡不同，对于蔬菜营养成分的影响不同，而加入过多的清洁剂，可能会另外产生清洁剂二次污染问题。相比较而言，属于物理加工技术之一的超声波技术在清洗降脱方面正迅速崭露头角，超声波作用与液体介质中，通过空泡生长溃灭的脉动过程，产生以空化效应为主的多重效应，具有物理、化学和电化学作用。但是现有的定频超声设备只能针对特定的蔬菜清洗对象完成清洗工作，应用范围太狭窄，不利用企业的全面发展。将不同的超声频率集成在一个控制面板上，实现多种蔬菜的清洗，因此相对而言，多模式超声清洗与降脱具有很多优势，甚至能够达到结球叶菜内部进行清洗，使微生物失活、降解农药；但是性价比高且具有较高的工作效率，可选择的余地大，绿色环保，不会引入化学剂的污染。创新工作的重点主要包括：多模式超声蔬菜清洗技术的创新开发，清洗工序的设计；农药降解动力学模型的准确构建；多参数及连续清洗工艺的优化设计。创新工作的难点主要包括：多模式超声机理的研究偏向基础领域，但是又是装备开发必不可少的理论依据，需要开展大量的数据采集积累性实验以获得相关规律。5、创新成果的形式与水平通过本项目的研发，形成整套多模式超声蔬菜清洗装备开发技术，使该技术达到国内领先与国际领先；构建多模式超声蔬菜清洗机理研究，为新产品的开发提供科学保障；提升企业的自主研发能力，建成一支具有创新能力及专业知识过硬的研发团队；形成专利3件，其中发明专利2件；在行业内期刊及学术会议发表高水平论文3-4篇。三、研究基础和条件。引进创新人员的技术优势与专长，已有的研究基础与成果；企业（单位）拥有的研发基础（研发机构与设施情况、研发队伍情况、创新经费的来源与使用等）。1、引进创新人员的技术优势与研究成果近年来，张磊博士在食品及农产品物理加工、工艺设计及优化、数值模拟等反面开展了研究工作，拥有扎实的专业知识，积累了丰富的实际生产经验。在食品及农产品物理加工技术、食品加工设备设计与制造、食品加工设计与工艺、数值模拟等方面。开展了系统研究工作，并取得了良好的实际应用效果。在利用超声波提取研究方面，基于多模式超声场，建立油脂得率氧化性与超声空泡脉动行为的关系，构建油脂的超声提取过程中的超声场作用机理，该成果发表1区SCI论文1篇。基于物理手段，实时在线监测超声物理场的作用过程并量化其效果，申请相关专利1件。具有一定的企业研究经历，曾经为张家港富瑞特种装备有限公司做过技术支持，帮助企业进行科技鉴定、申报各级项目，撰写专利4件。申请人所在的江苏大学科研团队打破我国超声波工作模式单一、超声波设备简陋落后的现状，在国际上首次提出设计“扫频与定频、脉冲与连续、多频与单频、顺序多频与同步多频、逆流循环与非强制流动、接触与非接触”等12种可以对比研究的超声波工作模式（表1），参与创新研制出可以实现上述工作模式的13台实验室研究用超声波设备。研制出了我国首台具有自主知识产权的扫频多频超声辅助酶解设备，设备在国内多家高校和研究机构使用，显著拓展了研究手段，大幅度提高了研究水平。研究成果“农产品加工多模式超声波系列设备创制及其应用研究”获得2013年国家机械工业科技进步一等奖。研制出2台工业化超声波设备，初步建立了“模块化标准设计，并联集成放大”的工业化超声设备设计新方法，克服了试验设备放大的难题，成功实现了多模式超声波设备在功能多肽制备和蜂胶黄酮等活性物质提取中的工业化应用。表1 自主研发的实验室研究、中试放大和工业化生产用超声波设备扫频多频超声设备工业化多频逆流聚能式超声波处理设备多频超声辅助发酵设备双频超声单元顺序三频发散式超声中试设备大功率棒式超声设备外部加装式超声设备三频接触式超声波设备扫频三频非接触式超声设备交替双频逆流温控超声设备单频逆流温控超声设备顺序三频发散式超声试验设备扫频式四频反应器单频定量逆流循环超声波中试设备单频逆流超声波试验设备申请人代表论文如下：1. Lei Zhang, Cunshan Zhou, Bei Wang, et al. Study of ultrasonic cavitation during extraction of the peanut oil at varying frequencies. Ultrasonics Sonochemistry, 2017, 37: 106-113. 2、企业（单位）拥有的研发基础（研发机构与设施情况、研发队伍情况、创新经费的来源与使用等）。（1）研发机构与设施情况江苏李工果蔬机械有限公司是一家集研究、开发、生产于一体的果蔬深加工专业机械设备的省级民营科技型企业；专业生产果蔬切割、清洗、选别、烘干等设备及成套生产线。现有注册资本1250万元人民币，固定资产6800万元人民币，厂区占地20000平米。现有员工68人，其中研发科技人员30人。产品覆盖全国各地区，并远销东南亚和欧美市场。科技创新是企业发展的原动力。公司本着“人无我有，人有我新”的发展理念，注重科技成果转化，注重新技术、新产品的研究与开发；与江苏大学、江南大学、南京野生植物利用研究院、新疆农科院等学术机构及意大利、新西兰等同行业企业建立了长期合作关系，为企业的可持续发展提供了丰富的信息和技术力量。公司与江南大学合作组建“江南大学&兴化李工食品机械研究所”。公司建有泰州市工程技术研发中心，江苏大学研究生工作站。经过多年的投入，研发中心拥有焊接探伤仪，精密粗糙度仪，大型剪切机，大型折弯机，等离子切割，激光切割仪等。原有厂房基础上，扩建一套厂房2500平米，形成了设计、试验、检测为一体的研发平台。（2）研发队伍情况公司历来注重研发团队的重要性，公司专门成立了变频果蔬清洗机的项目小组，公司的总工程师李工有着四十几年的机械行业的经验，其中研发中心高级职称8人，中级职称10人。主要试验技术骨干均为专业技术学校毕业。食品机械研究所 所长：崔政伟，男，1963年生。2004年江南大学食品科学专业，获工学博士学位（江南大学和爱尔兰国立大学联合培养）。现为江南大学机械工程学院过程装备与控制工程系教授，硕士生导师，现任中国机械工程学会包装和食品工程学会理事，中国轻工机械学会科学和教育分会秘书长。长期从事食品和农产品加工技术和装备的研究和教学工作，并有多年在工厂从事设备研制和开发的实际工作经验。参与主持承担“十五”国家重大科技专项项目“蔬菜汁产业化关键工艺技术研究和产品开发”中的子项目“南瓜渣和番茄籽的综合开发利用”的研究，2005年结题，通过江苏省科技厅组织的鉴定，鉴定结果为国际领先。主持承担2007年科技部863“食品低能耗联合干燥技术与设备”中的子项目“胡萝卜微波冷冻组合干燥”的研究，并主持了二十余项企业委托的横向项目研究，其中真空微波常温脱水生产固体蜂蜜糖果技术在安徽绩溪实施产业化示范，受到当地政府和企业的高度重视。已发表论文40余篇，其中SCI收录7篇，EI收录7篇，论文被29种SCI期刊引用次数达109次，其中他人引用次数96次，已申获国家发明专利三项。（3）创新经费的来源与使用本项目预算总投入资金150万元，主要来源于企业自筹和银行贷款（其中企业自筹资金100万元，银行贷款50万元）。其中80万元用于王蓓博士主持的变频清洗机的项目小组科研经费，70万元用于项目产业化生产的研发和检测设备 单位：万元序号设备数量型号用途经费1卧式折弯机1125T生产制作252焊接探伤仪1H345检测质量103等离子切割1HT260生产制作104数控铣床1CF250生产制作205变频检测仪1DF23-5检测质量5合计（万元）70四、竞争与风险分析。主要介绍同类研究的发展情况，创新工作面临的技术风险与市场风险等。1.竞争力分析多频超声脉冲强光果蔬清洗技术属于食品物理加工，符合我国绿色制造发展趋势，具有领先的技术优势；公司拥有先进的工艺装备条件，与国外同行相比，价格较低，成本优势明显；与国内其他生产企业相比，本项目产品涉及国内首创多频超声联合脉冲强光技术，具有同步高效清洗、杀菌、去除农残等显著优势，除此之外还具备可编程控制器与CAD/CAM元件，能够智能操控人机交互界面，本项目创新工作的竞争优势还体现在以下方面：（1）人才优势本公司拥有知识储备精良的研发科研团队，聘请江苏大学食品与生物工程学院王蓓博士为企业副总工程师，王蓓博士近年来在食品物理加工工艺设计、杀菌去除农残数值模拟方法等领域展开了系统的研究工作。具有扎实的专业知识背景与技术创新能力，所取得研究成果已在生产中得到应用，并取得良好效果。（2）性价比优势本项目产品可由本公司自主研制，制造周期短；产品节能节材效果显著，制造成本低，综合机械性能指标与国内外同类产品相比，定价合理，有明显的竞争优势。（3）产学研合作优势公司在产学研合作方面，始终瞄准综合实力和创新能力强的知名高校、科研院所、注重科技成果转化，注重新技术、新产品的研究与开发；与江苏大学、江南大学、南京野生植物利用研究院、新疆农科院等学术机构及意大利、新西兰等同行业企业建立了长期合作关系，为企业的可持续发展积聚了7K数据网丰富的信息和技术力量。2、风险分析（1）技术风险公司已从事食品机械开发制造近二十年，在果蔬加工机械，特别是设计及制造方面处于国内领先水平，拥有自己的技术团队。公司成立有“江南大学兴化李工&食品机械研究所”，并于2011年3月获得“江苏省名牌产品”荣誉称号。（2）市场风险从近5年产量和需求来看，果蔬清洗机最近几年增长势头良好，并有继续增加的趋势，这是因为市场对食品安全的需求非常强烈，而目前食品加工机械发展较慢，因此需求大于供给，（3）管理及技术团队风险公司积极改善和提高企业内部管理水平，积极导入成本管理，SS/TPM现场管理、精益生产及各项绩效考核管理模式及方法，培植企业文化，建设学习型企业，此外，公司通过积极引进行业专家人才与高校应届毕业生，已打造了一支专业技术过硬的研发团队。综上，本项目实施过程无技术、市场、管理及团队等方面的风险。五、工作计划。近3年的工作安排、各个阶段拟达到的目标和阶段性成果。1、第一阶段（2016年8月至2018年10月）基于多模式超声清洗技术，建立多工序清洗、杀菌、去除农药残留，多变量时间、频率、功率、照射强度的协调方法，确保生产的顺利进行，申请专利1-2项，实现销售收入300万元。2、第二阶段（2018年11月至2020年8月）在上述试验的基础上，进行超声机理的构建，实现原位实时在线监测超声清洗降解过程中蔬菜的品质变化。申请专利1-2项，发表高质量论文2-3篇，实现销售收入800万元。六、经济社会效益。分析创新工作和创新成果的经济效益与社会效益。 1、经济效益项目致力于开发多模式超声蔬菜清洗装备，项目达成后，可年产50台，年实现销售收入1000万元，利税200万元，市场占有率达20%以上。2、社会效益本项目技术处于国内领先地位，填补国内空白，清洗过程中不需添加清洗剂并且循环利用清洗液，无污染无化学残留，对于响应国家绿色环保加工技术的倡导有非常积极。食品超声加工技术在今后的食品工业中有很大的发展潜力，代表着食品工业一个新的发展趋势。