蛋壳多孔介质多场耦合传质机理研究

为了加快盐、碱、香辛料等化学物质向蛋内的传质速度从而提高盐蛋和皮蛋的腌制效率，综合应用高压脉动加压、加热、超声波、高压脉冲电场等物理措施改变腌制溶液和蛋壳中的应力场、渗流场、电场和浓度场，应用多场耦合理论，研究分析在多场腌渍环境，蛋壳半透膜内外及蛋壳多孔介质中物质渗透传质机理。主要包括高压脉动渗流场中半透膜两边液相离子渗透压及渗透阻力分析；温度场中分子热运动对渗透传质的影响；超声波产生的" 空化"对蛋壳多孔介质渗透的作用机理分析；高压脉冲电场中蛋壳膜"电穿孔"的作用机理及对蛋壳渗透传质影响因素分析；以及多场耦合作用下蛋壳半透膜内外及蛋壳多孔介质中物质运动规律和传质特性研究。利用自制多场腌渍罐方便的变量控制优势，通过处理措施下试验以及多种措施组合实施下多因数交互作用试验研究，验证机理分析并建立蛋壳中液体渗透传质模型和传质方程，优化禽蛋多场腌渍参数。

项目自2010年立项以来，投入该项目研究的教师4人，博士研究生2人，硕士研究生9人。至2013年12月，项目的主要研究任务已完成，达到了预期的研究目标，部分指标超过了预期研究结果。取得的主要成果：.（1）通过实验弄清了鸡蛋和鸭蛋蛋壳的物质组成、蛋壳超微结构，获得大量蛋壳超微结构显微照片，分析了蛋壳结构特征与渗透传质特性的关系；.（2）采用三坐标测量仪和蛋壳超声波厚度测量仪测定蛋壳形状参数，结合蛋壳超微结构，重构蛋壳三维数字化模型；.（3）采用有限元法和分形原理，分析了蛋壳应力、变形、温度场、渗流场、压力场的相互作用机理，弄清了蛋壳内外两边溶液离子的传质规律，模拟了渗透传质过程；.（4）进行了大量蛋壳渗透实验，用冰点渗透压仪测定在温度、浓度、脉动压力、超声波等物理环境变化下，蛋壳渗透传质量的变化规律；.（5）在基础研究理论指导下，开发出多场耦合禽蛋腌制罐，该设备已经过初试、中试，中试设备容量为10000枚鸭蛋/次，在风味基本不变的前提下，皮蛋的腌制从传统的30天缩短到8天；咸蛋的腌制时间从20天缩短到3天，且蛋黄和蛋清盐度更加均匀。.（6）试验得出应用脉动压力、加热、溶液循环、超声波处理和腌制时间的最佳组合和优化工艺参数。. 项目研发中，购买了冰点渗透压仪（德国）、超声波蛋壳厚度测定仪（以色列）、蛋壳强度测定仪（以色列）、自主设计制造了多场耦合腌制罐及基于单片机的自动化控制系统，充实了华中农业大学蛋品加工装备工程实验室，为团队开展禽蛋加工装备基础研究搭建了平台；研究团队得到巩固和发展，目前团队教师已达6人，在此项目申请获批之后，又有3人获得国家自然科学基金资助，在华中农业大学工学院各研究团队中名列前茅，目前从事该项目后续研究的博士生2人，硕士生4人；在该项目资助下，加强了与国内外同行的交流与沟通，邀请外国专家报告1次，出国参加国际会议1人次，协助主办了第十一届中国蛋品科技大会（2013年11月，武汉）；. 项目基础研究和试验成果共发表SCI收录论文1篇，EI收录论文9篇，其它论文2篇（均标注国家自然科学基金资助）；应用成果申请国家发明专利9项，其中授权6项；培养硕士研究生5人（均已毕业，论文研究内容为本基金资助）。