《生物技术在生产发酵笋中提升产品品质的研究与应用》

项目技术研究报告

一、 项目研究的目的和意义

传统上加工发酵笋为自然接种，发酵过程长，产酸时间滞后，势必有一些杂菌同时繁殖，对产品的安全性有一些不利的影响，发酵笋的合格品率低，产品品质较差，限制了发酵笋的发扬光大，同时也限制了竹笋加工产业的发展。竹笋经过乳酸发酵乳酸含量达1.5%以上，在密封条件下这种酸度足以抑制其他腐败微生物繁殖，可以根据天气情况进行后续干制处理，这样产品加工更具灵活性，能源消耗也较低；另外经过发酵、干制、复水等加工处理，产品的韧性、色泽、脆度的品质特征更加突出，深受消费者的喜爱。此外发酵笋可直接作为餐饮业的配料做特色美食。

现代生物技术对传统食品加工业的改造方面的应用已经取得了可喜的进步，在蔬菜加工中人工接种优势菌种进行发酵已经有成功的案例，虽然竹笋发酵上还没有采用，但已经具备成熟的理论基础，所以人工接种乳酸菌发酵生产发酵笋这种应用创新是可行的。食品的安全性是中国食品行业首先要解决的问题，也是关系国计民生，社会和谐所必需的。应用人工接种乳酸菌发酵生产发酵笋是提高发酵笋安全品质，降低产品生产成本，促进产业升级，实现产业可持续发展所必需的。

本项目的实施将祛除发酵笋的异臭味，极大地提高发酵笋的品质，显著提高发酵笋的合格品率，合格品率最高可达85%，降低清水 1

发酵笋的生产成本20%以上，增强清水发酵笋的市场竞争力，可实现年销售收入2000万元以上，利税180万元左右。同时，笋农通过掌握发酵笋的初加工技术，可以自制发酵笋出售给加工企业，提高原料附加值，增加笋农收入，从而有力地促进笋竹产业的发展，巩固国家退耕成果，协助政府解决三农问题。

二、项目研究的计划指标

（一）、主要技术指标

1、产品标准：Q/74227333-1.5-2008

2、总酸（以乳酸计）含量：≥1.8%；

3、挥发性盐基氮（TVB-N）：≤0.05mg/kg；

4、可发酵性糖（以葡萄糖计）含量：≤0.05g/100g

（二）主要经济指标

发酵笋的合格率由现在的60%提高到85%以上，清水发酵笋产品的生产成本降低20%以上。增强清水发酵笋的市场竞争力，项目研发成功后，可实现年销售收入2000万元以上，利税180万元左右。

三、项目研究的准备情况

（一）、公司经营层高度重视创新项目的申报、实施，公司在08年2月成立了以总经理陈让斌为组长的项目领导小组及确定以生产技术副总经理曹宇为组长，技术顾问曾泽生为副组长的技术创新实施小组，刘光华为项目管理小组组长，并明确相应小组成员职责。

（二）、20xx年2月—3月，技术创新实施小组与成都锐新科技公司密切接触，针对该项目的技术难点找专家进行咨询；项目管理小组 2

同时就项目管理方面的知识积极向县科技局相关领导与专家请教。

（三）、20xx年3月技术创新实施小组一方面紧张地进行技术方案研讨，另一方面也积极采用多种渠道购买几种单一、纯化的试验菌种。

（四）、20xx年4月在技术方案定型后公司投入资金购置试验的仪器、设备，同时进行硬件设施的建设。

四、项目研究的方法和过程

（一）、对传统发酵竹笋中的乳酸发酵微生物进行区分并确定优势细菌。

08年3月，技术创新实施小组集中技术力量，耗用20天的时间，在微生物专家的指导下，对传统发酵笋进行10倍、100倍、1000倍的稀释、培养，借助电子显微镜观察微生物的形状，菌落生长形态。这样反复6次，逐渐从传统发酵竹笋中筛分出噬热乳链球菌、保加利亚乳杆菌、植物乳杆菌和嗜酸乳杆菌等4种乳酸发酵细菌，以及2种100万级/克的优势菌：植物乳杆菌和嗜酸乳杆菌。

（二）、将几种工业化且商业化的乳酸发酵菌种配伍试验，确定最适配伍组合。

技术创新实施小组对噬热乳链球菌、保加利亚乳杆菌、植物乳杆菌和嗜酸乳杆菌进行两种或3种菌株不同组合麻竹笋笋汁发酵试验，以38℃、24小时繁殖观察细菌数量、产酸量作为选择目标菌的考量指标，经过9组配伍试验，对比发现确定了植物乳杆菌和嗜酸乳杆菌的组合产酸量达到0.21%，是最优的。然后再 3

将植物乳杆菌和嗜酸乳杆菌比例以1∶1、2∶1、1∶2、3∶1、1∶3进行接种发酵，分别在接种后2小时、4小时、8小时、16小时24小时测定1毫升发酵液的菌落总数和乳酸含量。最后确定植物乳杆菌和嗜酸乳杆菌组合比例为1∶3能很好的发挥微生物的作用。

（三）、菌种逐级扩大培养，扩繁代数的确定。

细菌如果大剂量的添加即直接活化后添加势必会增加生产成本，但扩繁代数过多，菌种会变异退化，发酵力降低。通过一级、二级、三级扩大培养，分别接种发酵，7天时间后检测笋汁的乳酸含量。在保证发酵力的前提下可适当增加扩繁代数，从而降低菌种成本。经过试验，菌种以3%的添加量接种在竹笋汁中，保温38℃，每2小时扩繁一次，经过3次扩繁后细菌的发酵力尚可。

（四）、用正交试验的方法确定生产菌种的接种比例、接种温度、发酵温度、发酵时间等发酵工艺参数。

20xx年4月至6月，技术创新实施小组对接种比例、接种温度、发酵温度、发酵时间四因素，经过长达50天接种、发酵10多种不同的组合的正交实验，经过比对分析，以接种量2%、接种温度36℃～40℃、发酵温度30℃～40℃、发酵时间7天～10天与其他组存在显著性差异，故而确定了发酵工艺参数。

（五）、中试采用接种发酵和传统发酵对照，比对发酵时间、发酵程度、产品合格率、产品加工成本。

在小试取得成功的基础上，技术创新小组20xx年竹笋收购尾期时， 4

投入毛笋25吨，菌种2kg，人工260个工时，开展发酵竹笋的中试，同时也投入2吨净笋采用传统发酵工艺生产，进行相关数据的采集与对比。经过试验，人工接种细菌发酵的竹笋10天后酸度达1.82%、挥发性盐基氮（TVB-N）0.008mg/kg、可发酵性糖（以葡萄糖计）含量0.02g/100g，加工出合格发酵笋干300 kg，发酵笋干的成品合格率为96.3%；而传统发酵的竹笋，发酵15天后，酸度仅1%，挥发性盐基氮（TVB-N）0.045mg/kg、可发酵性糖（以葡萄糖计）含量0.31g/100g，最后加工出发酵笋干83 kg，其中合格笋干53 kg，发酵笋干的成品合格率为63.9%。由此可见中试的技术指标都达到设计目标。

五、项目研究的结果

20xx年6月前就完成了发酵菌种的筛选、确定了扩大培养方案； 6月下旬成功完成本研究项目小试；20xx年7月制定一套清水发酵笋加工作业指导书，制定并备案清水发酵麻竹笋产品企业标准一个 ，7月中旬完成本研究项目的中试，发酵麻竹笋的产品合格率达到91%；20xx年8月上旬将清水发酵笋加工作业指导书对5户加工协作户进行了培训，及时投入生产设施与资金，至20xx年12月，公司应用本研究项目的技术共加工发酵笋3000余吨，顺利实现500吨发酵麻竹笋干加工。

六、项目研究存在的问题与讨论及进一步深化

（一）、存在的问题与讨论

本项目的核心是利用生物发酵技术生产加工发酵笋原料，技术含量较高，菌种的利用直接影响品质和产量。在技术推广过程中，该技术受菌种数量、周边环境及笋农或业主掌握加工工艺的程度和市场对 5

发酵笋原料需求等影响较大。为此，公司将从以下几方面采取措施，解决制约该技术推广的瓶颈问题。

1、加大科技投入，提高发酵菌种数量。

公司将充分发挥自有科研技术优势，加大该项目的技术资金投入，新增菌种培养设施，增加科研人员，严格按照菌种配伍要求，配伍生物发酵菌种。建立菌种培养、使用台帐记录，跟踪菌种使用情况，为广大笋农提供符合要求的生物菌种，为项目技术推广创造条件。

2、加强对笋农和加工业主的技术指导。

采取分发技术手册、集中培训、重点帮助等措施，从菌种保存、使用、原料处理量、时间周期、发酵检测、密闭要求、起池注意事项及制作过程中对工具、水质、风向等各个环节进行系统培训，让笋农和加工业主真正掌握发酵笋原料加工技术，以保证发酵笋原料质量，提高收得率。

3、拓展两个市场，提高发酵笋原料产量。

一方面增加公司生产技改投入，提高公司自制发酵笋原料和加工发酵笋产品的能力，带动笋竹食品加工企业使用发酵笋原料制作技术和产品加工技术，提高发酵笋原料产量；一方面努力开发发酵笋产品市场，提升市场对发酵笋产品的需求，促进发酵笋原料的生产。

（二）、项目研究的进一步深化

项目虽然已经通过验收并投入应用，但针对生物菌种这一核心技术，公司课题组将随时跟踪该技术推广应用的情况，不断探索生物技术在发酵笋原料以及其他笋竹原料上的应用，从七个“统一”，两个 6

“及时”和一个“标准化”着手，即：统一培训、统一蒸煮设施、统一提供菌种、统一提供发酵包装袋、统一提供小型真空泵、统一加工指导、统一回收再加工；及时提供冷藏的生产菌种、及时回收再加工；制定标准化加工流程、操作方法和量化技术指标。通过七统一、两及时和一个标准化，实现原料加工标准化，以推进麻竹笋产业发展，让广大笋农走向富裕。

四川省富顺锦明笋竹食品有限公司

二零一一年二月十四日

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第二篇：技术研究报告

技术研究报告

课题编号： 

课题名称：潍柴用WP7高性能柴油机活塞设计与制造

申请鉴定单位：

申请鉴定日期：

一、国内外同类技术的背景材料

汽车工业是我国国民经济的重要产业,近几年汽车工业在跨越式发展，随着国内外对重型卡车和大型工程机械需求的进一步扩大，柴油发动机正在向高负荷、高功率、高强度化方向发展，这对活塞本身的性能提出了更高的要求。

活塞是发动机上的关键零部件，被称为发动机的“心脏”，不但要满足发动机各项性能指标要求，同时还要承受交变的机械负荷和热负荷;活塞特别是高性能活塞已发展成为高技术含量产品。

为满足市场的需求和自身发展的需要，潍柴动力集团在广泛市场调研的基础上，依托公司强大的技术力量，将WP7系列柴油机作为重要战略项目提出，并进行全新设计开发，满足市场的需求，扩大国内市场占有率。

该发动机为废气涡轮增压中冷、直列、六缸、水冷、高压共轨、四冲程柴油机，该机结构紧凑、动力强劲、经济性好、排放指标欧Ⅳ，主要配套于中型载货车及工程机械车辆。在该发动机设计过程中，广泛吸收了当今先进设计理论及方法，总体设计水平先进，燃烧过程组织合理，排放达到欧Ⅳ标准，符合我国排放法规的要求，市场前景十分广阔。

WP7-35活塞是与该机型配套的新型柴油机活塞，作为发动机的关键零部件，活塞环槽设计采用先进的三环槽结构，第一环槽将采用镶有耐磨镶圈的双梯形槽，能有效防止因高温下机油碳化结焦引起的活塞环卡滞、折断，使活塞环保持良好弹性及密封性，提高整机工作可靠性，耐磨镶圈由高镍奥氏体铸铁制成，增加了环槽的耐磨性，使活塞的使用寿命提高了1.5倍，降低了用户的使用成本；头部外圆采用大间隙锥体，对降低机油消耗和密封燃气具有很好的作用；裙部为中凸椭圆型面，使活塞在工作状态时与缸套配合间隙合理、便于润滑油膜的形成；活塞裙部表面石墨化处理，减少了活塞摩擦损失，裙部导向性得到了改善；活塞采用内冷腔结构能够迅速的传递热量，降低了活塞的热负荷；活塞销孔采用异形曲面设计进一步降低了销座应力峰值，提高了活塞销孔的承压能力。这些措施同时提高了发动机工作可靠性。材料为性能优良的共晶硅铝合金材料BH135+。以上活塞新技术的应用使发动机运转平稳、油耗低、噪音小，可靠性高，完全适合当前重型载货车、工程机械发动机的需求，市场前景十分广阔。

二、技术方案论证

三、技术特征

1.1WP7-35活塞方案设计

本项目为我公司和潍柴动力集团联合开发，针对WP7系列柴油机的性能要求及活塞的设计参数，参考国内外先进的活塞设计理论和经验，我公司在活塞的结构优化及型面设计方面进行了全新设计。

① WP7发动机性能参数：

型式：直列、增压水冷、四冲程、六缸、高压共轨

缸径X冲程：108X130

活塞总排量：7.14L

压缩比：16:1

标定功率/转速：220(KW)/2300(r/min)

最大扭矩/转速：1100(N.m)/1700(r/min)

② 活塞主要技术参数

活塞总高：110.1mm

压缩高：71.2±0.03mm

裙部外圆椭圆长轴最大尺寸：107.89±0.009mm

销孔直径：Φ44（+0.012， +0.006）

材料：BH135+

1.2WP7-35活塞的结构设计：

1.2.1燃烧室形状的设计：

根据发动机欧Ⅳ排放要求，为保证燃油与空气的充分混合与燃烧，燃烧室形状由普通的ω缩口形改为欧四排放燃烧室结构，并且燃烧室中间部分凸起，使空气与油束混合更加合理，提高了空气的利用率。

1.2.2活塞冷却方式的设计：

随着强化程度的提高，活塞的冷却也需要不断的增强。目前，当单位面积功率Pf＜0.3Kw/cm2时，采用内腔喷油冷却，当Pf＞0.3Kw/cm2时,主要采用内冷油腔振荡冷却。WP7-35活塞的单位面积功率为0.40 Kw/cm2，所以，选用内冷油腔振荡冷却方式。

该活塞采用内冷油道设计后，导热性好、能够迅速的传递活塞所吸收的热量，有效降低了活塞的热负荷。

1.2.3润滑油导流方式：

普通柴油机活塞油环刮下的润滑油一般经由与内腔相通的回油孔泄油，对于WP7-35高强化柴油机活塞，考虑到冷却油量的增加，取消原先的内腔回油通孔的设计，采用面窗外部回油，即在销座外侧铸造有凹面面窗，此结构可以使油环挂下的润滑油迅速回流油底壳，也有减轻活塞重量的作用。

1.2.4活塞材料的研制

随着发动机强化程度的提高，传统的共晶铝硅合金材料的强度已显得不足，特别表现在高温强度。目前各主要活塞生产厂家正在积极开发利用高性能的铝硅合金材料，在高温条件下具有更高疲劳强度，同时经过长时间工作后仍保持优良的尺寸稳定性。我公司新研制开发的BH135+材料，其高温强度、热疲劳强度与普通材料相比可提高25%左右。

1.2.5活塞头部截面形状

WP7-35活塞的头部设计成导热良好的“热流型”，既根据活塞的热流通路，采用大圆弧过渡，以增加从顶部到裙部的传热截面，从而将头部热流迅速传出，使活塞的头部温度得到降低。

1.2.6异性销孔结构设计

为降低销孔内侧上缘比压，防止该处应力集中而疲劳损坏，同时也为了增加销孔的储油能力，将WP7-35销孔设计成双喇叭形结构（如下图所示）；

1.2.7活塞裙部表面处理

为了提高活塞裙部的磨合初期抗拉缸能力，在裙部外圆进行印刷石墨处理，石墨层厚度0.01-0.02mm。

1.2.8活塞裙部纵向型线的设计

据超越函数理论，工作状态下活塞裙部将转化为柱形，若使活塞在热膨胀后纵向型线不是一条直线而是一中凸的桶形曲线，这样在裙部表面与缸套之间形成一楔形油隙，则不论活塞运动方向如何，由于高速运动产生流体动力效应，使壁面间油压升高，并使两壁面为油膜分开，实现流体动力润滑效果，从而降低摩擦损失，并且活塞在下行过程中，裙部下半段油楔内产生较高的油压效果，将有助于活塞保持好的稳定导向作用。

1.2.9活塞裙部横向截面设计

活塞裙部椭圆度与发动机缸径、侧压力、强化程度、活塞材料和裙部壁厚等有关。WP7-35设计为椭圆度为0.35-0.40的横向变椭圆形面，通过合理的椭圆设计，使活塞横向设计成均压横向形线，既在65°-100°范围内变形后的摩擦面的曲率半径与缸径接近，实现均压接触，侧压力均匀分布。

1.3活塞结构强度分析

在研制阶段确定活塞寿命的方法主要有两种：台架试验和计算。由于影响活塞寿命的因素很多、而且复杂，实际寿命的离散度非常大，要通过台架试验结果总结在各种条件下受热件的寿命及其分布规律，需要做大量、长时间且复杂的寿命试验。因此对于活塞疲劳寿命的仿真分析软件的应用越来越受到产品设计人员的关注。

(1)有限元计算：通过有限元计算，确定活塞的温度场、热-机耦合的应力场、活塞各部位的变形量，再应用后处理程序，计算出活塞的疲劳寿命和安全疲劳系数，保证活塞设计的可靠性。在活塞设计阶段使用有限元分析和疲劳评价技术，设计人员可在活塞样件制造之前预测出活塞寿命，进行结构优化设计，将显著缩短活塞推向市场的时间、提高产品可靠性、降低活塞研发费用。

(2)活塞在气缸内的动力学分析：通过活塞动力模拟计算分析，计算出活塞在气缸中的翻转角度、上止点换向对气缸的敲击动能，模拟计算出发动机的机油消耗和漏气量。

1.4铸造毛坯工艺研究

1.4.1液体铝合金配制

外购合金铝液经过成分调整后直接用于活塞生产，避免二次熔化 ，既可保证铝水质量的稳定，又能达到良好的节能效果。

1.4.2活塞合金铝液熔炼

成分调整、合金液变质使用工频炉，通过电-磁实现升温和搅拌，材料均匀，变质充分，年生产合格铝液3.5万吨以上。

1.4.3活塞合金铝液精炼

铝液精炼采用氮气-氯气旋转除气法，氮气、氯气流量压力可控，除气、除渣彻底干净，保证铝液清洁。

1.4.4毛坯浇注

公司自制的QZ130A、QZ130B、QZ110等系列浇注机均可用于柴油机活塞毛坯的生产。其中， QZ130A为半自动浇注机，是公司生产柴油机活塞毛坯的主要设备； QZ110为我公司自行研制的一机两模、正立式倾转全自动浇注机，该机型是公司柴油机毛坯浇注自动化的重点机型； QZ130B为QZ130A的改进型，主要用于压力铸造活塞毛坯的生产。

1.4.5内冷油道冲洗

自动6工位盐芯冲洗设备，能够实现循环水冲洗、清水冲洗、高压空气吹干自动定时并切换。每只冲洗完的活塞都要进行内冷通道滚钢球检验，保证每只活塞内冷通道畅通。

1.4.6活塞热处理

先进的活塞时效热处理自动生产线，炉温均匀性±2℃，炉子温度和保温时间PLC自动控制，能够实现自动进炉和出炉，保证了活塞的稳定性。

1.5活塞机加工生产

本活塞机加工选用了专门进行小批量、高精度活塞加工的生产线。生产线为2010年整体新上线，人员均长期从事小批高精活塞加工。环槽、燃烧室、顶面、外圆、销孔的精加工均采用超硬材料刀具，确保严格的公差要求与高精的表面质量。

本活塞机加工工序：钻销孔→粗车止口→粗车外圆及顶面→内冷通道探伤→精车止口→粗镗销孔→钻内冷通道孔→精车环槽及半精车外圆→半精镗销孔→车挡圈槽及外口→车销孔内倒角→精车顶面、精车燃烧室→精镗销孔→精车外圆→去毛刺

1.5.1活塞质量控制点-精镗销孔

该工序为关键工序，主要控制点：销孔直径、圆柱度、偏移、压缩高、对外圆垂直度、异形销孔型线。

1.5.2活塞质量控制点-精车外圆

该工序为关键工序，主要控制点：外圆基准尺寸，椭圆长轴相对销孔中心线的最大偏移、外圆型线及椭圆；一槽下侧面倒角。

1.5.3活塞质量控制点-内冷油道探伤

用于检测活塞内冷油道缺陷检测，也可用于镶环内侧面与与铝基体结合缺陷的检测。

1.6表面处理生产

用全自动高压清洗机对活塞表面进行清洁，清洁活塞粘附的铝屑或油迹。

应用最先进的自动印刷机对活塞裙部进行石墨化处理。

对印刷完石墨的活塞加温固化，以保证石墨层与活塞本体的粘结强度。

1.7成品最终检测

最终检验对销孔直径、外圆大点等重要特性以及、标识、二维码、印刷层、表面质量进行100%检验，确保活塞的高质量交付。

1.8温度场试验

把装入硬度塞的活塞装入发动机，参照规范制定磨合步骤。拆检发动机，从经自然冷却的活塞中取出硬度塞，然后通过显微硬度计测量硬度塞顶面的硬度，每个硬度塞测量4个点，取其平均值作为测量结果。通过测试WP7发动机稳定工况下WP7-35活塞表面温度分布，为活塞改进设计、数值模拟分析提供依据。

四、总体性能指标与国内外同类先进技术的比较

1、活塞新材料研制

WP7-35活塞用国内独有的BH135+材料，其高温强度、热疲劳强度与普通材料相比可提高25%左右。

2、欧Ⅳ燃烧室结构设计

燃烧室形状由普通的ω缩口形改为国际先进的欧Ⅳ排放燃烧室结构，并且燃烧室中间部分凸起，使空气与油束混合更加合理，提高了空气的利用率。

3、应用内冷油腔冷却活塞头部

该活塞采用国际先进的内冷油道设计后，导热性好、能够迅速的传递活塞所吸收的热量，有效降低了活塞的热负荷。

4、活塞内冷探伤技术

购进活塞内冷油道超声波探伤设备，技术国际先进，对内冷通道的检测快速有效。

5、主要技术指标

A、活塞主要技术参数

活塞总高：110.1mm

压缩高：71.2±0.03mm

裙部外圆椭圆长轴最大尺寸：107.89±0.009mm

销孔直径：Φ44（+0.012， +0.006）

材料：BH135+

B、BH135+材料性能

硬度：105-135HBW

体积稳定性：≤0.025%D

常温抗拉强度：≥200MPa （20℃）

高温抗拉强度：≥83MPa （300℃）

C、WP7-35活塞的单位面积功率为0.40 Kw/cm2，所以，选用内冷油腔振荡冷却方式。

D、WP7-35活塞的头部设计成导热良好的“热流型”，以增加从顶部到裙部的传热截面，使活塞的头部温度得到降低。

E、自主开发出高压冲盐芯设备，并快速投入使用，使盐芯冲洗工作快速有效，保证活塞内冷油道的畅通。

F、活塞采用铸淬工艺，节约成本；活塞时效处理自动化，保证了活塞性能的稳定性。

G、引进超声波探伤技术，研究出内冷油道位置标样和缺陷标样，对活塞内冷油道的安全性严格把关。

五、技术成熟程度、

本项目实施开始，通过在原有技术基础上优化设计活塞结构，应用最新的活塞铸造工艺、合理的机加工工艺、先进的表面处理技术、自主研发设计的内冷油道冲洗机，引进内冷油道超声波探伤机，目前已在公司其它产品推广应用。到目前公司生产活塞5.5万只，销售收入425万元 。

六、对社会经济发展和科技进步的意义

WP7-35高性能活塞设计开发，大大提升了我公司批量生产高附加

值产品的产业层次，进一步巩固了我公司活塞研发生产在国际国内的地位，促进了产品结构、技术结构调整，加速了自主品牌的推广，打破了国外产品的垄断。

七、推广应用的条件和前景

高性能活塞的设计开发符合国家产业政策，是国家、省、市重点支持的发展领域；有利于传统的活塞制造领域的产业化升级，对地方经济和产业结构调整具有积极的意义，对促进人员就业、社会稳定和保护环境具有重要的意义。