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基于CH32V307天然色素提取工藝改進

2023-02-28 13:26 作者:zeshoufx 0人讀過 | 我要投稿

基于CH32V307天然色素提取工藝改進

1、天然色素及提取

天然色素(NaturalPigments)的開發(fā)與應用己成為各行業(yè)科技工作者普遍關注的課題。人們試圖從各種動植物資源中獲取天然色素，同時探索其生理活性，來緩解并解決由合成色素所帶來的各種問題。但是由于天然色素色澤不穩(wěn)定，在其使用過程中容易受各種因素(如光照、溫度、氧化、pH值、介質極性、金屬離子、添加劑等)的影響而發(fā)生褪色、變色等方面的變化，而影響其著色效果，嚴重制約了天然色素代替人工合成色素的進程。現(xiàn)代天然植物色素的提取方法可分為溶劑提取法、熬煮法、酶反應法、超臨界萃取法、壓榨法、粉碎等方法。植物色素提取設備現(xiàn)場如圖1所示。

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圖1植物色素提取設備現(xiàn)場

2、天然色素提取工藝特點及關鍵技術

天然色素提取，現(xiàn)場采用的方法是萃取提取，在各儲料罐頂部需要進料、進水、進酒精，底部需要出料，包括最終的色素、水，其中酒精可能需要重復使用。因此儲料罐鏈接的各個管道及閥門需要合理的控制，在保證質量的前提下，節(jié)約用料也是重點考量的一個要素。

目前現(xiàn)場工藝的主要特點包括：1、各種加料工程全部是人工完成，有經驗的工人來完成調節(jié)閥門，期間不定時通過觀察窗查看現(xiàn)場各步驟結果；2、出料品質由人工觀察提取，并送研究院化驗，取樣和化驗周期長，很難獲取符合標準質量的色素；3、部分色素需人工品嘗后來決定其品質，主觀因素影響較大。

關鍵技術：通過開發(fā)一種識別色素特征的終端設備，將特征參數(shù)識別出來后發(fā)送到后臺，后臺系統(tǒng)通過標定，并與研究院化驗數(shù)據(jù)進行對比，PLC控制系統(tǒng)根據(jù)終端設備的數(shù)據(jù)，控制管道閥門的開關，同時控制儲料罐溫度和氣壓。

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3、原理實現(xiàn)

現(xiàn)場設備主要提取6種天然植物色素，現(xiàn)場每種色素的顏色差別較大，并且同一種色素在每個工藝過程中，顏色差別也較大。因此可以通過識別不同工藝下的色素顏色RGB分量，通過標定在不同RGB分量值下，對應研究院化驗的結果，可得到各色素質量較好且經濟的控制?，F(xiàn)場的現(xiàn)場胡蘿卜素在兩個工藝下的顏色如圖2所示。

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4、硬件設計及傳感器

樣機硬件采用CH32V307VC單片機，小批量量產采用CH32V303CB單片機和ARM單片機GD32F303CC，這里主要以CH32V307VC開發(fā)板效果介紹。樣機硬件和量產硬件如圖3所示。

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其中主要的顏色識別傳感器為歐姆龍的B5WC系列，價格1200RMB左右，采用IIC協(xié)議進行通信。B5WC型設備內置專用顏色傳感器由裝載了PD(光電二極管)來檢測以具有可見光寬波長區(qū)域的白色LED為光源、以紅:Red、綠:Green、藍:Blue共三種光原色為受光元件的各波長區(qū)域光的RGB光電IC、光學透鏡、裝載了MCU的內部電路等專用元件構成。此外，即使檢測距離發(fā)生變化，RGB比率也幾乎保持不變狀態(tài)，這也是顏色傳感器的另一大特色。以下表示檢測距離發(fā)生變化時的顏色傳感器的受光輸出、以及受光輸出比率。顏色傳感器也是一種反射型傳感器，所以RGB受光輸出值也會根據(jù)檢測距離的變化而發(fā)生變化，但RGB受光輸出比率幾乎不變。這是因為除了檢測物體的反射光量以外，還會檢測反射光中所含R/G/B各波長成分所致。因此，即使與檢測物體的間距各異并發(fā)生變化，也可穩(wěn)定辨別檢測物體的色差。傳感器實物圖及與單片機連接分別如圖4和圖5所示。