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李法德:加大科研创新力度 发展农业机械与装备

文章来源:中国科技新闻网   文章作者:本站编辑   更新时间:2017-03-14    

  农业机械与装备、农产品加工机械与装备以及园艺机械与装备是提高农业生产效率、增加农产品附加值、提高农产品科技含量的重要助手。在这个领域,我国有无数学者倾注了大量的心血,实现了全方位、立体化的创新,为农业产业化发展贡献了不可磨灭的贡献。山东农业大学李法德教授就是其中的一位。李法德教授从上世纪80年代起便开始农业机械方面的教学和研究。30多年来,他参与和主持了多个项目,获山东省科技进步一等奖1项、三等奖2项;获山东高校十大师德标兵提名奖、山东农业大学教学名师奖、山东农业大学十大师德标兵、山东农业大学师德先进个人、山东农业大学第五届学生心目中优秀教师等荣誉称号多项。

  业内翘楚多项目实现突破

  李法德,工学博士,教授,博士生导师;山东农业大学“1512工程”第二层次教授;中国农业工程学会农产品加工及贮藏分会常务理事会常务理事;全国农业机械标准化技术委员会畜牧机械分技术委员会(SAC/TC201/SC3)委员;中国草业学会草业机械专业委员会常务理事;国家饲草料生产科技创新联盟理事会理事、专家技术委员会委员;中国农业机械学会畜牧机械分会第七届委员会委员;《农业工程》杂志第一届编辑委员会委员;担任《农业工程学报》、《农业机械学报》、Journal of Food Engineering、Innovative Food Science and Emerging Technologies、Journal of Agricultural Science and Technology、The journal of Horticultural Science & Biotechnology、Applied Engineering in Agriculture和Food and Bioprocess Technology: An International Journal、等多家国内外知名学术期刊的审稿人。

  李法德教授的主要研究方向包括:新型智能化畜牧(蚕桑)机械装备的优化设计与开发,新型智能化农业机械装备的优化设计与开发,农产品(食品)加工工程新技术以及畜牧机械、农产品(食品)加工标准化研究等。截至目前,他率领的团队已经完成国家和省部级多项重大课题,其中包括:主持完成“十一五”国家科技支撑计划子课题:智能化变量个体补饲设备的研究与开发(项目编号:2006BAD11A0904);经专家鉴定,达到国际先进水平,并获“十一五”国家科技支撑计划《多功能农业装备与设施研制》重大项目突出贡献奖;主持完成留学归国人员基金项目:豆浆通电加热过程中电极表面污垢形成机理研究;奶牛精细饲养工艺流程关键技术设备的优化设计与开发(863子专题:2003AA209050-5);主持完成山东省自然基金项目:通电加热对食品物料电导率及其质量的影响(Y2003.B01)和通电加热中电场条件对豆浆营养价值影响的研究(ZR2011CM028);主持完成948项目子课题:农业用复极连续式电生功能水生成系统关键技术的引进(2009-Z38);主持完成十一五国家高技术研究发展计划(863)先进技术领域《秸秆收集固化成型关键技术及装备》重点项目“棉花秸秆收获技术与装备技术研究”子课题:低茬收割技术与部件试验研究(2009AA043601-2);国家自然科学基金面上项目:通电加热(欧姆加热)对豆浆品质的影响机理研究;工信部行业标准制定项目:智能化奶牛精料变量补饲机;等等。目前正在进行中的重大课题包括:主持“十三五”国家重点研发计划课题:饲草料作物收获机械关键装置的可靠性研究(2016YFD0701701)和山东省现代农业产业技术体系蚕桑产业创新团队设施与机械岗位专家(SDAIT-18-06)等。

  智能化补饲机国际领先

  

  奶牛脖子上佩戴了无源射频识别卡,当它需要采食精饲料时,就通过设在门禁栏杆正前方的射频读卡器识别身份,确定身份后,栏杆自动开启,同时智能化精料变量补饲机开始工作,将因牛而异的配方精饲料排入喂饲槽,奶牛进来采食精饲料,栏杆落下,挡住后面的奶牛。一头奶牛采食结束,从侧门出来,另一头排队等待的奶牛,又通过射频读卡器到补饲机前采食。

  这是我国首台具有自主知识产权的9WZB-4型智能化奶牛个体精料变量补饲机。该机主要由奶牛佩戴的无源射频识别卡、柱式控制台、围栏门禁装置和主机等部分组成。由李法德教授带领团队的科研人员,在国家“十一五”科技支撑计划子课题“智能化变量个体补饲设备研究与开发”项目经费资助下,用3年时间研制了该机。2010年5月山东省科技厅组织多名专家对该成果进行了检定。鉴定委员会一致认为:该设备经用户使用,成本低,效果好,经济效益显著,具有重要的推广应用价值。该研究技术路线合理,研究方法先进,技术数据可靠,鉴定委员会一致认为,该研究总体达到了国际先进水平。

  目前我国规模化奶牛养殖多采用TMR技术,而国外先进国家采用PMR技术,也就是在TMR的基础上,根据奶牛个体产奶量及其体况的差异,在进行精料补饲。我国奶牛存栏量1460万头左右。如果采用人工奶牛个体精料补饲,不仅劳动强度大,而且还难以做到根据奶牛差异实现个体配方饲养。采用该项成果后,可以根据每头奶牛的产奶量、采食量等因素,对不同的奶牛个体进行差异化、自动化、智能化精准补饲,也可显著提高奶牛单产,每公斤牛奶饲料成本也明显下降。因此,李法德教授研发的智能化奶牛个体精料变量补饲机具有广阔的推广应用前景。

  欧姆加热保证豆浆品质

  通电加热(Ohmic heating,也称欧姆加热)对豆浆品质的影响机理研究是李法德教授近期完成的重要课题之一。

  豆浆的热处理是传统豆制品生产的重要环节,传统的热处理多采用燃煤(气)锅炉产生的高温蒸汽作为热源,随着“节能减排”国策的实施,燃煤锅炉的使用将受到制约。通电加热技术具有加热均匀、无传热面、易控制和环境友好等诸多优势,被称为食品加工最具发展潜力的热处理技术之一。在日本、欧美等发达国家该技术已被广泛应用于食品加工中,国内也进行了相关得研究,但在商业化应用方面显著滞后于国外发达国家。



小型连续式通电加热系统

  在该项目中,李法德教授团队通过对电极污染物微观成分及电极表面的分析,阐明了通电加热过程中电极污染的机理,并探索了加热过程中影响极板污染的不同因素,同时利用阻抗分析仪研究了豆浆的阻抗特性和蛋白质在通电加热极板上的粘附机理与降低粘附规律,发现提高电源频率会有效抑制豆浆在电极表面的粘附污染。研究发现,当电源频率在300 Hz~300 kHz范围内时,极板表面基本没有豆浆的粘附污染。该项目所提出的抑制极板腐蚀的方法在豆浆的通电加热中具有通用性,且为其他富含蛋白质液体食品的通电加热过程中的极板污染问题提供了理论基础。团队同时也研究了不同通电加热条件(电压、频率、电极材料、加热室形态等)对豆浆营养品质的影响,包括通电加热对豆浆电导率、对豆浆中抗营养因子如胰蛋白酶抑制剂、脲酶和脂肪氧化酶的失活与钝化等的影响机理,对植酸和其他微量元素含量含量变化的影响规律等。研究发现,与传统的加热方法相比,通电加热对豆浆中胰蛋白酶抑制剂、脲酶和脂肪氧化酶的失活与钝化均有促进作用;并且发现,通电加热条件下温度约为60 °C时,豆浆中的植酸含量最低(11.21 mg/g干物质),且在低温段,利用通电加热方法加热豆浆时的植酸含量显著低于利用传统加热方法加热豆浆时的植酸含量,其原因可能是植酸在豆浆中的存在形式与蛋白质变性或结构直接相关,但这有待于进一步研究。在人们较为关注的食品安全性方面,团队通过正交试验探究了电极板表面金属离子的迁移情况,得出了使各元素(Fe、Mn、Ni)迁移量最低的通电加热条件:保温时间为15min、加热终止温度为100 oC、加热电压为220V,加热频率为5kHz,可用于实际生产应用中,且利用通电加热技术处理的豆浆部分程度上会提高豆浆的营养价值,加热后的豆浆安全可靠,人们可以放心食用。在此基础上,团队设计了国内首台小型连续式豆浆通电加热系统,利用该系统可实现豆浆的连续加热。该研究成果填补了国内在该领域的空白,为通电加热技术的进一步推广应用奠定了基础。

  农业机械与装备涉及农业、食品等各个方面,也与每个人的生活息息相关。从涉足这一领域的第一天,李法德教授就以“创新机械与装备,让人们的生活更美好”为己任不断创新和拓展新思路,为农业产业现代化做出了切实的贡献。

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