零距离
一粒米的特殊旅行
青年师生组队用另一种方式打开“禾下乘凉梦”
在黑龙江,袁隆平先生的“禾下乘凉梦”,正在一群青年科技工作者的努力下,以智能制造的方式走进现实 。
登录控制系统软件,输入原料基础信息及成品指标要求后,经过采集原料图像信息等多项工序,很快一批含有胚芽的大米就会在一款特殊的米机中被生产出来……
这款特殊米机,由哈尔滨工程大学青年教师李冰携手90后学生团队设计并研发,其生产的大米与日常生活中见到的大米并不相同 。因为含有胚芽,它的存在犹如为大米边缘处的缺口戴上了“帽子”,让米粒更为圆润饱满富有营养 。
小胚芽含有大营养
长期以来,粮食加工减损都是全球各个国家关注的重要问题 。2021年9月,我国倡议召开的国际粮食减损大会发布了《国际粮食减损大会济南倡议》,其中提出减少粮食损失和浪费,已成为提高粮食安全的重要手段和紧迫的全球性命题 。
事实上早在2014年,李冰团队就针对粮食减损问题开始了项目筹备,将某基础科研项目中的小目标检测关键技术,转化应用到水稻适度加工方向 。
在前期调研时,团队发现传统水稻加工依靠米之间的硬性摩擦,在相互作用力的帮助下实现去皮碾白 。这种方式加工出的精白米营养较少,剩下的淀粉主要提供热量,人吃多了容易引起糖尿病等疾病,不利于人体健康 。在加工过程中损失的胚芽富含营养成分,被视为“植物中的软黄金”,其营养价值是大米胚乳部分的20倍 。相关数据显示,留有胚芽的大米相比精白米,仅维生素E的含量就高出210倍 。
“目前全球水稻加工环节存在着巨大损失,其根源是研究原理的落后和技术的滞后 。而落后的研究原理则会直接导致粮食损失及营养物质的大量流失 。”哈尔滨工程大学2017级控制科学与工程专业博士李硕峰说 。
2017年,哈尔滨工程北米科技有限公司应运而生,李冰是该公司的创始人,李硕峰是联合创始人,他们带领团队开始对活性留胚米智能加工系统进行研发 。
“我们要做的就是在去除糙米皮层的同时,将胚芽最大完整度地留下 。”李冰说,直到2019年,他们才初步搭建起水稻适度加工生产线,这个过程整整花费了两年时间 。
让每一粒米都能被“看见”
在研发活性留胚米智能加工系统的过程中,团队提出通过视觉反馈、柔性碾磨等技术,形成一个完备的水稻适度加工解决方案 。这个方案一旦落地,将实现水稻加工质的突破 。
在研究过程中,李冰和学生们遇到了难题:首先,大米的胚芽非常细小且十分相似,在检测镜头下仅占几十个像素,现有的检测模型难以准确分辨 。其次,为了测试米机的系统稳定性和适用性,团队需要采购大量的不同种类的米 。
“不同的米,形状也不大相同,在实际加工中大米并不是平铺的,掺杂在一起容易形成密集粘连,很难实现检测提取 。”李硕峰说 。
他告诉中青报·中青网采访人员,要想最大限度地保留胚芽,必须先细致观察原料图像信息,才能根据品质偏差实施动态调整 。为此,团队基于胚芽的特征,自主搭建了多种模型算法,在算法加持下,大米的视觉检测准确率达到97.2%,实现了单米粒的检测提取,让每一粒米都能被“看见” 。
在此基础上,团队研究出个性化碾磨程序,将碾磨精度控制在50微米,做到“一米一参数”,从而为米机的优化调整提供数据支撑 。
大米进入设备后,要经过3道680余次的分层柔性碾磨精细加工 。相比传统的加工方式,团队采用的加工方式更为“柔和” 。在加工前,团队首先将米分层铺开,进入机器后,特殊的米刀在对米摩擦的基础上,其特殊的构造将米“包裹”起来逐粒进行柔性摩擦,最大可能性地减少对胚芽的破坏 。
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