TRIZ理論解決枸杞汁濃縮過程中的焦糖化問題

劉曉風，Mussifulina Venera，馬文錦，李梅林

（1.蘭州理工大學生命科學與工程學院，甘肅蘭州 730000；2.甘肅省輕工研究院有限責任公司，甘肅蘭州 730000）

枸杞，是茄科、枸杞屬植物。枸杞具有耐旱、耐鹽等生物學特性，是重要的經(jīng)濟、生態(tài)和藥用三位一體的植物，已成為西北各省區(qū)重要的經(jīng)濟作物之一。同時，枸杞的果、葉、苗、根含有多種營養(yǎng)和活性組分，具有很高的藥用和食用價值[1-3]。枸杞濃縮過程使枸杞水溶性成分得到濃縮，多糖濃度增大，增加了其功能性，延長了枸杞產(chǎn)業(yè)鏈，提高了枸杞附加值。

TRIZ理論是發(fā)明問題的解決理論，揭示了創(chuàng)造發(fā)明的內(nèi)在規(guī)律和原理，著力于澄清和強調(diào)系統(tǒng)中存在的矛盾，其目標是完全解決矛盾，是指導人們進行發(fā)明創(chuàng)造、解決工程難題的系統(tǒng)化創(chuàng)新方法學[4-7]。TRIZ理論解決問題主要包括3個部分內(nèi)容，沖突解決理論（技術(shù)矛盾和物理矛盾）、物-場模型分析方法和發(fā)明問題解決算法。通過TRIZ理論有效解決了枸杞濃縮過程中焦糖化問題，證明了功能結(jié)構(gòu)分析與TRIZ理論集成的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計方法的有效性。

1 發(fā)現(xiàn)問題

減壓濃縮是使用抽真空的方式降低水的沸騰溫度，使水分蒸發(fā)，達到濃縮目的[8]。枸杞濃縮過程中，枸杞水溶性成分得到濃縮，多糖等有效成分濃度增大，增加了其功能性，但是，單雙糖濃度的增大同時也增大了糖焦化的幾率，對產(chǎn)品感官品質(zhì)產(chǎn)生影響。

2 應(yīng)用TRIZ理論解決枸杞濃縮過程中焦糖化問題

2.1 技術(shù)矛盾分析

（1）問題。如何解決焦糖化嚴重的問題？

（2）現(xiàn)解決辦法。濃縮液濃度增大，所含單雙糖濃度亦增大；同時黏度也增大，流動性變差，熱能傳遞受阻，濃縮液局部溫度升高，導致部分焦糖化；減少焦糖化就必須降低黏度，就必須控制濃縮度及濃縮溫度。

（3）缺點。縮短度不夠，單雙糖濃度降低，同時功能性成分亦降低。

改善參數(shù)：黏度（作用于物質(zhì)的有害因素）。

惡化參數(shù)：可制造性。

創(chuàng)新原理：借助中介物原理、物理或化學參數(shù)改變原理、抽取原理。

借助中介物原理的啟發(fā)，得到如下方案：在枸杞汁濃縮過程中加入蔗糖酯（表面活性劑），改變濃縮汁的表面張力（表面張力就是盡量讓液體表面縮小的力[9]，是作用于液體分子間的一種凝聚力），蔗糖酯的應(yīng)用就是克服讓液體表面縮小的力，使液體表面得以伸展，從而降低濃縮汁黏度，增加其流動性，減少濃縮汁局部過熱，降低焦糖化。

2.2 物場分析（機械場）

根據(jù)因果分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，濃縮液濃度增大，所含單雙糖濃度亦增大，同時黏度也增大，流動性變差，熱能傳遞受阻，濃縮液局部溫度升高，導致部分焦糖化。

建立焦糖化的物場模型：引入F2機械場（攪拌）來抵消有害作用，得到以下方案。

加入機械場見圖1。

圖1 加入機械場

在枸杞汁濃縮罐中加裝攪拌器，增加濃縮汁的流動性，熱傳遞效果好，減少濃縮汁局部過熱，降低焦糖化。

2.3 進化路線分析

進化路線：向超系統(tǒng)進化法則。

進化路線見圖2。

圖2 進化路線

先把工藝流程中的過濾組件改為先粗濾（去皮渣），再增加過濾層數(shù)，直至留下分子量20 000左右的物質(zhì)。通過這樣過濾，實現(xiàn)了既除去了枸杞汁中的單雙糖，又濃縮了枸杞多糖，同時由于過濾不需要熱能，避免了焦糖化。

目前，多級過濾可以實現(xiàn)該工藝的需要，故進化過濾組件既可提高產(chǎn)品質(zhì)量（減低單雙糖及糖焦化），又可減低能耗（不需要熱能）。膜過濾是一種精密分離技術(shù)，可以實現(xiàn)分子級過濾，它是利用膜孔隙的選擇透過性進行兩相分離的技術(shù)[10]。以膜兩側(cè)的壓力差為推動力，使溶劑、無機離子、小分子等透過膜，而截留微粒及大分子，膜過濾可以簡化工藝并實現(xiàn)工藝要求，故此方案可行性較好。

3 結(jié)語

應(yīng)用TRIZ理論，對枸杞濃縮過程中焦糖化的問題進行創(chuàng)新與改進，獲得了不同的解決方案，證明了TRIZ理論為創(chuàng)新提供了一種有效的工具和方法，也為后續(xù)的理論研究和實際應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。