基于CH32V307天然色素提取工艺改进

2023-02-28 13:26 作者:zeshoufx 0人读过 | 我要投稿

基于CH32V307天然色素提取工艺改进

1、天然色素及提取

天然色素(NaturalPigments)的开发与应用己成为各行业科技工作者普遍关注的课题。人们试图从各种动植物资源中获取天然色素，同时探索其生理活性，来缓解并解决由合成色素所带来的各种问题。但是由于天然色素色泽不稳定，在其使用过程中容易受各种因素(如光照、温度、氧化、pH值、介质极性、金属离子、添加剂等)的影响而发生褪色、变色等方面的变化，而影响其着色效果，严重制约了天然色素代替人工合成色素的进程。现代天然植物色素的提取方法可分为溶剂提取法、熬煮法、酶反应法、超临界萃取法、压榨法、粉碎等方法。植物色素提取设备现场如图1所示。

图1植物色素提取设备现场

2、天然色素提取工艺特点及关键技术

天然色素提取，现场采用的方法是萃取提取，在各储料罐顶部需要进料、进水、进酒精，底部需要出料，包括最终的色素、水，其中酒精可能需要重复使用。因此储料罐链接的各个管道及阀门需要合理的控制，在保证质量的前提下，节约用料也是重点考量的一个要素。

目前现场工艺的主要特点包括：1、各种加料工程全部是人工完成，有经验的工人来完成调节阀门，期间不定时通过观察窗查看现场各步骤结果；2、出料品质由人工观察提取，并送研究院化验，取样和化验周期长，很难获取符合标准质量的色素；3、部分色素需人工品尝后来决定其品质，主观因素影响较大。

关键技术：通过开发一种识别色素特征的终端设备，将特征参数识别出来后发送到后台，后台系统通过标定，并与研究院化验数据进行对比，PLC控制系统根据终端设备的数据，控制管道阀门的开关，同时控制储料罐温度和气压。

3、原理实现

现场设备主要提取6种天然植物色素，现场每种色素的颜色差别较大，并且同一种色素在每个工艺过程中，颜色差别也较大。因此可以通过识别不同工艺下的色素颜色RGB分量，通过标定在不同RGB分量值下，对应研究院化验的结果，可得到各色素质量较好且经济的控制。现场的现场胡萝卜素在两个工艺下的颜色如图2所示。

4、硬件设计及传感器

样机硬件采用CH32V307VC单片机，小批量量产采用CH32V303CB单片机和ARM单片机GD32F303CC，这里主要以CH32V307VC开发板效果介绍。样机硬件和量产硬件如图3所示。

其中主要的颜色识别传感器为欧姆龙的B5WC系列，价格1200RMB左右，采用IIC协议进行通信。B5WC型设备内置专用颜色传感器由装载了PD(光电二极管)来检测以具有可见光宽波长区域的白色LED为光源、以红:Red、绿:Green、蓝:Blue共三种光原色为受光元件的各波长区域光的RGB光电IC、光学透镜、装载了MCU的内部电路等专用元件构成。此外，即使检测距离发生变化，RGB比率也几乎保持不变状态，这也是颜色传感器的另一大特色。以下表示检测距离发生变化时的颜色传感器的受光输出、以及受光输出比率。颜色传感器也是一种反射型传感器，所以RGB受光输出值也会根据检测距离的变化而发生变化，但RGB受光输出比率几乎不变。这是因为除了检测物体的反射光量以外，还会检测反射光中所含R/G/B各波长成分所致。因此，即使与检测物体的间距各异并发生变化，也可稳定辨别检测物体的色差。传感器实物图及与单片机连接分别如图4和图5所示。