TRIZ理论解决枸杞汁浓缩过程中的焦糖化问题

刘晓风，Mussifulina Venera，马文锦，李梅林

（1.兰州理工大学生命科学与工程学院，甘肃兰州 730000；2.甘肃省轻工研究院有限责任公司，甘肃兰州 730000）

枸杞，是茄科、枸杞属植物。枸杞具有耐旱、耐盐等生物学特性，是重要的经济、生态和药用三位一体的植物，已成为西北各省区重要的经济作物之一。同时，枸杞的果、叶、苗、根含有多种营养和活性组分，具有很高的药用和食用价值[1-3]。枸杞浓缩过程使枸杞水溶性成分得到浓缩，多糖浓度增大，增加了其功能性，延长了枸杞产业链，提高了枸杞附加值。

TRIZ理论是发明问题的解决理论，揭示了创造发明的内在规律和原理，着力于澄清和强调系统中存在的矛盾，其目标是完全解决矛盾，是指导人们进行发明创造、解决工程难题的系统化创新方法学[4-7]。TRIZ理论解决问题主要包括3个部分内容，冲突解决理论（技术矛盾和物理矛盾）、物-场模型分析方法和发明问题解决算法。通过TRIZ理论有效解决了枸杞浓缩过程中焦糖化问题，证明了功能结构分析与TRIZ理论集成的产品创新设计方法的有效性。

1 发现问题

减压浓缩是使用抽真空的方式降低水的沸腾温度，使水分蒸发，达到浓缩目的[8]。枸杞浓缩过程中，枸杞水溶性成分得到浓缩，多糖等有效成分浓度增大，增加了其功能性，但是，单双糖浓度的增大同时也增大了糖焦化的几率，对产品感官品质产生影响。

2 应用TRIZ理论解决枸杞浓缩过程中焦糖化问题

2.1 技术矛盾分析

（1）问题。如何解决焦糖化严重的问题？

（2）现解决办法。浓缩液浓度增大，所含单双糖浓度亦增大；同时黏度也增大，流动性变差，热能传递受阻，浓缩液局部温度升高，导致部分焦糖化；减少焦糖化就必须降低黏度，就必须控制浓缩度及浓缩温度。

（3）缺点。缩短度不够，单双糖浓度降低，同时功能性成分亦降低。

改善参数：黏度（作用于物质的有害因素）。

恶化参数：可制造性。

创新原理：借助中介物原理、物理或化学参数改变原理、抽取原理。

借助中介物原理的启发，得到如下方案：在枸杞汁浓缩过程中加入蔗糖酯（表面活性剂），改变浓缩汁的表面张力（表面张力就是尽量让液体表面缩小的力[9]，是作用于液体分子间的一种凝聚力），蔗糖酯的应用就是克服让液体表面缩小的力，使液体表面得以伸展，从而降低浓缩汁黏度，增加其流动性，减少浓缩汁局部过热，降低焦糖化。

2.2 物场分析（机械场）

根据因果分析结果发现，浓缩液浓度增大，所含单双糖浓度亦增大，同时黏度也增大，流动性变差，热能传递受阻，浓缩液局部温度升高，导致部分焦糖化。

建立焦糖化的物场模型：引入F2机械场（搅拌）来抵消有害作用，得到以下方案。

加入机械场见图1。

图1 加入机械场

在枸杞汁浓缩罐中加装搅拌器，增加浓缩汁的流动性，热传递效果好，减少浓缩汁局部过热，降低焦糖化。

2.3 进化路线分析

进化路线：向超系统进化法则。

进化路线见图2。

图2 进化路线

先把工艺流程中的过滤组件改为先粗滤（去皮渣），再增加过滤层数，直至留下分子量20 000左右的物质。通过这样过滤，实现了既除去了枸杞汁中的单双糖，又浓缩了枸杞多糖，同时由于过滤不需要热能，避免了焦糖化。

目前，多级过滤可以实现该工艺的需要，故进化过滤组件既可提高产品质量（减低单双糖及糖焦化），又可减低能耗（不需要热能）。膜过滤是一种精密分离技术，可以实现分子级过滤，它是利用膜孔隙的选择透过性进行两相分离的技术[10]。以膜两侧的压力差为推动力，使溶剂、无机离子、小分子等透过膜，而截留微粒及大分子，膜过滤可以简化工艺并实现工艺要求，故此方案可行性较好。

3 结语

应用TRIZ理论，对枸杞浓缩过程中焦糖化的问题进行创新与改进，获得了不同的解决方案，证明了TRIZ理论为创新提供了一种有效的工具和方法，也为后续的理论研究和实际应用奠定了良好的基础。