TRIZ 理論解決沙棗粉制備中的破核問題

王 雅，楊 波，蔣雨紅，席 鴿，徐永強，趙司南，孟亞琴

（蘭州理工大學 生命科學與工程學院，甘肅蘭州 730050）

0 引言

沙棗（Elaeagnus angustifolia L.） 是胡頹子科胡頹子屬落葉喬木或灌木，適合生長在半干旱、干旱地區，在我國主要集中生長于西北地區，有較好的防風固沙作用，是一種集生態效益與經濟效益于一體的重要樹種[1-2]。沙棗果實含有較高的營養成分和保健因子，具有抗氧化、抗腫瘤、提高機體免疫力、抑菌及抗炎等多種功能[3-4]。沙棗粉制備是沙棗研究的重要環節，若粉碎不徹底或者混入破碎的沙棗核等都會影響試驗結果。

TRIZ（Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch），即“發明問題解決理論”[5]，是基于問題的分析理論和方法體系，這一理論由前蘇聯的發明家和教育家G.S.Altshuller（根里奇·阿奇舒勒） 及其研究團隊通過大量專利和創新案例的分析后總結而來的[6]，是公認的指導創新的最佳工具[7]。TRIZ 理論的問題解決主要包括矛盾分析與發明原理、物-場模型及標準解、科學效應與知識庫、S 曲線及技術系統進化法則、最終理想解、創新思維方法等內容[8-9]。

在研究沙棗果肉功能特性等時發現，現有粉碎設備在粉碎制備果肉粉時，將沙棗核也粉碎，使其混入到沙棗粉中，影響試驗結果。通過TRIZ 理論有效解決了沙棗粉制備中的破核問題，證明了功能結構分析與TRIZ 理論集成的產品創新設計方法的有效性。

1 發現問題

在沙棗可食部位（果皮和果肉） 營養、保健成分測定、功能活性評價及沙棗粉的制備過程中，現有粉碎設備如果產生的力過大，將沙棗皮及果肉粉碎的同時，也將沙棗核破碎，導致沙棗粉中混入沙棗核雜質；如果產生的力過小，沙棗果肉從果核上脫離不徹底，引起試驗結果不準確及資源浪費。

2 應用TRIZ 理論解決沙棗粉碎破核問題

2.1 技術矛盾分析

（1） 問題。如何降低刀刃鋒利度。

（2） 目前解決辦法。刀刃太薄、鋒利度過度導致刀刃剪切力過大引起沙棗核破碎，適當增大刀刃厚度，降低刀刃鋒利度。

（3） 缺點。質量增加、速度降低、成本增加、生產率降低。

改善參數：力。

惡化參數：生產率。

創新原理：局部質量、機械系統替代、物理或化學參數改變、熱膨脹。

根據機械系統替代原理的啟發，得到方案：沙棗在粉碎室被粉碎時，刀刃太薄，導致刀片剪切力度多大引起沙棗核被破碎，適當增加刀刃厚度，降低剪切力度， 但刀刃厚度增加，質量增加，導致速度降低，時間增加，效率降低，生產率降低。根據機械系統替代原理得出方案：將切割刀從機械刀變換為激光刀。激光刀通過自由彎曲的玻璃纖維或塑料纖維傳輸激光，利用激光能量高度集中產生的電磁效應等切割物料。激光刀的銳利度由其功率決定，用一定功率的“激光刀”可能會滿足沙棗果肉與果核分離，果核不破，還需要樣機驗證，其優點是縮短時間、提高工作效率、保護沙棗營養成分。

2.2 物場分析（機械場）

根據因果分析結果發現，由于刀刃鋒利，在運轉過程中產生的機械力（剪切力） 將沙棗核破碎，導致沙棗粉中混入沙棗碎核，無法食用。建立沙棗粉制備過程中不破核的物場模型：

根據標準解得到方案如下：將直型平面的刀片轉換為平面的刀銼，使原刀片刀刃的鋒利度大大降低，用刀銼與沙棗之間產生的摩擦力使果肉從果核上分離并被粉碎，刀矬的剪切力大大降低，果核不易破碎。刀銼是否會對果核造成破碎或是否影響粉碎效率有待進一步驗證。

引入系統中現有物質的變異物見圖1。

圖1 引入系統中現有物質的變異物

2.3 進化路線分析

進化路線：沙棗粉碎刀片進化路線——刀片組件面的進化路線。

進化路線見圖2。

圖2 進化路線

把平面形的刀片轉換為復雜面的尖頭刀銼，將復雜面的刀銼直接連接在轉動軸上，用轉動軸直接帶動復雜面的刀矬轉動，降低了原刀片的鋒利度，用刀銼產生的摩擦力促使沙棗果肉與果核分離且果核不破。優點：尖頭帶齒、保護竹節、耐用、受力面積增大，提高效率。目前，刀銼技術日益成熟，加工制造成本亦可接受，故本方案可行性較好。

3 結論

應用TRIZ 理論，對沙棗粉制備過程中核易破碎問題進行了創新方法應用，獲得了多種解決方案，證明了TRIZ 理論為一種具有極高創新理念的創新方法和應用工具，為該理論的應用提供了較好的支撐。