果蔬滲透脫水設(shè)備設(shè)計(jì)

1、果蔬滲透脫水設(shè)備設(shè)計(jì)摘 要滲透脫水的脫水具有能耗低，營(yíng)養(yǎng)成分損失少的特點(diǎn)。由于它可以在較短的時(shí)間內(nèi)除去水果、蔬菜里的水分而不損壞其組織，使它們?nèi)阅鼙３衷酗L(fēng)味、色澤、營(yíng)養(yǎng)和品質(zhì)，而且感觀與新鮮時(shí)幾乎一樣，因此是一種頗受看好的加工技術(shù)。生產(chǎn)中滲透脫水設(shè)備要解決幾個(gè)主要方面的問(wèn)題：連續(xù)循環(huán)大量的高粘度滲透液，樣品原料飄浮現(xiàn)象（樣品原料比重小于滲透液的比重） 。工業(yè)生產(chǎn)中需要考慮的幾個(gè)問(wèn)題：使樣品原料浸泡在滲透液中，對(duì)樣品原料的操作要輕柔；原料樣品與滲透液的比值要盡可能的小。本次設(shè)計(jì)的設(shè)備主要結(jié)構(gòu)有振蕩槽，原料筐 ，循環(huán)泵，振蕩馬達(dá)，空氣壓縮機(jī)等。機(jī)械振蕩式滲透脫水設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，滲透溶液設(shè)計(jì)有回流管

2、道，能夠有效調(diào)節(jié)滲透溶液濃度，同時(shí)設(shè)置氣壓缸的上下運(yùn)動(dòng)，振蕩馬達(dá)的左右方向的機(jī)械振動(dòng)，加上原料框下方壓縮空氣管的擾流，和循環(huán)泵的噴淋可以強(qiáng)化滲透脫水過(guò)程的進(jìn)行，進(jìn)而最大限度的提升傳質(zhì)效率。關(guān)鍵詞 ：果蔬，滲透脫水，振蕩設(shè)備Design of Dewatering Equipment for Fruits and VegetablesABSTRACTDewatering technology has low energy consumption, low loss characteristics of nutrients Because it can be removed in a short

3、period of time fruits and vegetables in water without damage to their organization, so that they can maintain the original flavor, color, nutrition and quality, and sensory and almost the same as when fresh, it is a popular promising processing technology.Production of dewatering equipment to addres

4、s several major issues: a continuous cycle of infiltration of a large number of high-viscosity liquid, the sample material floating in the phenomenon (the proportion of samples of raw materials is less than the proportion of liquid penetration) Industrial production needs to consider several issues:

5、 the samples immersed in osmotic solution of raw materials, the operation of the sample material to be gentle; raw sample and the ratio of permeate to be as small as possible.The main structures of the device are oscillation trough, raw material basket, Circulation pump, vibration motors, and air co

6、mpressors.Mechanical vibration-type dewatering device of simple structure, the design of osmotic solution return pipe, can effectively regulate osmotic concentration, and set the air pressure cylinder moving up and down, left and right motor direction of oscillation of mechanical vibrations, coupled

7、 with the compressed air pipe material interference box below flow, and circulation pump spray can strengthen the process of osmotic dehydration carried out, and then maximize the efficiency of mass transfer enhancementKEY WORDS: fruits and vegetables，osmotic dehydration，oscillation device目 錄摘 要 .IA

8、BSTRACT .II1 緒論 .11.1 課題目的及意義 .11.2 滲透脫水的基本原理 .21.2.1 滲透脫水的幾種相似定義 .31.2.2 滲透脫水技術(shù)不同于常規(guī)干燥的特點(diǎn) .31.2.3 原料和浸漬液的選擇 .32 果蔬滲透脫水開(kāi)發(fā)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和前景 .52.1 果蔬滲透脫水的現(xiàn)狀.52.1.1 滲透溶液的選擇.52.1.2 滲透溶液的濃度 .62.1.3 溫度選擇 .62.1.4 滲透脫水的時(shí)間 .62.1.5 水果樣品和滲透液的比例 .72.1.6 滲透脫水過(guò)程中攪拌的選擇 .72.1.7 壓力的影響 .72.2 滲透脫水的應(yīng)用前景.73 設(shè)備設(shè)計(jì)的總體構(gòu)思和基礎(chǔ)設(shè)備的設(shè)計(jì) .

9、93.1 工業(yè)上常見(jiàn)的問(wèn)題 .93.2 具體的問(wèn)題及詳細(xì)的指標(biāo) .93.3 設(shè)備設(shè)計(jì)的的構(gòu)思 .103.3.1 滲透方式的選擇 .103.3.2 關(guān)于滲透效率的問(wèn)題 .103.3.3 有關(guān)浮料的問(wèn)題 .113.3.4 關(guān)于滲透液的循環(huán)使用 .113.4 滲透脫水設(shè)備方案圖 .113.4.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)特征 .123.4.2 實(shí)際運(yùn)行情形： .133.4.3 具體操作方法 .133.4.4 設(shè)備的優(yōu)點(diǎn) .133.5 基礎(chǔ)設(shè)備的設(shè)計(jì) .133.5.1 原料筐的設(shè)計(jì) .133.5.2 振蕩槽的設(shè)計(jì) .144 主要設(shè)備的設(shè)計(jì) .154.1 振蕩馬達(dá)的設(shè)計(jì) .154.1.1 電機(jī)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理 .154.

10、1.2 電機(jī)參數(shù)計(jì)算及設(shè)計(jì) .164.1.3 電機(jī)樣機(jī)參數(shù) .184.1.4 振蕩電機(jī)的電壓，振蕩頻率，額定轉(zhuǎn)速，額定功率的選擇 .184.2 離心泵的選型設(shè)計(jì) .184.3 關(guān)于氣缸的選型 .194.4 空氣壓縮機(jī)的選型 .194.5 框狀空氣管的設(shè)計(jì) .204.5.1 框狀空氣管的直徑（內(nèi)徑）確定 .204.5.2 空氣管接頭的選用 .205 輔助設(shè)備的設(shè)計(jì).225.1 空氣過(guò)濾器的選型.225.2 溶液輸出和回流管道的設(shè)計(jì).235.2.1 溶液輸出和回流管道的作用 .245.2.2 溶液輸出和回流管道的直徑確定 .245.2.3 溶液輸出和回流管道的管件選用 .245.3 消毒機(jī) .25

11、6 結(jié)論與建議 .266.1 結(jié)論 .266.2 建議 .26致 謝 .27參考文獻(xiàn) .281 緒論1.1 課題目的及意義果蔬滲透脫水是指在一定溫度下，將水果或蔬菜浸入高滲透壓的溶液，即糖溶液或鹽溶液中，利用細(xì)胞膜的半滲透性使物料中水分轉(zhuǎn)移到溶液中，達(dá)到除去部分水分的一種技術(shù)。與傳統(tǒng)的熱風(fēng)脫水相比，由于水分的轉(zhuǎn)移而沒(méi)有發(fā)生相的變化即無(wú)需加熱，因而滲透脫水的脫水具有能耗低，營(yíng)養(yǎng)成分損失少的特點(diǎn)。由于它可以在較短的時(shí)間內(nèi)除去水果、蔬菜里的水分而不損壞其組織，使它們?nèi)阅鼙３衷酗L(fēng)味、色澤、營(yíng)養(yǎng)和品質(zhì)，而且感觀與新鮮時(shí)幾乎一樣，因此是一種頗受看好的加工技術(shù)。在生產(chǎn)中，滲透脫水可以作為果蔬加工的一種前處

12、理方式，與果蔬干燥、冷凍、罐藏等方法組合使用。滲透脫水后的產(chǎn)品進(jìn)一步干燥時(shí)使用果蔬的干制品，滲入到組織內(nèi)部的糖分可對(duì)果蔬制品起到一定的保護(hù)作用，從而可以避免或限制使用二氧化硫，同時(shí)增加了產(chǎn)品在貯藏期的色素穩(wěn)定性。 另外，從生產(chǎn)角度來(lái)說(shuō)，經(jīng)滲透脫水的果蔬再行干燥時(shí)，產(chǎn)品的干燥時(shí)間可縮短 1015 ，同時(shí)由于體積和重量的減少，使干燥的有效荷載增加 23 倍，從而大大節(jié)省了能耗。滲透脫水水果用來(lái)制作果醬時(shí)，可使產(chǎn)品的感官品質(zhì)優(yōu)于普通果醬。由于滲透脫水具有諸多好處，將使這一技術(shù)作為果蔬前處理方法而得到廣泛的推廣應(yīng)用，應(yīng)用的日益廣泛。滲透脫水早期的研究主要集中在脫水的可能性、滲透脫水的影響因素、滲透過(guò)程

13、中的物理和化學(xué)現(xiàn)象等。近年來(lái)，對(duì)滲透脫水過(guò)程中的物質(zhì)遷移進(jìn)行了廣泛深入的研究，建立了許多動(dòng)態(tài)模型。目前，滲透脫水技術(shù)的研究主要集中在果蔬加工，已報(bào)道的品種主要有：蘋(píng)果、菠蘿、香蕉、草莓、芒果、桃、梨、葡萄、杏子、櫻桃、獼猴桃、土豆、蘑菇、番茄及胡蘿卜等。水果和蔬菜的人類攝取維生素、礦物質(zhì)、有機(jī)酸、膳食纖維等營(yíng)養(yǎng)成分和生理活性成分的主要來(lái)源，其在平衡膳食中占有非常重要的地位。在人們?nèi)找孀非蟀踩?、營(yíng)養(yǎng)、保健、方便的綠色食品中，脫水果蔬越來(lái)越受到人們的青睞，已成為我國(guó)出口創(chuàng)匯的主要產(chǎn)品之一。為了最大限度的保留脫水果蔬的色香味和維生素等熱敏性成分或生理活性成分，滲透脫水技術(shù)聯(lián)合其它干燥技術(shù)，如熱風(fēng)、冷

14、凍、微波、遠(yuǎn)紅外干燥技術(shù)等。目前，國(guó)際國(guó)內(nèi)蔬菜加工的數(shù)量和需求不斷上升，加工的方法不斷更新，滲透脫水可以作為脫水蔬菜、速凍蔬菜、罐藏蔬菜的前處理方法。而通過(guò)滲透脫水制得的中等水分的水果可作為甜點(diǎn)心、酸奶、冰淇淋等的原料，提高果品的利用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。滲透脫水技術(shù)應(yīng)用于水果、蔬菜、肉類、魚(yú)類等，可較好地保持果蔬、肉類加工后的品質(zhì)，降低加工能耗，因此這一技術(shù)受到國(guó)際食品界的廣泛關(guān)注。食品滲透脫水技術(shù)的應(yīng)用具有悠久的歷史，如傳統(tǒng)蔬菜、肉類、魚(yú)類的鹽腌，水果的蜜制和糖制等。但直到上世紀(jì) 60 年代，人們才開(kāi)始深入地研究這一技術(shù)的機(jī)理及其和干燥、冷凍、殺菌、罐藏等方法的組合應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)，滲透脫水技術(shù)廣

15、泛適用于水果、蔬菜、肉類、魚(yú)類，可較好地保持果蔬加工后的品質(zhì)，降低加工能耗。加拿大、法國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、意大利、希臘、比利時(shí)、瑞士、荷蘭等國(guó)家的 13 個(gè)課題組，在 19972000 年對(duì)滲透脫水進(jìn)行了專門研究，以求為滲透處理的工業(yè)化應(yīng)用提供理論和技術(shù)支持。過(guò)去的幾十年里，國(guó)外滲透脫水研究和應(yīng)用非?；钴S；與此同時(shí)，這方面的研究也引起國(guó)內(nèi)科研工作者的關(guān)注。滲透脫水作為柵欄技術(shù)的一種手段結(jié)合其它技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)果蔬原料原有品質(zhì)的保持。例如將滲透脫水的水果產(chǎn)品在低溫下貯存可以最大限度保存水果的風(fēng)味、色澤和營(yíng)養(yǎng)成分。滲透脫水技術(shù)結(jié)合其它技術(shù)的應(yīng)用可以參1照表 1表 1-1 滲透脫水技術(shù)在果蔬加工中的應(yīng)用應(yīng)

16、用舉例部分脫水（固體原料）配合其它加工手段巴士滅菌、低溫冷藏、冷凍、進(jìn)一步干燥脫水（常壓氣體干燥、真空干燥、冷凍干燥、微波干燥等） 。腌制糖漬（浸糖） 、鹽漬（浸鹽）調(diào)整產(chǎn)品配方（目的在于）獲得更好的感官品質(zhì)，改善產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)（通過(guò)添加鈣離子、酶制劑來(lái)突出產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：彈性、咀嚼性等） ，強(qiáng)化營(yíng)養(yǎng)（添加一些功能因子） ，延長(zhǎng)保質(zhì)期（添加生物防腐劑、化學(xué)防腐劑） 。綜合運(yùn)用上述三種手段開(kāi)發(fā)保質(zhì)期更長(zhǎng)的微加工果蔬產(chǎn)品總之，滲透脫水技術(shù)在不斷完善自身技術(shù)方法和設(shè)備的同時(shí)，與其它食品加工技術(shù)結(jié)合的聯(lián)合技術(shù)在理論的建立，完善和應(yīng)用中將向著更深更廣的方向發(fā)展，將作為果蔬加工的前處理方法而得到廣泛的應(yīng)用。果

17、蔬滲透脫水與傳統(tǒng)的熱風(fēng)脫水相比由于水分的轉(zhuǎn)移而沒(méi)有發(fā)生相的變化即無(wú)需加熱因而滲透脫水的脫水具有能耗低營(yíng)養(yǎng)成分損失少的特點(diǎn)。由于它可以在較短的時(shí)間內(nèi)除去水果蔬菜里的水分而不損壞其組織使它們?nèi)阅鼙３衷酗L(fēng)味色澤營(yíng)養(yǎng)和品質(zhì)而且感觀與新鮮時(shí)幾乎一樣,因此是一種頗受看好的加工技術(shù)。滲透脫水作為果蔬加工的一種前處理方式與果蔬真空低溫干燥等方法組合使1.2 滲透脫水的基本原理分子擴(kuò)散是在相內(nèi)有濃度差（或濃度梯度）存在的條件下，由于分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致的物質(zhì)傳遞現(xiàn)象。果蔬內(nèi)的水分和浸漬液之間存在濃度差，所以達(dá)到脫水的效果。1.2.1 滲透脫水的幾種相似定義 （1）滲透脫水是指利用滲透原理對(duì)水果和其它原料進(jìn)行

18、部分去除水分的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中通常將被處理的樣品浸入到水分活度（aw）低的含有溶質(zhì)（滲透劑）的水溶液（滲透液,通常用糖溶液）中處理一定時(shí)間來(lái)達(dá)到去除產(chǎn)品部分水分的目的。（2） 果蔬的滲透脫水技術(shù)是指果蔬在一定的溫度下，浸入一高滲透壓的溶液中（糖溶液或鹽溶液） ，去除其中部分水分的一種方法。它是基于天然果蔬細(xì)胞壁作為半透膜，在滲透脫水過(guò)程中，主要存在兩個(gè)相反過(guò)程，果蔬中的水分流入溶液，同時(shí)溶液中的溶質(zhì)逐漸滲入果蔬，這兩個(gè)過(guò)程進(jìn)行的程度取決于半透膜兩邊溶質(zhì)和水的量2。1.2.2 滲透脫水技術(shù)不同于常規(guī)干燥的特點(diǎn) 與常規(guī)干燥相比，滲透脫水有兩方面的特點(diǎn)：（1）物料在浸泡脫水的同時(shí)，也附集了溶質(zhì)本身

19、；（2）浸泡脫水處理后的產(chǎn)品還不是最終產(chǎn)品（貨架期還不穩(wěn)定） ，仍需要配合其他的加工手段，如：干燥、冷凍、巴氏滅菌、罐藏或添加防腐劑等才可以最終生產(chǎn)出貨架期穩(wěn)定的產(chǎn)品。 （3）與傳統(tǒng)的熱風(fēng)脫水相比，由于水分的轉(zhuǎn)移而沒(méi)有發(fā)生相的變化即無(wú)需加熱，因而滲透脫水具有能耗低，營(yíng)養(yǎng)成分損失少的特點(diǎn)；（4）由于它可以在較短的時(shí)間內(nèi)除去水果、蔬菜里面的水分而不損壞其組織，使它們?nèi)阅鼙３衷酗L(fēng)味、色澤、營(yíng)養(yǎng)和品質(zhì)，而且感官和新鮮時(shí)幾乎一樣，因此是一種頗受看好的食品加工技術(shù)。 31.2.3 原料和浸漬液的選擇蘋(píng)果是世界四大水果之一，是世界溫帶地區(qū)栽培的最重要的果樹(shù)品種和我國(guó)北方主要的水果品種之一，在世界和我國(guó)果品

20、市場(chǎng)中占有重要的位置。目前，我國(guó)種植的蘋(píng)果種類繁多，產(chǎn)量也很大，特別是近二十年來(lái)，我國(guó)在蘋(píng)果種植方面取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。相關(guān)資料顯示，自 2001 年以來(lái)，我國(guó)的蘋(píng)果產(chǎn)量已連續(xù)多年位居世界第一位，其中 2007 年的產(chǎn)量達(dá)到了約 2400 萬(wàn)噸，占世界蘋(píng)果總產(chǎn)量的比重也由 10 年前的35%上升至目前的 45%左右。我國(guó)蘋(píng)果產(chǎn)量如此之大，已經(jīng)大大超過(guò)了鮮銷的需求。因此，發(fā)展蘋(píng)果加工行業(yè)已經(jīng)勢(shì)在必行。所以本設(shè)備的果蔬代表選擇了蘋(píng)果在選擇滲透液溶質(zhì)種類和濃度時(shí)要考慮以下幾個(gè)方面的因素。滲透脫水產(chǎn)品感官評(píng)價(jià)結(jié)果是選擇滲透劑的首要因素。其次要考慮滲透劑的成本。滲透劑的水溶性也是要考慮的因素，換句話說(shuō)

21、就是滲透劑要水溶性高，在使用同樣重量單位的溶質(zhì)時(shí)能夠達(dá)到較高的滲透液濃度。溶質(zhì)降低滲透液水分活度的能力是另一個(gè)考慮因素，水分活度直接影響滲透脫水的效果。典型的滲透劑有無(wú)機(jī)鹽、單元醇類和多羥基有機(jī)物（蔗糖、乳糖、麥芽糊精、果葡糖漿） 。蔗糖和食鹽是最常用的兩種滲透劑（滲透液溶質(zhì)） ，當(dāng)然任何與水互溶的溶質(zhì)或溶劑理論上都可以作為滲透劑，所以用蔗糖最為蘋(píng)果的滲透液溶質(zhì)水為溶劑。 2 果蔬滲透脫水開(kāi)發(fā)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和前景2.1 果蔬滲透脫水的現(xiàn)狀 用來(lái)進(jìn)行蔬菜脫水的方法有以下幾種: 滲透脫水,熱風(fēng)干燥，微波干燥，真空干燥，紅外輻射干燥等。果蔬滲透脫水是指果蔬在一定溫度下，浸入一高滲透壓的溶液中，除去其

22、中部分水分的一種方法。因植物細(xì)胞壁是一種半滲透膜，具有部分選擇性，因此在滲透脫水時(shí)，存在兩個(gè)相反的質(zhì)傳遞過(guò)程。植物細(xì)胞中的水分透過(guò)膜進(jìn)入溶液，溶液中的溶質(zhì)也有一部分滲透到細(xì)胞中去，在目前節(jié)能的大背景下，滲透脫水成為了熱點(diǎn)。熱風(fēng)干燥需要的時(shí)間長(zhǎng)，耗能大，生產(chǎn)成本大，而且果蔬品質(zhì)不好保證，常常被氧化。微波干燥是目前研究的比較成熟而且應(yīng)用前景也很廣闊的一種脫水方法，也可以與其它方式結(jié)合進(jìn)行聯(lián)合脫水。真空干燥主要利用水分的沸點(diǎn)是隨著壓力的降低而減小的原理，可以在較低的溫度下對(duì)果蔬進(jìn)行脫水，有利于保持果蔬的原味。紅外輻射是，當(dāng)紅外線頻率和分子結(jié)合的振動(dòng)頻率相一致時(shí)，紅外線能量就能轉(zhuǎn)換為分子的振動(dòng)能量，高

23、分子物質(zhì)溫度就上升.這就是紅外線輻射加熱的機(jī)理。果蔬體積小,脫水效果明顯。果蔬組織結(jié)構(gòu)的嚴(yán)實(shí)程度、初始不溶性固形物與可溶性固形物的含量、細(xì)胞間距、水溶性果膠和原果膠的比例、酶活性的大小等等都是制約脫水效果的因素。水果外表皮蠟質(zhì)含量越低,除水效果越明顯,因此,果蔬滲透脫水前往往進(jìn)行皮處理。主要是使用一些化學(xué)物質(zhì)除去果皮中的蠟質(zhì)層,增加半透膜的脫水作用, 一般使用 C10C18 的脂肪酸乙酯對(duì)果皮進(jìn)行處理。Constantine 等人(1984) 研究得出:用1 %的油酸乙酯來(lái)浸泡甜玉米和未成熟的玉米 30s , 然后進(jìn)行空氣干燥, 其脫水效果大大提高。Punting 等人(1970) 研究發(fā)現(xiàn)處

24、理櫻桃、葡萄、杏子的油酸乙酯的最佳濃度分別為 1 %、2 %和 2 %5 %。Marco Riva 報(bào)道經(jīng)油酸乙酯處理的葡萄的脫水效果大大提高。這些實(shí)驗(yàn)研究表明:水果表皮對(duì)水的滲透性是制約滲透脫水效果的因素。加拿 4大的 L Yu 等人(1997) 對(duì)櫻桃和藍(lán)莓的皮處理進(jìn)行研究, 選用以下三種方法: a1 蒸汽處理 30s , b1 在 90 條件下在熱水中浸泡 30s , c1 用 1 %的豆蔻酸乙酯在 30 條件下浸1min ; 實(shí)驗(yàn)證實(shí), 經(jīng)以上處理的櫻桃和藍(lán)莓再進(jìn)行滲透脫水時(shí),其脫水效果大增,而且可縮短隨后進(jìn)行的空氣干燥時(shí)間; 特別是在 13718kPa 壓力下,經(jīng)過(guò) 30s 蒸汽處理

25、的試樣,其滲透脫水效果最佳。2.1.1 滲透溶液的選擇常用的滲透溶液中的溶質(zhì)為: 蔗糖、葡萄糖、果糖、玉糖漿、麥芽糊精、乳糖、氯化鈉、檸檬酸鈉。一般說(shuō)來(lái),溶液用作水果的滲透脫水液,鹽溶液用作蔬菜的滲透脫水液。滲透溶質(zhì)的分子量及其離子行為在很大程度上影響著水分的去除量、固形物的獲得以及達(dá)到平衡時(shí)的分含量。Feign Kayak Retaking (1996) 研究豌豆的脫水現(xiàn)象時(shí)發(fā)現(xiàn): 30 %的檸檬酸鈉溶液和 60 %的蔗糖溶液的水分活度相當(dāng), 但檸檬酸鈉的脫水效果比蔗糖要強(qiáng), 這主要是因?yàn)闄幟仕徕c與蔗糖的不同分子量、不同離子行為所致。Remy Surely 等人 5(1994) 實(shí)驗(yàn)證實(shí),

26、滲透過(guò)程中, 果蔬吸入溶質(zhì)的數(shù)量與其分子量直接有關(guān), 如果溶質(zhì)分子量較小, 果蔬吸入溶質(zhì)的量隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加, 如果溶質(zhì)分子量較大的話,溶質(zhì)吸入則不明顯。也有研究者將鹽與糖混合使用, 因?yàn)辂}與糖之間有增效作用, 這樣處理效果良好。La Maguey (1992) 在蘑菇的脫水試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn), 先用高濃度的糖溶液處理, 再用高濃度的鹽溶液處理, 不但脫水效果好,而且糖溶液可以防止鹽溶液的鹽分滲入蘑菇。 6也有研究者在滲透溶液中加入一些添加劑,如:抗壞血酸、檸檬酸、山梨醇。M1L 1Erba (1994) 的實(shí)驗(yàn)表明:在糖漿中加入山梨醇可減少杏子和桃子脫水后固形物含量的增加,并可減少水分的過(guò)多失去。

27、分別用果糖溶液和果糖溶液添加山梨醇的溶液處理杏子和桃子, 盡管兩者的可溶性固形物和不溶性固形物含量的比例相同, 但經(jīng)添加山梨醇的果糖溶液處理后的杏子和桃子組織結(jié)構(gòu)更柔軟。因此,用含山梨醇的糖溶液處理后的水果更適宜作零食, 或用于制作糕點(diǎn)、冰淇淋和酸奶,除此之外,山梨醇可防止果蔬褐變,山梨醇改善水果產(chǎn)品的組織結(jié)構(gòu)的機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。2.1.2 滲透溶液的濃度一般說(shuō)來(lái),滲透溶液的濃度越高,果蔬的失水量越大,其產(chǎn)品的總固形物和可溶性固形物的含量均增加。很多研究均采用 65Be左右的糖溶液,5 %15 %的鹽溶液。濃度過(guò)低, 脫水效果不明顯; 但濃度過(guò)高, 溶液的粘度增加, 給脫水過(guò)程中的攪拌帶來(lái)

28、困難。2.1.3 溫度選擇 滲透擴(kuò)散過(guò)程受溫度變化的影響。溫度在滲透過(guò)程中的效果可以用 Arrhenius 公式描述。較高溫度條件下細(xì)胞體積通常增大，細(xì)胞本身通透性也會(huì)增加，樣品內(nèi)部的綜合物質(zhì)傳輸能力相應(yīng)加快；同時(shí)滲透液的粘度也相應(yīng)降低，樣品外部滲透液中物質(zhì)交換速度加快。另外也有報(bào)道，升高溫度可以加快滲透過(guò)程中的樣品脫水能力但不會(huì)改變可溶性固形物的獲得。盡管如此，在使用溫度的過(guò)程中要注意溫度的界限，超過(guò)600的滲透溫度常常會(huì)對(duì)樣品的細(xì)胞膜和植物組織造成破壞。Vide 等人在他們的研究中也指出，超過(guò) 500的滲透溫度會(huì)造成蘋(píng)果塊的風(fēng)味損失和顏色變暗。在實(shí)際操作中對(duì)于溫度的選擇要依據(jù)樣品特性、滲透

29、干燥的目的和工藝來(lái)確定。2.1.4 滲透脫水的時(shí)間浸泡時(shí)間越長(zhǎng), 果蔬的失水量越多。一般浸泡時(shí)間 56h 為宜。如果滲透時(shí)間過(guò)長(zhǎng), 則影響著果蔬的感官品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。一般說(shuō)來(lái),不值得用滲透脫水方法使果蔬的失重達(dá) 50 %以上。事實(shí)上, 用糖溶液進(jìn)行水果脫水時(shí),剛開(kāi)始, 由于滲透壓作用, 水分很快從水果組織中進(jìn)入糖溶液, 實(shí)驗(yàn)證明, 水果剛浸沒(méi)后的 2h 內(nèi)水分浸出最快, 而糖分子由于分子較大, 不容易很快就透過(guò)細(xì)胞膜, 所以在達(dá)到滲透平衡時(shí)主要是水分從水果組織中進(jìn)入糖溶液。2.1.5 水果樣品和滲透液的比例水果樣品和滲透液比例是指單位重量水果所需要的滲透液的單位重量數(shù)。過(guò)小的比例會(huì)造成樣品滲出

30、水分對(duì)滲透液進(jìn)行稀釋，從而使?jié)B透脫水過(guò)程中滲透液濃度波動(dòng)比較大。在研究和中試規(guī)模生產(chǎn)中為了避免滲透液濃度波動(dòng)帶來(lái)的干擾影響，常常采用較大的比例（大于 1：20/30） 。這樣做一方面可以避免因滲出水分的稀釋作用帶來(lái)干擾, 另一方面也可以簡(jiǎn)化滲透脫水過(guò)程中的物質(zhì)傳遞模型。從工業(yè)生產(chǎn)的角度講，需要這一比例盡可能的小，這樣有助于減小廠房的規(guī)模，可以降低滲透液和生產(chǎn)成本, 同時(shí)也便于對(duì)滲透液進(jìn)行管理2.1.6 滲透脫水過(guò)程中攪拌的選擇滲透脫水的特點(diǎn)是通過(guò)滲透液從固體樣品中取出水分；固體樣品一般組織結(jié)構(gòu)比較脆、比重小，滲透處理時(shí)樣品被浸泡在比重大、粘度高的滲透液中。研究表明對(duì)高濃度情況下的滲透脫水，攪拌

31、過(guò)程有利于滲透脫水本身。原因在于通過(guò)對(duì)滲透液的連續(xù)攪拌，滲透液和樣品表面相交的滲透液層組分可以得到不斷更新，進(jìn)而保證了維持滲透脫水進(jìn)行所必需的樣品和滲透液之間的滲透壓差。對(duì)于攪拌速度對(duì)滲透脫水的理論、系統(tǒng)地研究還是非常缺乏的；在生產(chǎn)過(guò)程中，選擇攪拌速度能夠保證滲透液內(nèi)部溶質(zhì)濃度均一、溫度均勻即可9。2.1.7 壓力的影響X Q Shi , P Frito (1995) 在真空條件下對(duì)杏子、草莓、菠蘿等進(jìn)行脫水效果的試驗(yàn), 研究發(fā)現(xiàn), 在 40 條件下,使用真空脫水可使菠蘿的失水量增加 2413 %、杏子的失水量增加 2412 %、草莓的失水量增加 1512 %。真空脫水可大大縮短脫水時(shí)間,而溶

32、質(zhì)很少滲入水果。而且發(fā)現(xiàn),40 條件下, 真空滲透處理以上三種水果的失水量與 50 條件下的常壓滲透脫水效果相當(dāng), 可見(jiàn), 使用真空脫水可使水果在較低的溫度條件下進(jìn)行脫水。如果果蔬的孔隙度大的話,真空脫水效果顯著。 72.2 滲透脫水的應(yīng)用前景滲透脫水可以在較短的時(shí)間內(nèi)除去果蔬的水分而不損壞果蔬的組織結(jié)構(gòu),經(jīng)過(guò)滲透脫水的果蔬產(chǎn)品仍具有果蔬應(yīng)有的風(fēng)味、色澤、質(zhì)構(gòu)、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì), 其產(chǎn)品的感官品質(zhì)相當(dāng)不錯(cuò),與新鮮果蔬幾乎一樣。滲透脫水可以作為果蔬加工的一種前處理方式, 與果蔬干燥、冷凍、殺菌、罐藏等方法組合使用。滲透脫水后的產(chǎn)品進(jìn)一步干燥生產(chǎn)果蔬干制品,滲入到組織內(nèi)部的糖分可對(duì)果蔬制品起到一定的保護(hù)作

33、用, 可以避免或限制使用二氧化硫, 同時(shí)增加了產(chǎn)品在儲(chǔ)藏期間的色素穩(wěn)定性,少量糖分的滲入可使產(chǎn)品比普通產(chǎn)品更溫和可口。從生產(chǎn)的角度來(lái)說(shuō),經(jīng)滲透脫水的果蔬再進(jìn)行干燥, 產(chǎn)品的干燥時(shí)間可縮短 10 %15 % , 同時(shí)由于體積和重量的減少, 使干燥的有效荷載增加了 23 倍,從而大大節(jié)省了能耗。滲透脫水后的產(chǎn)品用來(lái)制作罐頭可使用產(chǎn)品的感官品質(zhì)優(yōu)于普通罐頭產(chǎn)品,這一步關(guān)鍵是是將水果處理至 2024Bricks , 使水果的天然風(fēng)味物質(zhì)增加,在以后的加熱處理時(shí),顏色和質(zhì)地的穩(wěn)定性提高,并且由于重量和體積的減少,裝罐能力提高。滲透脫水后的產(chǎn)品進(jìn)行冷凍干燥使原料體積變小及固形物增加,冷凍干燥的荷載和加工能

34、力可提高三倍。果蔬的冷凍往往需要消耗大量的能源以冷凍新鮮原料中所含的大量水分,經(jīng)滲透脫水后, 果蔬水分含量減少, 冷凍期間能源消耗降低, 同時(shí),由于重量和體積減少,包裝、運(yùn)輸及銷售處理等過(guò)程中的費(fèi)用相應(yīng)減少, 而且, 這樣的冷凍產(chǎn)品解凍時(shí)組織破壞明顯減少。與冷凍前的空氣干燥相比,既節(jié)省了能源,又避免了新鮮原料因空氣干燥造成的品質(zhì)下降。滲透脫水后的葡萄若用來(lái)榨汁, 由于糖酸比提高, 再經(jīng)發(fā)酵制得的葡萄酒的感官品質(zhì)也得以提高。由于滲透脫水在果蔬的品質(zhì)保持和能源消耗方面的優(yōu)勢(shì),它作為果蔬加工的前處理方法得到了國(guó)際食品界的廣泛關(guān)注,是一些發(fā)達(dá)國(guó)家努力探索的一項(xiàng)課題(加拿大、法國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、意大利、希

35、臘、比利時(shí)、西班牙、瑞士、荷蘭的十三個(gè)課題組正對(duì)滲透脫水的應(yīng)用進(jìn)行研究,被研究的不光是果蔬,還有魚(yú)、肉等) 。在大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用時(shí),亟待解決的問(wèn)題還有滲透溶液的在線管理、如何來(lái)控制溶液的濃度、如何來(lái)回收溶液、如何來(lái)確保滲透溶液的微生物指標(biāo)的安全性等等。目前, 快餐業(yè)蓬勃發(fā)展, 漢堡包、三明治、比薩餅的制作需大量的中等水分含量的蔬菜,如:西紅柿、花菜、蘑菇、胡蘿卜等等,滲透脫水是制備這些脫水蔬菜的優(yōu)選方法。目前, 國(guó)際國(guó)內(nèi)蔬菜加工的數(shù)量和需求不斷上升, 加工的方法不斷更新,滲透脫水可以作為脫水菜、速凍菜、罐藏菜的前處理方法。我國(guó)盡管是世界上第一水果生產(chǎn)國(guó),但高產(chǎn)并沒(méi)有高效。我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)重視水果的采

36、前栽培、病蟲(chóng)害防治, 卻忽視采后處理, 致使水果在分級(jí)、包裝、運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程中腐爛損失嚴(yán)重, 每年約有 25 %的產(chǎn)品因變爛而不能利用。果品加工業(yè)是實(shí)現(xiàn)水果采后減損增值的主要途徑之一。通過(guò)滲透脫水制得的中等水分的水果可作為甜點(diǎn)心、酸奶、冰淇淋等的原料, 這樣可以提高果品的延伸效益。隨著應(yīng)用性研究的深入,滲透脫水將作為果蔬加工的前處理方法而得到廣泛應(yīng)用。 93 設(shè)備設(shè)計(jì)的總體構(gòu)思和基礎(chǔ)設(shè)備的設(shè)計(jì)3.1 工業(yè)上常見(jiàn)的問(wèn)題生產(chǎn)中滲透脫水設(shè)備要解決幾個(gè)主要方面的問(wèn)題：連續(xù)循環(huán)大量的高粘度滲透液，樣品原料飄浮現(xiàn)象（樣品原料比重小于滲透液的比重） 。工業(yè)生產(chǎn)中需要考慮的幾個(gè)問(wèn)題：使樣品原料浸泡在滲透液中對(duì)樣品

37、原料的操作要輕柔原料樣品與滲透液的比值要盡可能的小同時(shí)要選擇容易控制的參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)控制滲透脫水工藝，如溫度、滲透液濃度、壓力、滲透液攪拌速度。盡管滲透脫水技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，但在實(shí)際生產(chǎn)上這一技術(shù)主要用來(lái)生產(chǎn)糖浸的水果，生產(chǎn)過(guò)程的控制依靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。工業(yè)生產(chǎn)主要是間歇式的生產(chǎn)模式。生產(chǎn)中，新鮮的水果切塊首先浸泡在糖溶液中一定時(shí)間，滲透液溫度保持在 30-800C 之間；然后進(jìn)行風(fēng)干，待產(chǎn)品最終水分含量達(dá)到 15%-20% （重量比）即風(fēng)干結(jié)束。滲透脫水技術(shù)工業(yè)化的一個(gè)主要瓶頸是沒(méi)有足夠的資料信息來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)合理的、連續(xù)的滲透脫水設(shè)備。在滲透脫水工藝放大過(guò)程中，有三個(gè)主要問(wèn)題需要解決：果蔬樣品與

38、滲透液的有效接觸（果蔬原料的密度低于滲透液的密度，果蔬原料常常漂浮在滲透液表面上） ，有效利用大量的滲透液，有效地循環(huán)利用滲透液降低生產(chǎn)成本、減少?gòu)U物排放。3.2 具體的問(wèn)題及詳細(xì)的指標(biāo)根據(jù)對(duì)現(xiàn)有滲透脫水技術(shù)的理解和認(rèn)識(shí)，下面一些指標(biāo)可以用來(lái)在設(shè)計(jì)滲透脫水工藝、滲透脫水設(shè)備時(shí)作參考。包括功能需求和控制需求 B功能 1：固體樣品能夠與滲透液在高濃度下依然保持良好接觸。具體的控制標(biāo)準(zhǔn)有六個(gè)：B11: 在滲透液和樣品之間能夠有相對(duì)快速、分布均勻的運(yùn)動(dòng)；B12: 不存在對(duì)樣品的機(jī)械損傷（樣品沒(méi)有破損、沒(méi)有刮傷） ；B13: 控制滲透脫水的處理時(shí)間：在連續(xù)滲透脫水設(shè)備中，控制樣品在滲透脫水反應(yīng)器中的停留

39、時(shí)間；B14: 具有盛納不同形狀樣品的能力（整個(gè)、塊、片） ；B15: 能夠減低滲透液與樣品的比例（有助于降低生產(chǎn)成本、降低生產(chǎn)設(shè)備的尺寸）；B16: 避免滲透脫水過(guò)程中樣品與空氣接觸而造成的氧化反應(yīng)。功能 2：能夠容許滲透液的進(jìn)入和排出。功能 3：能夠容許原料樣品的投入和成品的取出功能 4：能夠有效控制滲透脫水過(guò)程中的工藝參數(shù)。B41: 樣品和滲透液的溫度；B42: 滲透液的濃度；B43: 樣品和滲透液的外界壓力；B44: 滲透脫水過(guò)程中的攪拌狀態(tài)。功能 5：符合相關(guān)的機(jī)械、電力操作條件和相應(yīng)的食品操作規(guī)范能。功能 6：生產(chǎn)制造滲透脫水設(shè)備的成本要合理。在工藝、設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程中，要盡可能地滿足

40、功能要求（F）和控制要求（C） ；對(duì)設(shè)備傳送帶即要保證樣品物料在高滲溶液中的浸泡又要保證樣品物料的順利傳輸。好在目前已有許多成熟的工業(yè)技術(shù)可以供滲透脫水技術(shù)應(yīng)用選擇。3.3 設(shè)備設(shè)計(jì)的的構(gòu)思前人根據(jù)的設(shè)計(jì)資料和相關(guān)實(shí)際問(wèn)題，確定幾大基本設(shè)備，并對(duì)相關(guān)問(wèn)題細(xì)節(jié)確定設(shè)備的可行性3.3.1 滲透方式的選擇 按照滲透液與樣品的接觸方式可以對(duì)不同滲透脫水進(jìn)行歸類，大致分為以下幾類：滲透液在樣品外部：樣品浸泡在滲透液中、滲透液有攪拌（連續(xù)、間歇）或沒(méi)有攪拌，滲透液淋浴樣品等形式滲透液通過(guò)注射方式注入樣品內(nèi)部。固體滲透劑涂抹在樣品表面上通過(guò)環(huán)境壓力改變來(lái)改善物質(zhì)傳遞效果通過(guò)預(yù)處理樣品改變樣品細(xì)胞壁通透性實(shí)現(xiàn)

41、改善物質(zhì)傳遞效果在滲透脫水的同時(shí)運(yùn)用其他手段改善物質(zhì)傳遞效果我選取的是上述的第一種脫水方式，即滲透液在樣品外部樣品浸泡在滲透液中滲透脫水的特點(diǎn)是通過(guò)滲透液從固體樣品中取出水分；固體樣品一般組織結(jié)構(gòu)比較脆、比重小，滲透處理時(shí)樣品被浸泡在比重大、粘度高的滲透液中。3.3.2 關(guān)于滲透效率的問(wèn)題工業(yè)上大部分采取攪拌的方式來(lái)提高效率，滲透液攪拌狀態(tài)對(duì)滲透脫水過(guò)程中樣品水分損失和可溶性固形物攪拌有助于高濃度、高粘度滲透液中樣品中的物質(zhì)擴(kuò)散。說(shuō)明對(duì)高濃度情況下的滲透脫水，攪拌過(guò)程有利于滲透脫水本身。原因在于通過(guò)對(duì)滲透液的連續(xù)攪拌，滲透液和樣品表面相交的滲透液層組分可以得到不斷更新，進(jìn)而保證了維持滲透脫水進(jìn)

42、行所必需的樣品和滲透液之間的滲透壓差。對(duì)于攪拌速度對(duì)滲透脫水的理論、系統(tǒng)地研究還是非常缺乏的；在生產(chǎn)過(guò)程中，選擇攪拌速度能夠保證滲透液內(nèi)部溶質(zhì)濃度均一、溫度均勻即可。盡管攪拌有這些好處，但是考慮到攪拌可能會(huì)對(duì)原料造成損傷，我選擇另一種方式也就是振蕩來(lái)替換這種方式不但可以避免損傷原料，使得蘋(píng)果片與糖漿接觸的更充分，同時(shí)解決糖漿濃度不均溫度不均的問(wèn)題，不但提高了滲透脫水的質(zhì)量，而且也加快了速度，節(jié)省了時(shí)間，提高了效率，更加具有經(jīng)濟(jì)性。具體的就是通過(guò)一個(gè)振蕩馬達(dá)或者偏心電動(dòng)機(jī)來(lái)完成左右方向的振蕩至于上下方向的振蕩是通過(guò)空氣壓縮機(jī)完成的，而原料框的運(yùn)動(dòng)考慮到馬達(dá)的振蕩和其本身的上下運(yùn)動(dòng)決定用擺動(dòng)氣缸完

43、成詳見(jiàn)具體設(shè)計(jì)3.3.3 有關(guān)浮料的問(wèn)題關(guān)于浮料的問(wèn)題，在工業(yè)上很常見(jiàn)，也參考了很多解決方案，像把原料筐分層設(shè)置的，或者用圓料桶完全進(jìn)入浸漬液中的，并緩慢旋轉(zhuǎn)的滲透等。我考慮這個(gè)問(wèn)題，為了填料方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，我通過(guò)一個(gè)循環(huán)泵的工作從振蕩槽底部抽取糖漿，再?gòu)恼袷幉鄣耐鈬艿篱_(kāi)孔通過(guò)類似噴淋的把糖漿液噴灑下來(lái)，沖力比較大一點(diǎn)，把浮料打下。這和空氣壓縮機(jī)的上下振蕩形成擾流的作用不謀而合，可以把原料充分的調(diào)動(dòng)起來(lái)，避免原料一直漂浮在液面的表面。3.3.4 關(guān)于滲透液的循環(huán)使用在滲透脫水過(guò)程中，蘋(píng)果中的水分流向滲透液中，滲透液濃度下降，脫水能力下降；伴隨著風(fēng)味物質(zhì)、色素、各種酸類、蛋白質(zhì)、果膠類

44、物質(zhì)滲入滲透液中，滲透液的化學(xué)特性、物理化學(xué)特性、感官特性等也隨著滲透脫水過(guò)程的進(jìn)行而逐漸改變。所以準(zhǔn)備用消毒機(jī)和溶質(zhì)添加桶保證糖漿的濃度，質(zhì)量等從而解決有效利用大量的滲透液，有效地循環(huán)利用滲透液降低生產(chǎn)成本的問(wèn)題3.4 滲透脫水設(shè)備方案圖經(jīng)過(guò)構(gòu)思確定設(shè)備，機(jī)械振蕩式滲透脫水設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，滲透溶液設(shè)計(jì)有回流管道，能夠有效調(diào)節(jié)滲透溶液濃度，同時(shí)設(shè)置氣壓缸的上下運(yùn)動(dòng)，振蕩馬達(dá)的左右方向的機(jī)械振動(dòng)，加上原料框下方壓縮空氣管的擾流，以及循環(huán)泵的噴淋作用可以強(qiáng)化滲透脫水過(guò)程的進(jìn)行，進(jìn)而最大限度的提升傳質(zhì)效率。 具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖：1234567891011圖 3-1 果蔬滲透脫水設(shè)備1空氣壓縮機(jī) 2空氣過(guò)濾

45、器 3框狀壓縮空氣管 4網(wǎng)格狀原料框 5振蕩槽 6高度殺菌機(jī) 7溶液添加桶 8循環(huán)泵 9噴液管 10豎直布置氣壓缸11振蕩馬達(dá)（1）該機(jī)械振蕩式果蔬滲透脫水設(shè)備的組成：（a）該設(shè)備包含一個(gè)振蕩槽，其振蕩槽四側(cè)底端各設(shè)有一個(gè)支座；（b）槽體右側(cè)設(shè)計(jì)有一個(gè)浸漬液輸出管道，其浸漬液輸出管接入高溫殺菌機(jī)并經(jīng)浸漬液添加桶而由浸漬液回流管道導(dǎo)入振蕩槽內(nèi)；（c）振蕩槽底面外接有一個(gè)連接有空氣壓縮機(jī)和空氣過(guò)濾器的框狀空氣管，該框狀空氣管并于下方設(shè)置有兩個(gè)透孔；（d）空氣管上面設(shè)置有一略為傾斜且斷面成“U”的網(wǎng)格狀原料框，且在原料框的左側(cè)設(shè)置有一開(kāi)啟門，用于對(duì)滲透好的果蔬進(jìn)行卸料動(dòng)作，原料框右側(cè)設(shè)置有兩個(gè)抽送隔

46、板，以控制滲透脫水過(guò)程中的浮料問(wèn)題；（e）在原料框的內(nèi)側(cè)上端設(shè)置有與氣壓缸活塞桿相連接，左側(cè)外端連接一個(gè)振蕩馬達(dá)。3.4.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)特征振蕩部分包括振蕩槽，其振蕩槽四側(cè)低端各設(shè)有一腳架，上端外側(cè)有一個(gè)原料輸出道，另外槽體側(cè)緣接設(shè)有一浸漬液輸出管，其浸漬液輸出管接入高溫殺菌機(jī)并經(jīng)浸漬液添加桶而由浸漬液回流管導(dǎo)入振蕩槽內(nèi)，振蕩槽內(nèi)底面接一空氣壓縮機(jī)及空氣濾清機(jī)的框狀空氣管，該框狀空氣管并于下方設(shè)有復(fù)數(shù)透孔，框狀空氣管上方則是網(wǎng)狀原料筐，該原料筐呈網(wǎng)格狀，且原料筐其右側(cè)邊設(shè)有一個(gè)啟門，而在上端兩側(cè)則與氣壓缸軸臂相連接，左外側(cè)頂端接設(shè)一個(gè)振蕩馬達(dá)，連接在振蕩槽外側(cè)有一個(gè)循環(huán)泵其從下方抽取蔗糖漿液，然

47、后經(jīng)由上放管道噴入原料槽內(nèi)。藉由以上構(gòu)件，原料筐和氣壓缸上、下運(yùn)動(dòng)，振蕩馬達(dá)左、右振蕩，下方空氣管透孔沖出空氣，上方有噴淋漿液。而使原料筐內(nèi)的浸漬物得到一良好浸漬效果。3.4.2 實(shí)際運(yùn)行情形：原料筐 4 上端連接氣缸 10 伸長(zhǎng)時(shí)把原料筐下方到振蕩槽 5 內(nèi)，原料筐外振蕩馬達(dá)11 啟動(dòng)，使原料筐產(chǎn)生左右振蕩。經(jīng)空氣壓縮機(jī) 1 壓縮的空氣，經(jīng)過(guò)空氣管 3 的透管冒出。浸漬后糖度不足，可將浸漬液由浸漬液輸出管導(dǎo)出，并經(jīng)高度殺菌機(jī)殺菌 6 及浸漬液添加桶 7 補(bǔ)足浸漬液糖度，再重新又浸漬液回流管流回振蕩槽內(nèi)。循環(huán)泵 8 一直在工作從原料筐下來(lái)是開(kāi)始，到填料時(shí)結(jié)束，如此循環(huán)。在整個(gè)浸漬過(guò)程完畢后，氣

48、缸通過(guò)軸臂拉起整個(gè)原料筐上升至高于振蕩槽槽面，并打開(kāi)原料筐開(kāi)啟門，此時(shí)振蕩馬達(dá)仍不斷震蕩，使原料順由原料筐傾斜滑落與輸出道而送出。3.4.3 具體操作方法在振蕩槽內(nèi)放入 400kg 的蔗糖漿液糖度為 25 及處理好的原料即蘋(píng)果片然后進(jìn)行振蕩動(dòng)作，該振蕩動(dòng)作系列每隔 20 分鐘馬達(dá)振蕩 1 分鐘左右，另外壓縮機(jī)以 2kg/的壓力每隔 10 分鐘空氣經(jīng)過(guò)透孔噴出，持續(xù) 5 分鐘，如此配合大約 25 小時(shí)該過(guò)程結(jié)束，對(duì)于蘋(píng)果需要 2 小時(shí)即可。3.4.4 設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)本設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)：浸漬原料速度較快，若以一般傳統(tǒng)浸漬方法，原料需 612 小時(shí)，用此種方法可以節(jié)省 35 小時(shí)。原料在浸漬中較穩(wěn)定，浸漬均衡

49、，一般浸漬槽在浸漬之后糖度含量不均衡。不需要人工操作。不需人力攪動(dòng)原料，所以浸漬后原料破壞少，而且衛(wèi)生條件佳在浸漬過(guò)程中有上下左右方向的振蕩以及吹入空氣，原料不會(huì)酸敗及發(fā)酵。3.5 基礎(chǔ)設(shè)備的設(shè)計(jì)對(duì)于果蔬滲透脫水設(shè)備來(lái)說(shuō)，其最基礎(chǔ)的設(shè)備就是裝原料的容器和裝浸漬液的容器在這里稱之為原料筐和振蕩槽。3.5.1 原料筐的設(shè)計(jì)根據(jù)原料與浸漬液體重量的最佳比例為 1：10 所以原料筐內(nèi)的蘋(píng)果為 40kg 由于原料是切成片狀的，體積可知設(shè)定其長(zhǎng)寬高的比例為 6:3:2 可得其尺寸為長(zhǎng)為 1.34m 寬為 0.67 高為 0.45m其材料選為奧氏體不銹鋼，取其壁厚為 5mm 與馬達(dá)連接處為 10mm 的鋼板

50、 其連接方式是焊接在原料筐上的3.5.2 振蕩槽的設(shè)計(jì)選取材料為奧氏體不銹鋼，初步定溶液是 400kg 蔗糖糖漿 取其長(zhǎng)寬高的比是 6：3:2 根據(jù)容積計(jì)算可得根據(jù)容器尺寸。長(zhǎng)為 1.48 m 寬為 0.86m 高為 0.5m。材料為奧氏體不銹鋼導(dǎo)熱性能差，熱導(dǎo)率低，且具有極好的塑性和韌性，可以進(jìn)行各種鍛造壓延和拉拔加工。所以取原料筐的壁厚定為 10mm 地角支座的設(shè)計(jì)兩個(gè)鋼板焊接在一起屬于直角焊接，其傾斜角度為 25 度具體尺寸如圖 3-2圖 3-2 地角支座4 主要設(shè)備的設(shè)計(jì)4.1 振蕩馬達(dá)的設(shè)計(jì)參考原理方案設(shè)計(jì)中，機(jī)械振蕩式果蔬滲透脫水設(shè)備的工藝動(dòng)作原理，這里需要一個(gè)進(jìn)行短行程往復(fù)直線運(yùn)

51、動(dòng)的振蕩馬達(dá)。馬達(dá)即電動(dòng)機(jī)，振蕩馬達(dá)即是振蕩電機(jī)。在需要往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合中，如空氣壓縮機(jī)、泵、振動(dòng)器和人工心臟等，常規(guī)做法是采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)，通過(guò)曲柄等機(jī)械機(jī)構(gòu)將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)。在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，部分能量消耗在曲柄機(jī)械結(jié)構(gòu)中降低了系統(tǒng)效率，此外，可靠性和無(wú)油化的實(shí)現(xiàn)都不如直接采用直線振蕩電機(jī)10。參考夏永明等撰寫(xiě)的文摘雙定子直線振蕩電機(jī)的設(shè)計(jì) ，這里采用類似的設(shè)計(jì)方法。為了實(shí)現(xiàn)快速、短行程直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的高效性和高可靠性，提出一種具有具有兩個(gè)定子鐵芯的雙定子直線振蕩電機(jī)結(jié)構(gòu)，雙定子直線振蕩電機(jī)由單相電源驅(qū)動(dòng)，機(jī)械振動(dòng)頻率和電源頻率相同，鐵芯疊裝方式與常規(guī)旋轉(zhuǎn)電機(jī)疊裝方式相同。直線振蕩電機(jī)

52、分橫向磁通式和非橫向磁通式。非橫向磁通式直線振蕩電機(jī)主磁路平行于運(yùn)動(dòng)方向，硅鋼片順著運(yùn)動(dòng)方向排列，當(dāng)電機(jī)為圓管狀結(jié)構(gòu)時(shí)，硅鋼片疊裝困難；橫向磁通式直線振蕩電機(jī)磁路垂直于運(yùn)動(dòng)方向，硅鋼片的切割、疊裝和普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)相同，加工方便，成本較低。直線振蕩電機(jī)振動(dòng)部分可分為線圈、永磁體和鐵芯。線圈振動(dòng)結(jié)構(gòu)接線處易折斷，不宜應(yīng)用于高速場(chǎng)合；永磁體振動(dòng)結(jié)構(gòu)中永磁體支架需要采用非導(dǎo)磁導(dǎo)電材料，機(jī)械強(qiáng)度和抗振性能要求高，機(jī)械加工困難、成本較高；鐵芯振動(dòng)結(jié)構(gòu)無(wú)需永磁體支架，具有加工、安裝簡(jiǎn)便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)械可靠性高，成本低等特點(diǎn)。參考夏永明等發(fā)表的文摘新型雙定子動(dòng)磁式振蕩電機(jī)可知：一些直線振蕩電機(jī)結(jié)構(gòu)可以由相應(yīng)的直

53、線電機(jī)轉(zhuǎn)化而來(lái)。按振動(dòng)部分材料的不同，直線振蕩電機(jī)又可分成動(dòng)圈式、動(dòng)磁式、動(dòng)鐵式及動(dòng)磁鐵式。其中，動(dòng)磁式是目前開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。從民用角度來(lái)講，直線振蕩電機(jī)應(yīng)具備以下三個(gè)特點(diǎn)：高效、節(jié)能；單相，振動(dòng)頻率為50Hz，直接使用交流市電，不采用或采用低成本控制器；無(wú)傳感器。振蕩馬達(dá)的作用是產(chǎn)生左右方向的機(jī)械振動(dòng)，這里利用中小型電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械振蕩。 直線電動(dòng)機(jī)可看作是旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的變形形式，能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相比，直線電機(jī)省去了把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置，但由于直線電機(jī)氣隙較大，且初級(jí)鐵心兩端開(kāi)斷，故電機(jī)的功率因數(shù)和效率較低11 。參考夏永明等撰寫(xiě)的文摘雙定子直線振蕩電機(jī)

54、的設(shè)計(jì) ，這里采用類似的直線電機(jī)設(shè)計(jì)方法，即綜合力特性較好的常規(guī)動(dòng)磁式直線振蕩電機(jī)和存在永磁體磁阻力的動(dòng)鐵式橫向磁通直線振蕩電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種新的直線振蕩電機(jī)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是：采用反向磁通電機(jī)工作原理，鐵芯疊壓簡(jiǎn)單；磁阻力近似為零，具有良好的力特性；零件少。組裝方便，成本低。4.1.1 電機(jī)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理振蕩電機(jī)包含兩個(gè)由硅鋼片沿軸向疊壓而成的同心定子鐵芯，兩個(gè)定子鐵芯之間有一段間隔，用以容納定子繞組線圈，定子鐵芯通過(guò)壓板與基座固定，定子每個(gè)齒上的線圈相互串聯(lián)，當(dāng)通電時(shí)，線圈繞組在定子齒上產(chǎn)生 N-S 交替磁極。動(dòng)子鐵芯與直線軸固定，電機(jī)兩端的直線軸承用以維持氣隙恒定，當(dāng)工作時(shí)，動(dòng)子

55、鐵芯在彈簧和電磁力的作用下與直線軸一起往復(fù)運(yùn)動(dòng)。1-彈簧；2-繞組；3-永磁體支架；4-內(nèi)定子鐵心；5-活塞腔；6-永磁體；7-外定子；8-活塞；9-端板10-吸收腔；11-排氣腔；12-外定子鐵心圖 4-1 雙定子動(dòng)磁式直線壓縮機(jī)軸向剖面1-外定子鐵心；2-繞組；3-內(nèi)定子鐵心；4-永磁鐵圖 4-2 雙定子動(dòng)磁式直線式壓縮機(jī)橫向剖面圖4.1.2 電機(jī)參數(shù)計(jì)算及設(shè)計(jì)（1）推力、反電勢(shì)計(jì)算永磁體產(chǎn)生的磁力線從 N 級(jí)出發(fā)，經(jīng)過(guò)氣隙，定子齒、軛部、臨近的定子齒、氣隙、臨近的永磁體，最后通過(guò)動(dòng)子鐵芯進(jìn)入 S 級(jí)形成閉合回路。永磁體軸向位置改變不影響永磁體的磁路，查閱資料可知?dú)庀洞琶艿挠?jì)算公式為： （

56、4-01(1 ()mrggmrgA BBAPPR1）式中，Am 為永磁磁極的截面面積，Ag 為磁力線穿過(guò)截面的面積，Pm0 為氣隙磁導(dǎo)，Pr1 為漏磁導(dǎo)，Br 為永磁體剩磁，Rg 為氣隙磁阻。電機(jī)電磁推力 （4-pmeiFx2）其中 i 為繞組電流，為永磁體與線圈交聯(lián)的磁鏈，x 為動(dòng)子位移；pm（2）共振頻率確定該振蕩電機(jī)和彈簧受迫振動(dòng)系統(tǒng)系統(tǒng)等效，當(dāng)推力頻率與系統(tǒng)的機(jī)械共振頻率相等時(shí)，系統(tǒng)的振幅最大、耗能最小。機(jī)械共振頻率與彈簧彈性系數(shù) K 及動(dòng)子質(zhì)量 m0有關(guān)： （4-0Km3）通過(guò)對(duì)電機(jī)回路的電壓進(jìn)行分析，可以得到頻率與電感、電容之間的關(guān)系： （4-/01LC4）其中為外加電壓角頻率，L

57、 為繞組自感，C 為串聯(lián)電容值，實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)同時(shí)滿/0足式（4-3）和式（4-4） 。（3）彈簧參數(shù)計(jì)算動(dòng)子質(zhì)量確定后，由式（4-3）可以確定彈簧彈性系數(shù)使電機(jī)工作在共振頻率上。當(dāng)動(dòng)子靜止時(shí)，兩彈簧處于壓縮狀態(tài)，動(dòng)子處于兩定子中間處，具有啟動(dòng)推力；當(dāng)動(dòng)子振動(dòng)時(shí)，彈簧一側(cè)壓縮程度加大，另一側(cè)壓縮程度減小，在最大振幅處，壓縮程度加大的彈簧應(yīng)小于彈簧最大壓縮位移，壓縮程度較小的彈簧仍應(yīng)處于壓縮狀態(tài)，防止彈簧松動(dòng)。（4）永磁體尺寸 輸出力與永磁體圓周方向的長(zhǎng)度有關(guān)，與永磁體的軸向長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)永磁體軸向長(zhǎng)度大于單個(gè)定子厚度與定子間隔之和，小于兩倍的定子厚度與定子間隔之和時(shí)，電機(jī)在最大行程附近

58、不會(huì)出現(xiàn)較大的永磁體磁阻力，整個(gè)行程內(nèi)的輸出力較為平滑。（5）定子尺寸確定 定子疊厚，定子間隔及永磁體軸向長(zhǎng)度共同決定最大動(dòng)子振幅sWgWpmW (4-5)max()2gpmsWWAW4.1.3 電機(jī)樣機(jī)參數(shù)雙定子直線振蕩電機(jī)的樣機(jī)參數(shù)包括電機(jī)氣隙 g，即永磁體圓周方向長(zhǎng)度，P 為電機(jī)級(jí)數(shù)，A 為振蕩振幅，Br為永磁體剩磁，以下是該電機(jī)的參數(shù)列表：表 4-1 雙定子直線振蕩電機(jī)樣機(jī)參數(shù)g/mmLc/mmPA/mmBr/T1606 振蕩電機(jī)的電壓，振蕩頻率，額定轉(zhuǎn)速，額定功率的選擇 電動(dòng)機(jī)的形式包括結(jié)構(gòu)形式和防護(hù)形式，結(jié)構(gòu)形式按電機(jī)安裝位置的不同分為臥式和立式兩種，這里選擇

59、立式安裝。防護(hù)形式采用封閉式，其適用于塵土多、特別潮濕、有腐蝕性氣體的環(huán)境。 交流電動(dòng)機(jī)的額定電壓應(yīng)與供電電網(wǎng)的電壓一致。工礦企業(yè)車間的低壓電網(wǎng)一般為 380V，因此中小型異步電動(dòng)機(jī)都是低壓的，額定電壓為 220V/380V 及 380V/660V。這里采用 220V/380V 的額定電壓。電動(dòng)機(jī)的振蕩頻率為工頻 50HZ，電動(dòng)機(jī)的額定功率取為 15KW。電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速定為 1500r/min，工作方式為周期性斷續(xù)工作。4.2 離心泵的選型設(shè)計(jì)液體注滿泵殼，葉輪高速旋轉(zhuǎn)，液體在離心力作用下產(chǎn)生高速度，高速液體經(jīng)過(guò)逐漸擴(kuò)大的泵殼通道，動(dòng)壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓力。本設(shè)備的循環(huán)泵只要達(dá)到抽出糖漿液在經(jīng)過(guò)管

60、道送至原料筐上端后在噴下來(lái)就可以了，所以選擇最簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)泵即可，所以選取離心泵其口徑為 40mm 電機(jī)功率為1.5kw 流量為 6.3 m3/h 型號(hào)為 40CYZ-A-20圖 4-3 離心泵原理圖4.3 關(guān)于氣缸的選型位于原料筐上面的氣缸除活塞桿作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)外，還需缸體做擺動(dòng)，所以選擇耳環(huán)式安裝氣缸 由于是立式安裝負(fù)載重所以選擇鎖緊氣缸行程計(jì)算 原料筐的高度為 460mm 工作時(shí)原料筐完全浸入振動(dòng)槽內(nèi)，原料筐與振蕩槽頂端距離為 55mm 當(dāng)浸透完成后原料筐提升 至振蕩槽頂端以上 170mm 所以原料槽的移動(dòng)距離為 460+55+170=685mm 選取 QGSJ 系列鎖緊氣缸 行程選取 8