加工篇第一章第二節(jié)

加工篇第一章第二節(jié)混合與均質(zhì)機械

1）混合機械混合過程：指在外力作用下，兩種或兩種以上不同組分物料的粒子位置重新配置而呈現(xiàn)均勻分布狀態(tài)的操作。混合包括氣液混合、固固混合、固液混合、液液混合以及固體-液體-氣體三相混合。一般以液體為主的物料混合稱攪拌；以固體為主的物料混合稱混合。以粘稠團塊物料為主要混合對象的稱為捏合(或調(diào)和)混合目的：獲得均勻的混合料、強化熱交換過程、增強物理和化學反應。1.1混合原理對流混合：對互不相容組分，依靠攪拌作用使物料各部分做相對運動而混合。剪切混合：因?qū)α餍纬杉羟忻娴幕?，物料中的粒子在剪切面上的沖撞和嵌入作用而引起的局部混合。擴散混合：對互溶組分，在混合過程中，以分子擴散形式向四周做無規(guī)則運動，從而增加兩個組分間的接觸面積，縮短了擴散平均自由程，達到均勻分布狀態(tài)。1.2氣液混合機械液體的碳酸化是氣液混合的典型，是CO2溶解到無菌水中的過程。氣液混合原理：由亨利定律，氣體溶解在液體中，在一定溫度條件下，在一定量的液體中溶解的氣體量，與液體保持平衡時氣體壓力成正比。

要獲得理想的CO2溶解度，就必須綜合考究壓力與溫度。單獨地提高壓力，必須對容器強度提出更高要求，增加容器制造成本，而單獨地降低水溫，會使制冷系統(tǒng)負荷增大。單位CO2壓力(Kgf/cm2)溫度（°C）備注亞洲汽水廠718在室溫下混合普通汽水廠4~54~5碳酸化機械就CO2氣體與水的接觸形式分，有三種：薄膜式、噴霧式、噴射式。薄膜式:碳酸化過程在一個密閉的壓力容器內(nèi)進行。CO2經(jīng)閥門向容器輸送，充滿整個容器。內(nèi)壓控制在0.4~0.6Mpa。經(jīng)過冷卻的水用泵壓入容器內(nèi)，

由一直立管上口溢出。在直立管上固定有幾組一反一正扣在一起的圓盤(成膜圓盤)。溢出水均勻落在圓盤表面上，形成一層薄的水膜，這些水膜的表面就是二氧化碳和水的接觸表面，在水成膜狀流動的過程中，完成碳酸化。噴霧式結構介紹：碳酸化罐的外罩用鋼板焊接而成。內(nèi)筒為不銹鋼膽，要求具有足夠的耐壓強度。內(nèi)筒和外罩夾層間填有隔熱材料。內(nèi)筒四周分別裝有進二氧化碳氣體的止逆閥、液位指示器、放氣閥以及安裝在頂部的壓力表。二氧化碳氣體止逆閥的作用是限制二氣化碳氣體逆流。壓力表用于直接觀察碳酸化罐內(nèi)的壓力，一般不超過0.8Mpa。放氣閥門是用來放出桶內(nèi)出現(xiàn)的空氣，以保證碳酸化效果。液位指示器可以使操作者隨時了解碳酸化罐內(nèi)的液位情況。噴射式處理水由泵加壓入碳酸化器，液體通道中設文氏噴射管，當水經(jīng)過文氏管的喉部時，水流速度劇增，水的內(nèi)部壓力下降，形成低壓區(qū)，二氧化碳氣體由此得吸入；同時噴嘴出口處的環(huán)境壓力與水壓有較大壓力差，為維持平衡，使水爆裂成很細小的水滴；且水與二氧化碳有很大的相對速度，使水滴變得更加細微。1.3.固固混合機械混合：將兩種或兩種以上的粉料顆粒通過流動作用，使之成為組分濃度均勻的混合物?；旌喜僮鞫疾⒋鎸α鳌U散和剪切三種方式。因機型結構和物料的物性不同，使某一種混合方式起主導作用。影響混合效果的因素有：(1)粉料的物料特性。包括大小、形狀、密度、附著力、表面粗糙程度、流動性、含水量和結塊傾向等。(2)攪拌方式。按容器運動方式不同，分為固定容器式和旋轉(zhuǎn)容器式。按混合操作型式，分間歇操作式和連續(xù)操作式。固定容器式混合機有間歇與連續(xù)兩種操作型式。而旋轉(zhuǎn)容器式混合機常為間歇式。間歇式混合機易控制混合質(zhì)量，可適應粉粒物料配比經(jīng)常改變的情況。1.3.1回轉(zhuǎn)容器式(一)混合原理以擴散混合為主。通過容器的旋轉(zhuǎn)形成垂直方向運動，使被混合粉料在器壁或容器內(nèi)的固定抄板上引起折流，造成上下翻滾及側(cè)向運動，不斷進行擴散，而達到混合目的。(二)類型(1)傾筒式混合機

結構：水平式裝料量為圓筒容積的30%，斜置式可達60%。(2)對錐式混合機

結構：混合容器是由兩個錐筒和一段短柱筒焊接而成，其錐角有900和600兩種。操作時，粉料在容器內(nèi)翻滾強烈，由于流動斷面的不斷變化，能夠產(chǎn)生良好的橫流效應。特點：對流動性好的粉料混合較快，功率消耗低。轉(zhuǎn)速較低，一般約5~20r/min，混合時間約為5~20min，混合量約占容器體積的50%~60%。(3)V型混合機結構：旋轉(zhuǎn)容器是由兩段圓筒以互成一定角度的V形連接，兩筒軸線夾角在600~900之間，兩筒連接剖面與回轉(zhuǎn)軸垂直。這種混合機的工作轉(zhuǎn)速在6~25r/min之間，混合時間約為4min，粉料混合量占容積體積的10%~30%左右。動畫1.3.1固定容器式(一)特點(1)容器固定，旋轉(zhuǎn)攪拌器裝于容器內(nèi)部；(2)以對流混合為主；(3)容器底部物料被攪拌器帶向容器上部，上部物料因重力作用下落，并產(chǎn)生側(cè)向運動。

(4)適用于物理性質(zhì)差別及配比差別大的散料的混合。(二)類型(1)臥式螺旋環(huán)帶式混合機混合原理：利用攪拌器產(chǎn)生的縱向和橫向的復合運動來混合粉料。同一軸上裝有旋向相反的幾條螺帶，正向螺帶使粉料往一端移動，而反向螺帶則使粉料向相反一端移動，被混合的粉料不斷重復分散和集聚，可達到較好的混合效果。正反向螺帶存在軸向速度差。動畫(2)行星錐形混合機特點：攪拌器作行星運動→粉料既產(chǎn)生垂直方向的流動，又產(chǎn)生水平方向的位移，并且能消除壁附近的滯流層。因此混合速度快、混合效果好。應用：適用于高流動性粉料及粘滯性粉料的混合，但不適用于易破碎物料的混合操作。在食品工業(yè)中廣泛應用于專用面粉(如營養(yǎng)自發(fā)粉、多維粉)等粉料的混合操作中。整個機構的傳動路線為：圖

行星運動螺旋混合機(1)混合機結構

(2)傳動機構1—主軸，2—圓柱齒輪，4—蝸桿，5—蝸輪，6—轉(zhuǎn)臂，7—轉(zhuǎn)臂體，8、9、11、12、13、14—圓面積錐齒輪，10—轉(zhuǎn)臂軸，15—攪拌器齒輪2/齒輪3蝸桿4/蝸輪5轉(zhuǎn)臂6螺旋攪拌器公轉(zhuǎn)圓錐齒輪8/圓錐齒輪9圓錐齒輪11/圓錐齒輪12圓錐齒輪13/圓錐齒輪14螺旋攪拌器自轉(zhuǎn)軸11.3固液混合機械1.3.1固液混合目的

a)強化熱交換過程；

b)取得一種均勻的物相。

c)加速溶解和分散過程1.3.2固液混合機械一般地，固液混合機械=容器+攪拌器，攪拌器有槳式（框式、錨式）、旋漿式、渦輪式、行星式、Z型槳式。

1.3.3攪拌器類型(1)槳葉式攪拌器平板型：用于阻抗小的低黏度液體。多段型：用于油脂的脫酸、脫色、脫臭，效果甚佳。錨型：用于促進熱交換和攪動容器內(nèi)的沉淀物。柵格型：用于高黏度液體的攪拌。對向型：具有集中的剪切力，可提高容器側(cè)壁和半球形容器底部物料的攪拌效果。馬蹄型：適用于黏度為1~10Pa.s的液體，用在調(diào)味汁、果醬、冰淇淋中。平板型、柵格型一般轉(zhuǎn)速為20~150RPM，葉輪直徑為容器直徑的1/2~3/4。錨型的外型與容器底部相似，到容器底部間距為30~50mm，轉(zhuǎn)速為50~70RPM。漿葉式攪拌器的特點：結構簡單、易于制造、適用性廣，但混合效果差、局剪切作用弱、不易發(fā)生乳化作用。(2)渦輪式攪拌器特點：混合生產(chǎn)能力較高，攪拌效率高；有較高的局部剪切效應，排出性能好，容易清洗；常用于制備低粘度的乳濁液、懸浮液和固體溶液。在食品工業(yè)中用得較多。攪拌器軸線可與容器軸線成0°或45°角，攪拌器與容器軸線成45°角多用在溶糖缸。動畫(3)

旋漿式攪拌器旋漿式攪拌器葉輪呈螺旋槳結構，葉片呈紐曲狀。旋漿葉片直徑為容器直徑的1/3~1/4；生產(chǎn)能力較高，適合低粘度和中等粘度液體的攪拌，對制備懸浮液和乳濁液較理想。動畫液體做螺旋形旋轉(zhuǎn)運動,并受到強烈的切割和剪切作用。常常會卷入空氣形成氣泡和離心渦漩。漿葉形狀和螺旋漿相似，可用在需要高速攪拌的場合，轉(zhuǎn)速最高可達1500r/min。1.4捏和機1.4.1捏和原理通過漿葉移動對物料進行擠壓與剪切，促使物料自身出現(xiàn)拉延、撕裂、折疊、包裹、嵌入等變化，如此反復，經(jīng)過一段時間即可得到合格的均勻產(chǎn)品。捏和操作同時存在對流、剪切和擴散三種混合方式，但以剪切為主，工作間隙及漿葉形狀對捏合效果影響大。通常用來處理黏度極高的非牛頓流體或塑性固體，如面團、蜂蜜、巧克力制品、魚肉香腸、人造奶油等。1.4.2典型捏和機(1)打蛋機通過攪拌器的高速旋轉(zhuǎn)強制攪打，使物料充分接觸與劇烈摩擦，實現(xiàn)對物料的混合、乳化、充氣及排除部分水分，從而滿足某些食品加工的特殊要求。如生產(chǎn)砂型奶糖，充氣糖果等。主要結構有攪拌器、容器、傳動裝置、和容器升降機構等組成。攪拌漿葉的類型：S鉤形：混合高黏度物料和含有少量液體的黏性食品。筆尖形：適于低黏度物料的攪拌。由不銹鋼絲組成筐形結構。拍形：適于中等黏度物料的調(diào)和(如糖漿、蛋白漿)。鉤形：用于高黏度物料的調(diào)和(如面團等)。攪拌頭采用行星傳動，既有自轉(zhuǎn)又有公轉(zhuǎn)。(2)雙臂式捏和機又稱Z形捏和機工作部件為轉(zhuǎn)子，安裝形式有相切安裝和相交安裝。相切安裝：兩轉(zhuǎn)子外緣運動跡線相切，轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速可單獨設置，有三個捏合區(qū)，具有強剪切作用和良好的捏和性能。相交安裝：兩轉(zhuǎn)子外緣運動跡線相交，須同步運動，剪切和擠壓作用僅發(fā)生在轉(zhuǎn)子與機槽壁之間。捏和轉(zhuǎn)子結構：單螺棱形能產(chǎn)強大的剪切作用，需成對使用。爪形有較好的破碎能力；三棱形有很強的剪切分散作用，物料軸向移動較小，類螺帶形混合強度低，適用于輕載混合。1.5固液混合攪拌器選型應滿足的原則：動力消耗小、攪拌效果好、結構簡單、安全可靠。選型方法有三種，即:1.5.1按物料黏度選(P168)

物料黏度對攪拌狀態(tài)具有很大影響，是選型的首要依據(jù)。1.5.2按攪拌過程的目的選自學

1.5.3按操作目的和主要影響因數(shù)選自學2）均質(zhì)機械2.1食品均質(zhì)目的

a)防止料液中的微?；蛑厩蛏细∨c沉降。

b)對冰淇淋，可使組織細膩，形體潤滑松軟，增強穩(wěn)定性和持久性。

c)能促進果汁中果肉果膠的滲出，使果膠與果汁親和、均勻而穩(wěn)定分散在果汁中。2.2均質(zhì)機械的作用機理剪切作用：當高速流體突然收縮，流體中微粒上、下端存在速度梯度，流體對粒子作用拖曳力，粒子首先在拖曳力作用下拉長，后被高速流體沖斷。碰撞作用：高速運動物料在碰撞過程中，動能、動量變化，產(chǎn)生物料分散。空穴作用：液滴因內(nèi)部汽化膨脹使得液膜產(chǎn)生拉應力而破碎并分散.2.3高壓均質(zhì)機2.3.1工作原理

物料在高壓條件下，通過可調(diào)節(jié)間隙的環(huán)形泄放口，在高速流動時剪切效應、高速噴射時的撞擊效應、瞬間失壓時的氣穴及湍流效應三重作用下，使物料達到超細粉碎,從而將互不相溶的液－液或液－固懸液均質(zhì)成液－液乳化液或液－固懸浮分散體。以剪切作用為主、碰撞作用次之。動畫單級均質(zhì)閥結構雙級均質(zhì)閥工作原理：

圖1:物料尚未通過工作閥；圖2:物料通過一級和二級均質(zhì)閥

當物料尚未通過工作閥時，一級均質(zhì)閥和二級乳化閥的閥芯和閥座在F1和F2的作用下均緊密地貼合在一起。物料通過工作閥時(如圖2)，閥芯和閥座都被物料強制地擠開一條狹縫，并產(chǎn)生壓力P1和P2以平衡F1和F2。物料通過一級均質(zhì)閥時，壓力從P1突降至P2，使得在閥芯、閥座和沖擊環(huán)三者組成的狹小區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生類似爆炸效應的強烈的空穴作用，同時伴隨著物料通過閥芯和閥座間的狹縫產(chǎn)生的剪切作用以及與沖擊環(huán)撞擊產(chǎn)生的高速撞擊作用，如此強烈地綜合作用，從而使顆粒得到超微細化。一般來說，P2的壓力(即乳化壓力)調(diào)得很低，二級乳化閥的作用主要是使已經(jīng)細化的顆粒分布得更加均勻一些。動畫二級均質(zhì)閥結構2.3.2高壓均質(zhì)機結構高壓均質(zhì)機=柱塞式高壓泵+均質(zhì)閥門

三柱塞高壓泵柱塞式高壓泵：

它是依靠柱塞往復運動，而改變?nèi)莘e，產(chǎn)生吸液和排液，排出液體壓力達200atm。高壓泵進、出閥門是易損件。

單柱塞會有出料脈動現(xiàn)象；采用三柱塞可以使出料均勻。均質(zhì)閥門

實驗表明：當從高壓200atm下降到常壓時，流體中粒子破碎不理想。因此，目前均質(zhì)機的均質(zhì)閥門做成二級，第一級是完成從200atm到35atm過程，主要是破碎微?；蛑厩?；第二級完成從35atm到1atm過程，主要是把已破碎微粒或脂肪球均勻分散到液體中。2.3.3高壓均質(zhì)機使用技術問題

為了更好地實現(xiàn)對物料均質(zhì)，被均質(zhì)物料溫度最好選在60℃；由于高壓泵的柱塞與缸體摩擦發(fā)熱，需用冷卻水進行冷卻；起動初期，因高壓泵產(chǎn)生壓力低，物料均質(zhì)不理想，故這部分物料要經(jīng)過回路送回進料口。2.4膠體磨2.4.1膠體磨結構膠體磨主要由固定磨和旋轉(zhuǎn)磨組成，兩磨有配合錐度，間隙可通過升降固定磨來調(diào)節(jié)。兩磨表面各分三段，分別開有與其軸線成一定角度的矩形槽。三段區(qū)域中，下一段的槽尺寸比上一段的槽小。固定磨和旋轉(zhuǎn)磨上的槽的傾斜方向一般相反。動畫轉(zhuǎn)盤固定盤2.4.2膠體磨工作原理物料在重力作用下，通過間隙。由于動盤磨高速回轉(zhuǎn)，附在動盤磨表面的物料速度最大，而附在靜盤磨的物料速度為零，其間產(chǎn)生急劇的速度梯度，從而，物料受到強烈的剪力、摩擦、擠壓和湍流騷擾，進行破碎、分散、混合和乳化均質(zhì)。2.4.3膠體磨特點(1)結構簡單、操作方便，保養(yǎng)清洗容易。(2)主要利用剪切作用進行均質(zhì)，適于高黏度物料。臥式乳化性能好，適合黏度較低的料液；立式粉碎能力強，適合黏度較高(>1Pa.s)的物料。(3)轉(zhuǎn)速高，要求動盤磨平衡性好。(4)料液進入磨盤工作間隙時易夾帶大量空氣，需增加脫氣工序。第三節(jié)食品成型機械1）食品成型方式在這一節(jié)，主要介紹大塊物料成小塊物料的機械1.1物料切割與粉碎的目的改善原料的加工性能;破壞細胞壁結構，便于胞內(nèi)產(chǎn)物排出，如淀粉和蛋白質(zhì)的提?。辉龃蟊缺砻娣e，提高食物的消化吸收率；選擇性破碎，以分別進行不同成分的利用或分離。改善產(chǎn)品的感官質(zhì)量；便于充填、包裝。1.2物料尺寸減小的基本方法擠壓：利用低速運動的鈍工作面擠壓物料使之產(chǎn)生彈性變形、塑性變形直至破裂或破碎。破碎料粒度不均勻，適合淀粉含量高的堅硬脆性物料。剪切：利用中低速的利刃壓入、高速利刃切入或小間隙低速相對運動的兩鈍刃剪切使物料斷裂。破碎均勻，斷面整齊，適合纖維性或含水量較高的韌性或低強度脆性物料。研磨：利用粗糙工作面并在一定壓力作用下，在垂直于壓力方向上與物料相對運動，形成擠壓與剪切綜合作用，使物料內(nèi)部產(chǎn)生裂紋而破碎或逐層剝落而破碎。破碎粒度不均勻，適合韌性物料。沖擊：利用物料與工作部件或物料與物料間的高速相對運動產(chǎn)生撞擊，使物料內(nèi)部產(chǎn)生拉應力而破碎。破碎料粒徑分布寬，適合淀粉含量高的脆性物料。劈裂：利用低速刃口壓入，使物料內(nèi)部產(chǎn)生應力集中及裂紋擴展而破碎，破碎粒度大且不均勻，適合脆性物料。折斷：通過低速工作部件使物料產(chǎn)生彎曲變形直至折斷，粉碎度低，適于長度尺寸較大或厚度尺寸較小的脆性物料。鋸切：利用齒形利刃在一定壓力下中低速運動使物料逐層斷開而破碎，適合含水量較高的纖維性物料、高韌性物料或高強度物料的截斷。2）大塊成小塊成型機械2.1打漿機

打漿機主要用于：a)原料軟的、纖維少的物料做成漿（醬），如把果實制成果醬；b)果核、果皮與果肉汁分離。2.1.1打漿機工作原理

物料受高速回轉(zhuǎn)的打板的打擊而成漿狀，漿汁穿過圓筒篩進入收集槽，而果渣皮及果核則從出渣口排出。2.1.2打漿機結構工作過程：果蔬入進料斗，經(jīng)破碎漿初步破碎，由打板打擊進一步破碎并沿軸向移動，沿篩孔內(nèi)壁移動中被孔刃破碎，漿汁通過篩孔，果渣從出料口排出。篩網(wǎng)圓筒：用螺栓把上、下兩半圓筒聯(lián)接組成，圓筒上開有許多小孔，孔徑0.3~0.8mm。為了增加圓筒強度，在圓筒上需焊上多條加強筋。

棍棒：中間夾有食品級橡膠的不銹鋼制成。棍棒用螺栓及夾持器與回轉(zhuǎn)軸聯(lián)接。

棍棒與回轉(zhuǎn)軸中心線在空間上有一夾角α，稱為導程角。導程角對物料打漿時間影響很大導程角與物料打漿時間關系：V—物料圓周速度；V1—物料沿棍棒運動線速度；—物料沿棍棒運動時間；L—棍棒長度；D—篩筒直徑導程角是可調(diào)節(jié)，從上式看出：越大，物料在機器中的停留時間就越短，反之亦然。不同的物料，對應有最佳的導程角。但由于篩網(wǎng)圓筒的限制，導程角一般在0°7°調(diào)整。影響物料打碎程度的因素①物料的成熟度。成熟度越高，易打碎。②軸的轉(zhuǎn)速即刮轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速快，則物料打碎的時間短。③篩孔直徑，直徑大，打碎的程度差。④有效面積系數(shù)。系數(shù)大，物料打碎的時間短。⑤導程角大小。導程角大，物料在設備中停留的時間亦短。⑥刮板與篩筒內(nèi)壁之間的距離。距離大，打碎的程度差。2.2切割機2