第四章 混合 乳化

第四章混合乳化第一頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五混合乳化

4.1混合4.2乳化第二頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五混合乳化

4.1混合

混合是借助機(jī)械方法或物理方法將兩種或兩種以上不同物料互相混雜，使各組分濃度達(dá)到一定的均勻度?；旌系慕Y(jié)果得到混合物，食品生產(chǎn)中的許多物料都是以各種組分的混合物形式出現(xiàn)的?；旌衔锓譃閮深?，即均相混合物和非均相混合物，其狀態(tài)可能是氣相，也可能是液相或固相?；旌喜僮髦饕糜谥苽渚嗷旌衔铮ㄈ缛芤海?，其制備方法簡(jiǎn)單，只需攪拌甚至可能不用攪拌而僅依靠分子間的擴(kuò)散與自然對(duì)流相結(jié)合的方法即能實(shí)現(xiàn)。第三頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五混合乳化4.1.1混合的基本理論

1．混合機(jī)理兩種或兩種以上物質(zhì)由局部到整體均勻的混合狀態(tài)，這一混合過程的機(jī)理有三種：（1）對(duì)流混合

依靠外力作用，使混合器運(yùn)動(dòng)部件與物料發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，促使混合物各組分發(fā)生強(qiáng)烈位移，最終達(dá)到均勻混合的目的；如攪拌器的攪拌混合即屬于對(duì)流混合；（2）擴(kuò)散混合

隨著混合過程的進(jìn)行，混合物中的組分以分子擴(kuò)散形式由濃度高處向濃度低處運(yùn)動(dòng)，此過程稱為擴(kuò)散混合，對(duì)于液體混合物的混合，對(duì)流混合的同時(shí)，常伴有分子擴(kuò)散混合。與對(duì)流混合相比，擴(kuò)散混合速度較慢。第四頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五混合乳化

（3）剪力混合

對(duì)粘度高的物料，由于其流動(dòng)性差，只能通過剪力作用使其團(tuán)狀或厚層狀組分相互滑動(dòng)，并拉成越來越薄的料層，增加組分間的接觸面達(dá)到混合的目的，此過程稱為剪力混合。如絞肉機(jī)、和面機(jī)就是通過擠壓破碎達(dá)到剪切混合效果的。上述三種混合機(jī)理可能同時(shí)存在，但常以一種形式為主。第五頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五混合乳化

2．混合物的混合程度及混合要求

混合操作的最終結(jié)果是使混合物達(dá)到一定的均勻度。均勻度是指一種或幾種組分經(jīng)過混合所達(dá)到的分散的均勻程度。混合物的混合程度是以均勻度來衡量的，而均勻度的表征參數(shù)有兩個(gè)：第六頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五混合乳化（1）分離尺度以混合后各局部區(qū)域某組分的體積的平均值來表示混合物的均勻性，稱為分離尺度。（2）分離強(qiáng)度以混合后各局部區(qū)域某組分的濃度與該組分在混合物中的平均濃度之間的偏離程度來表示混合物的均勻性，稱為分離強(qiáng)度。分離尺度越小、分離強(qiáng)度越小，表明該混合越均勻，反之，混合效果越差。第七頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五混合乳化4.1.2混合操作在食品生產(chǎn)中的應(yīng)用

混合操作在食品生產(chǎn)中的應(yīng)用主要有以下兩項(xiàng)：

①制備均相混合物：食品多由若干成分配制而成，這些成分均需均勻混合。

②混合作為輔助操作，有利于傳熱、傳質(zhì)?；旌喜僮骺墒刮锪现g有良好的接觸，促進(jìn)傳熱、傳質(zhì)等物理過程的進(jìn)行。如醪液的加熱或冷卻、糖的溶解、活性碳脫色等。第八頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五混合乳化4.1.3混合操作及設(shè)備

1．液一液攪拌混合操作液體的混合是對(duì)中、低粘度液體或液相懸浮系通過機(jī)械攪拌使物料發(fā)生湍動(dòng)，從而使混合物各組分趨于均勻的操作。液一液攪拌混合系統(tǒng)一般包括：①圓筒形容器，稱為攪拌槽；②機(jī)械攪拌器，稱為葉輪；③其他部件如攪拌軸、測(cè)溫裝置、取樣裝置等；第九頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五混合乳化

2．液一液攪拌混合常用攪拌裝置攪拌系統(tǒng)中最主要的部件是攪拌葉輪。常用的攪拌器根據(jù)葉輪構(gòu)造不同可分為三類：即平漿式攪拌器、旋漿式攪拌器和渦輪式攪拌器。（1）平漿式攪拌器

如圖4-1所示，平漿式攪拌器屬于低速攪拌器，轉(zhuǎn)速為20～80r/min。通過攪拌使流體沿直徑方向的流動(dòng)（亦稱為徑向流動(dòng)）較強(qiáng)，而沿軸向方向的流動(dòng)（亦稱為軸向流動(dòng)）較弱，為此常在容器內(nèi)加擋板來強(qiáng)化軸向流動(dòng)效果。平漿式攪拌器構(gòu)造簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛，適用于粘稠液體及一般液體物料的攪拌。第十頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五混合乳化

圖4-1平漿式攪拌器

第十一頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五混合乳化（2）旋漿式攪拌器

如圖4-2所示，旋漿式攪拌器屬于高速攪拌器，其轉(zhuǎn)速最高可達(dá)1500r/min。這種攪拌器主要使流體產(chǎn)生軸向流，為強(qiáng)化混合效果可使?jié){葉傾斜一定角度或在容器內(nèi)加擋板。該攪拌器適用于對(duì)中、低粘度液體及互不相溶物系的混合。

第十二頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五混合乳化

圖4-2旋漿式攪拌器1軸2槳葉3螺母4鍵

第十三頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五混合乳化（3）渦輪式攪拌器

如圖4-3所示，渦輪式攪拌器與平漿式攪拌器相似，只是葉片多而短。其轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)速為30～500r/min。這種攪拌器可使流體產(chǎn)生較強(qiáng)的徑向流和切向流，如再加設(shè)擋板又會(huì)強(qiáng)化軸向流動(dòng)，因此，渦輪式攪拌器攪拌效率較高，但其制造復(fù)雜，價(jià)格較高。渦輪式攪拌器適用于中等粘度液體的混合。第十四頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五混合乳化

圖4-3渦輪式攪拌器第十五頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五混合乳化4.2乳化

4.2.1乳化的基本理論

乳化是一種特殊的混合操作，乳化操作包含粉碎和混合操作。乳化是使兩種通常不互溶液體，進(jìn)行密切混合，使一種液體粉碎成小球滴后分散到另一種液體之中的操作過程。乳化操作的產(chǎn)物稱為乳化液，乳化液是一種不穩(wěn)定體系，為得到所需類型的乳化體系和必要的體系穩(wěn)定性，乳化時(shí)除必要的機(jī)械力使液滴破碎（即均質(zhì)）和操作條件控制外，一般還要加適當(dāng)助溶劑，即乳化劑。乳化操作在食品工業(yè)中應(yīng)用很廣泛。應(yīng)用乳化技術(shù)可使天然存在的食品乳化液更加穩(wěn)定。如牛奶經(jīng)均質(zhì)、乳化處理后可避免奶油和脫脂奶分層現(xiàn)象，提高了感官質(zhì)量。第十六頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五混合乳化4.2.2乳化液的類型和穩(wěn)定性

1．乳化液的類型食品乳化液通常有兩種類型，即以油為分散相、水為連續(xù)相的水包油型（O/W）和以水為分散相、油為連續(xù)相的油包水型（W/O）。牛奶和冰淇淋為典型的水包油型乳化體系，乳酪和人造奶油是典型的油包水型乳化產(chǎn)品。乳化液中分散液滴的直徑一般在0.1～1.0μm之間。第十七頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五混合乳化

2．乳化液的穩(wěn)定性由于油、水密度不同且不互溶，致使乳化液不穩(wěn)定，即它在重力場(chǎng)或其它力場(chǎng)中遲早會(huì)分層，亦即輕相（油）上浮，重相（水）沉降。乳化液的穩(wěn)定性是相對(duì)的，通常以乳化液中分散相的分層和聚合的速度來衡量乳化液的穩(wěn)定性。分散相液滴的沉降或上浮速度可由斯托克斯定律討論，其計(jì)算式如下

（4-1）式中

u0—

液滴的沉降（上?。┧俣龋琺/s；

ρ、ρ0—分散相（液滴）、連續(xù)相的的密度,kg/m3；d—液滴的直徑,m；

μ—連續(xù)相的的粘度，Pa?s。第十八頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五混合乳化液滴的沉降（上浮）速度是乳化液產(chǎn)生分層現(xiàn)象的直接原因，由式4-1知，u0與d2成正比，為使沉降速度變小，必須使d減小，即使分散相的液滴微粒化，這樣才能使乳化液在足夠長(zhǎng)的期間內(nèi)基本保持產(chǎn)品的原狀，但分散相液滴始終存在互相凝聚成大液滴趨勢(shì)，也同樣會(huì)出現(xiàn)分層。因此，為了增加乳化液的穩(wěn)定性，除使分散相液滴充分微滴化（均質(zhì)）以外，常需加入第三種物質(zhì)（即乳化劑），以消除兩相間存在的界面張力。.第十九頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五混合乳化4.2.3乳化劑的作用

乳化劑的作用主要有三方面：1．降低兩相間的界面張力，使兩相接觸面積增加，促進(jìn)乳化液微?；⒕|(zhì)化；2．利用離子性乳化劑與液滴的吸附作用，使液滴帶上同種電荷，加強(qiáng)了液滴間的相互排斥力，從而阻止液滴的凝聚；3．乳化劑具有親水性和親油性，在液滴油水界面形成吸附層，對(duì)液滴起保護(hù)作用。第二十頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五混合乳化4.2.4乳化液的制備及乳化設(shè)備

1．乳化液的制備乳化液制備方法主要有凝聚法和分散法兩種。凝聚法是將以分子狀態(tài)分散的液體凝聚成適當(dāng)大小的液滴的方法。分散法是將一種液體加到另一種液體中同時(shí)進(jìn)行強(qiáng)烈攪拌而生成乳化分散物的方法，它是以機(jī)械力強(qiáng)制作用使大液滴群不斷分裂為微滴群的過程，工業(yè)上主要應(yīng)用此法。

2．乳化設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中乳化液的制備多采用分散法，即借助機(jī)械力（攪拌力、剪切力等）作用對(duì)兩種不互溶液體進(jìn)行乳化分散的方法。常用的的乳化設(shè)備有高速攪拌器、均質(zhì)機(jī)、膠體磨、超聲波乳化器等。第二十一頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五混合乳化（1）高速攪拌器

它是依靠攪拌器的攪拌力進(jìn)行乳化分散的設(shè)備，其原理與攪拌設(shè)備原理相同。（2）均質(zhì)機(jī)

生產(chǎn)中常用的均質(zhì)機(jī)為高壓均質(zhì)機(jī)，它是利用高壓的作用，使料液中的大液滴破碎成微滴，從而達(dá)到料液的組成均勻一致。第二十二頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五混合乳化a．均質(zhì)機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理高壓均質(zhì)機(jī)主要部件是高壓泵和均質(zhì)閥。高壓泵采用柱塞式往復(fù)泵，為保證料液連續(xù)均勻排出，通常采用三柱塞式往復(fù)泵，其排液量如圖4-4所示。均質(zhì)閥安裝在高壓泵的排出管路上，由調(diào)節(jié)手柄控制螺旋彈簧對(duì)閥心的壓力，達(dá)到調(diào)節(jié)流體壓力的作用，均質(zhì)閥處料液通道是環(huán)形通道，環(huán)形通道的間隙很小，可以達(dá)到液滴破碎及均勻分散的目的。如圖4-5所示為雙級(jí)均質(zhì)閥工作示意圖，在第一級(jí)中，流體壓力為200～250atm，其作用是使液滴破碎，第二級(jí)流體壓力為35atm左右，可以使液滴分散。第二十三頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五混合乳化圖4-4三柱塞式往復(fù)泵排液量圖

第二十四頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五混合乳化圖4-5雙級(jí)均質(zhì)閥工作示意圖(a)工作原理(b)雙級(jí)系統(tǒng)1閥座2閥盤3擋板環(huán)4彈簧5調(diào)節(jié)手柄6第一級(jí)閥7第二級(jí)閥

第二十五頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五混合乳化原料經(jīng)高壓泵加壓后，由排出管道進(jìn)入均質(zhì)閥，在均質(zhì)閥處由于壓差很大及料液通道小等原因使流體發(fā)生湍流流動(dòng)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的撞擊及剪切作用，使液滴破裂達(dá)到乳化效果。b．均質(zhì)機(jī)的適用范圍均質(zhì)機(jī)適用于粘度較低的物料的乳化。第二十六頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五混合乳化

3．膠體磨膠體磨是一種主要依靠剪力作用，使流體物料得到精細(xì)粉碎和微粒處理的設(shè)備。其主要部件是固定件和轉(zhuǎn)動(dòng)件，二者之間間隙可以調(diào)節(jié)。工作時(shí)，料液由間隙流入，并由轉(zhuǎn)動(dòng)件帶動(dòng)進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，使物料產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍動(dòng)并產(chǎn)生剪切作用，達(dá)到液滴破碎及乳化效果。膠體磨適用于粘度較高的物料的乳化。其結(jié)構(gòu)圖如4-6所示。第二十七頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五混合乳化