加工篇第一章第二节

加工篇第一章第二节混合与均质机械

1）混合机械混合过程：指在外力作用下，两种或两种以上不同组分物料的粒子位置重新配置而呈现均匀分布状态的操作。混合包括气液混合、固固混合、固液混合、液液混合以及固体-液体-气体三相混合。一般以液体为主的物料混合称搅拌；以固体为主的物料混合称混合。以粘稠团块物料为主要混合对象的称为捏合(或调和)混合目的：获得均匀的混合料、强化热交换过程、增强物理和化学反应。1.1混合原理对流混合：对互不相容组分，依靠搅拌作用使物料各部分做相对运动而混合。剪切混合：因对流形成剪切面的滑移，物料中的粒子在剪切面上的冲撞和嵌入作用而引起的局部混合。扩散混合：对互溶组分，在混合过程中，以分子扩散形式向四周做无规则运动，从而增加两个组分间的接触面积，缩短了扩散平均自由程，达到均匀分布状态。1.2气液混合机械液体的碳酸化是气液混合的典型，是CO2溶解到无菌水中的过程。气液混合原理：由亨利定律，气体溶解在液体中，在一定温度条件下，在一定量的液体中溶解的气体量，与液体保持平衡时气体压力成正比。

要获得理想的CO2溶解度，就必须综合考究压力与温度。单独地提高压力，必须对容器强度提出更高要求，增加容器制造成本，而单独地降低水温，会使制冷系统负荷增大。单位CO2压力(Kgf/cm2)温度（°C）备注亚洲汽水厂718在室温下混合普通汽水厂4~54~5碳酸化机械就CO2气体与水的接触形式分，有三种：薄膜式、喷雾式、喷射式。薄膜式:碳酸化过程在一个密闭的压力容器内进行。CO2经阀门向容器输送，充满整个容器。内压控制在0.4~0.6Mpa。经过冷却的水用泵压入容器内，

由一直立管上口溢出。在直立管上固定有几组一反一正扣在一起的圆盘(成膜圆盘)。溢出水均匀落在圆盘表面上，形成一层薄的水膜，这些水膜的表面就是二氧化碳和水的接触表面，在水成膜状流动的过程中，完成碳酸化。喷雾式结构介绍：碳酸化罐的外罩用钢板焊接而成。内筒为不锈钢胆，要求具有足够的耐压强度。内筒和外罩夹层间填有隔热材料。内筒四周分别装有进二氧化碳气体的止逆阀、液位指示器、放气阀以及安装在顶部的压力表。二氧化碳气体止逆阀的作用是限制二气化碳气体逆流。压力表用于直接观察碳酸化罐内的压力，一般不超过0.8Mpa。放气阀门是用来放出桶内出现的空气，以保证碳酸化效果。液位指示器可以使操作者随时了解碳酸化罐内的液位情况。喷射式处理水由泵加压入碳酸化器，液体通道中设文氏喷射管，当水经过文氏管的喉部时，水流速度剧增，水的内部压力下降，形成低压区，二氧化碳气体由此得吸入；同时喷嘴出口处的环境压力与水压有较大压力差，为维持平衡，使水爆裂成很细小的水滴；且水与二氧化碳有很大的相对速度，使水滴变得更加细微。1.3.固固混合机械混合：将两种或两种以上的粉料颗粒通过流动作用，使之成为组分浓度均匀的混合物。混合操作都并存对流、扩散和剪切三种方式。因机型结构和物料的物性不同，使某一种混合方式起主导作用。影响混合效果的因素有：(1)粉料的物料特性。包括大小、形状、密度、附着力、表面粗糙程度、流动性、含水量和结块倾向等。(2)搅拌方式。按容器运动方式不同，分为固定容器式和旋转容器式。按混合操作型式，分间歇操作式和连续操作式。固定容器式混合机有间歇与连续两种操作型式。而旋转容器式混合机常为间歇式。间歇式混合机易控制混合质量，可适应粉粒物料配比经常改变的情况。1.3.1回转容器式(一)混合原理以扩散混合为主。通过容器的旋转形成垂直方向运动，使被混合粉料在器壁或容器内的固定抄板上引起折流，造成上下翻滚及侧向运动，不断进行扩散，而达到混合目的。(二)类型(1)倾筒式混合机

结构：水平式装料量为圆筒容积的30%，斜置式可达60%。(2)对锥式混合机

结构：混合容器是由两个锥筒和一段短柱筒焊接而成，其锥角有900和600两种。操作时，粉料在容器内翻滚强烈，由于流动断面的不断变化，能够产生良好的横流效应。特点：对流动性好的粉料混合较快，功率消耗低。转速较低，一般约5~20r/min，混合时间约为5~20min，混合量约占容器体积的50%~60%。(3)V型混合机结构：旋转容器是由两段圆筒以互成一定角度的V形连接，两筒轴线夹角在600~900之间，两筒连接剖面与回转轴垂直。这种混合机的工作转速在6~25r/min之间，混合时间约为4min，粉料混合量占容积体积的10%~30%左右。动画1.3.1固定容器式(一)特点(1)容器固定，旋转搅拌器装于容器内部；(2)以对流混合为主；(3)容器底部物料被搅拌器带向容器上部，上部物料因重力作用下落，并产生侧向运动。

(4)适用于物理性质差别及配比差别大的散料的混合。(二)类型(1)卧式螺旋环带式混合机混合原理：利用搅拌器产生的纵向和横向的复合运动来混合粉料。同一轴上装有旋向相反的几条螺带，正向螺带使粉料往一端移动，而反向螺带则使粉料向相反一端移动，被混合的粉料不断重复分散和集聚，可达到较好的混合效果。正反向螺带存在轴向速度差。动画(2)行星锥形混合机特点：搅拌器作行星运动→粉料既产生垂直方向的流动，又产生水平方向的位移，并且能消除壁附近的滞流层。因此混合速度快、混合效果好。应用：适用于高流动性粉料及粘滞性粉料的混合，但不适用于易破碎物料的混合操作。在食品工业中广泛应用于专用面粉(如营养自发粉、多维粉)等粉料的混合操作中。整个机构的传动路线为：图

行星运动螺旋混合机(1)混合机结构

(2)传动机构1—主轴，2—圆柱齿轮，4—蜗杆，5—蜗轮，6—转臂，7—转臂体，8、9、11、12、13、14—圆面积锥齿轮，10—转臂轴，15—搅拌器齿轮2/齿轮3蜗杆4/蜗轮5转臂6螺旋搅拌器公转圆锥齿轮8/圆锥齿轮9圆锥齿轮11/圆锥齿轮12圆锥齿轮13/圆锥齿轮14螺旋搅拌器自转轴11.3固液混合机械1.3.1固液混合目的

a)强化热交换过程；

b)取得一种均匀的物相。

c)加速溶解和分散过程1.3.2固液混合机械一般地，固液混合机械=容器+搅拌器，搅拌器有桨式（框式、锚式）、旋浆式、涡轮式、行星式、Z型桨式。

1.3.3搅拌器类型(1)桨叶式搅拌器平板型：用于阻抗小的低黏度液体。多段型：用于油脂的脱酸、脱色、脱臭，效果甚佳。锚型：用于促进热交换和搅动容器内的沉淀物。栅格型：用于高黏度液体的搅拌。对向型：具有集中的剪切力，可提高容器侧壁和半球形容器底部物料的搅拌效果。马蹄型：适用于黏度为1~10Pa.s的液体，用在调味汁、果酱、冰淇淋中。平板型、栅格型一般转速为20~150RPM，叶轮直径为容器直径的1/2~3/4。锚型的外型与容器底部相似，到容器底部间距为30~50mm，转速为50~70RPM。浆叶式搅拌器的特点：结构简单、易于制造、适用性广，但混合效果差、局剪切作用弱、不易发生乳化作用。(2)涡轮式搅拌器特点：混合生产能力较高，搅拌效率高；有较高的局部剪切效应，排出性能好，容易清洗；常用于制备低粘度的乳浊液、悬浮液和固体溶液。在食品工业中用得较多。搅拌器轴线可与容器轴线成0°或45°角，搅拌器与容器轴线成45°角多用在溶糖缸。动画(3)

旋浆式搅拌器旋浆式搅拌器叶轮呈螺旋桨结构，叶片呈纽曲状。旋浆叶片直径为容器直径的1/3~1/4；生产能力较高，适合低粘度和中等粘度液体的搅拌，对制备悬浮液和乳浊液较理想。动画液体做螺旋形旋转运动,并受到强烈的切割和剪切作用。常常会卷入空气形成气泡和离心涡漩。浆叶形状和螺旋浆相似，可用在需要高速搅拌的场合，转速最高可达1500r/min。1.4捏和机1.4.1捏和原理通过浆叶移动对物料进行挤压与剪切，促使物料自身出现拉延、撕裂、折叠、包裹、嵌入等变化，如此反复，经过一段时间即可得到合格的均匀产品。捏和操作同时存在对流、剪切和扩散三种混合方式，但以剪切为主，工作间隙及浆叶形状对捏合效果影响大。通常用来处理黏度极高的非牛顿流体或塑性固体，如面团、蜂蜜、巧克力制品、鱼肉香肠、人造奶油等。1.4.2典型捏和机(1)打蛋机通过搅拌器的高速旋转强制搅打，使物料充分接触与剧烈摩擦，实现对物料的混合、乳化、充气及排除部分水分，从而满足某些食品加工的特殊要求。如生产砂型奶糖，充气糖果等。主要结构有搅拌器、容器、传动装置、和容器升降机构等组成。搅拌浆叶的类型：S钩形：混合高黏度物料和含有少量液体的黏性食品。笔尖形：适于低黏度物料的搅拌。由不锈钢丝组成筐形结构。拍形：适于中等黏度物料的调和(如糖浆、蛋白浆)。钩形：用于高黏度物料的调和(如面团等)。搅拌头采用行星传动，既有自转又有公转。(2)双臂式捏和机又称Z形捏和机工作部件为转子，安装形式有相切安装和相交安装。相切安装：两转子外缘运动迹线相切，转向和转速可单独设置，有三个捏合区，具有强剪切作用和良好的捏和性能。相交安装：两转子外缘运动迹线相交，须同步运动，剪切和挤压作用仅发生在转子与机槽壁之间。捏和转子结构：单螺棱形能产强大的剪切作用，需成对使用。爪形有较好的破碎能力；三棱形有很强的剪切分散作用，物料轴向移动较小，类螺带形混合强度低，适用于轻载混合。1.5固液混合搅拌器选型应满足的原则：动力消耗小、搅拌效果好、结构简单、安全可靠。选型方法有三种，即:1.5.1按物料黏度选(P168)

物料黏度对搅拌状态具有很大影响，是选型的首要依据。1.5.2按搅拌过程的目的选自学

1.5.3按操作目的和主要影响因数选自学2）均质机械2.1食品均质目的

a)防止料液中的微粒或脂肪球上浮与沉降。

b)对冰淇淋，可使组织细腻，形体润滑松软，增强稳定性和持久性。

c)能促进果汁中果肉果胶的渗出，使果胶与果汁亲和、均匀而稳定分散在果汁中。2.2均质机械的作用机理剪切作用：当高速流体突然收缩，流体中微粒上、下端存在速度梯度，流体对粒子作用拖曳力，粒子首先在拖曳力作用下拉长，后被高速流体冲断。碰撞作用：高速运动物料在碰撞过程中，动能、动量变化，产生物料分散。空穴作用：液滴因内部汽化膨胀使得液膜产生拉应力而破碎并分散.2.3高压均质机2.3.1工作原理

物料在高压条件下，通过可调节间隙的环形泄放口，在高速流动时剪切效应、高速喷射时的撞击效应、瞬间失压时的气穴及湍流效应三重作用下，使物料达到超细粉碎,从而将互不相溶的液－液或液－固悬液均质成液－液乳化液或液－固悬浮分散体。以剪切作用为主、碰撞作用次之。动画单级均质阀结构双级均质阀工作原理：

图1:物料尚未通过工作阀；图2:物料通过一级和二级均质阀

当物料尚未通过工作阀时，一级均质阀和二级乳化阀的阀芯和阀座在F1和F2的作用下均紧密地贴合在一起。物料通过工作阀时(如图2)，阀芯和阀座都被物料强制地挤开一条狭缝，并产生压力P1和P2以平衡F1和F2。物料通过一级均质阀时，压力从P1突降至P2，使得在阀芯、阀座和冲击环三者组成的狭小区域内产生类似爆炸效应的强烈的空穴作用，同时伴随着物料通过阀芯和阀座间的狭缝产生的剪切作用以及与冲击环撞击产生的高速撞击作用，如此强烈地综合作用，从而使颗粒得到超微细化。一般来说，P2的压力(即乳化压力)调得很低，二级乳化阀的作用主要是使已经细化的颗粒分布得更加均匀一些。动画二级均质阀结构2.3.2高压均质机结构高压均质机=柱塞式高压泵+均质阀门

三柱塞高压泵柱塞式高压泵：

它是依靠柱塞往复运动，而改变容积，产生吸液和排液，排出液体压力达200atm。高压泵进、出阀门是易损件。

单柱塞会有出料脉动现象；采用三柱塞可以使出料均匀。均质阀门

实验表明：当从高压200atm下降到常压时，流体中粒子破碎不理想。因此，目前均质机的均质阀门做成二级，第一级是完成从200atm到35atm过程，主要是破碎微粒或脂肪球；第二级完成从35atm到1atm过程，主要是把已破碎微粒或脂肪球均匀分散到液体中。2.3.3高压均质机使用技术问题

为了更好地实现对物料均质，被均质物料温度最好选在60℃；由于高压泵的柱塞与缸体摩擦发热，需用冷却水进行冷却；起动初期，因高压泵产生压力低，物料均质不理想，故这部分物料要经过回路送回进料口。2.4胶体磨2.4.1胶体磨结构胶体磨主要由固定磨和旋转磨组成，两磨有配合锥度，间隙可通过升降固定磨来调节。两磨表面各分三段，分别开有与其轴线成一定角度的矩形槽。三段区域中，下一段的槽尺寸比上一段的槽小。固定磨和旋转磨上的槽的倾斜方向一般相反。动画转盘固定盘2.4.2胶体磨工作原理物料在重力作用下，通过间隙。由于动盘磨高速回转，附在动盘磨表面的物料速度最大，而附在静盘磨的物料速度为零，其间产生急剧的速度梯度，从而，物料受到强烈的剪力、摩擦、挤压和湍流骚扰，进行破碎、分散、混合和乳化均质。2.4.3胶体磨特点(1)结构简单、操作方便，保养清洗容易。(2)主要利用剪切作用进行均质，适于高黏度物料。卧式乳化性能好，适合黏度较低的料液；立式粉碎能力强，适合黏度较高(>1Pa.s)的物料。(3)转速高，要求动盘磨平衡性好。(4)料液进入磨盘工作间隙时易夹带大量空气，需增加脱气工序。第三节食品成型机械1）食品成型方式在这一节，主要介绍大块物料成小块物料的机械1.1物料切割与粉碎的目的改善原料的加工性能;破坏细胞壁结构，便于胞内产物排出，如淀粉和蛋白质的提取；增大比表面积，提高食物的消化吸收率；选择性破碎，以分别进行不同成分的利用或分离。改善产品的感官质量；便于充填、包装。1.2物料尺寸减小的基本方法挤压：利用低速运动的钝工作面挤压物料使之产生弹性变形、塑性变形直至破裂或破碎。破碎料粒度不均匀，适合淀粉含量高的坚硬脆性物料。剪切：利用中低速的利刃压入、高速利刃切入或小间隙低速相对运动的两钝刃剪切使物料断裂。破碎均匀，断面整齐，适合纤维性或含水量较高的韧性或低强度脆性物料。研磨：利用粗糙工作面并在一定压力作用下，在垂直于压力方向上与物料相对运动，形成挤压与剪切综合作用，使物料内部产生裂纹而破碎或逐层剥落而破碎。破碎粒度不均匀，适合韧性物料。冲击：利用物料与工作部件或物料与物料间的高速相对运动产生撞击，使物料内部产生拉应力而破碎。破碎料粒径分布宽，适合淀粉含量高的脆性物料。劈裂：利用低速刃口压入，使物料内部产生应力集中及裂纹扩展而破碎，破碎粒度大且不均匀，适合脆性物料。折断：通过低速工作部件使物料产生弯曲变形直至折断，粉碎度低，适于长度尺寸较大或厚度尺寸较小的脆性物料。锯切：利用齿形利刃在一定压力下中低速运动使物料逐层断开而破碎，适合含水量较高的纤维性物料、高韧性物料或高强度物料的截断。2）大块成小块成型机械2.1打浆机

打浆机主要用于：a)原料软的、纤维少的物料做成浆（酱），如把果实制成果酱；b)果核、果皮与果肉汁分离。2.1.1打浆机工作原理

物料受高速回转的打板的打击而成浆状，浆汁穿过圆筒筛进入收集槽，而果渣皮及果核则从出渣口排出。2.1.2打浆机结构工作过程：果蔬入进料斗，经破碎浆初步破碎，由打板打击进一步破碎并沿轴向移动，沿筛孔内壁移动中被孔刃破碎，浆汁通过筛孔，果渣从出料口排出。筛网圆筒：用螺栓把上、下两半圆筒联接组成，圆筒上开有许多小孔，孔径0.3~0.8mm。为了增加圆筒强度，在圆筒上需焊上多条加强筋。

棍棒：中间夹有食品级橡胶的不锈钢制成。棍棒用螺栓及夹持器与回转轴联接。

棍棒与回转轴中心线在空间上有一夹角α，称为导程角。导程角对物料打浆时间影响很大导程角与物料打浆时间关系：V—物料圆周速度；V1—物料沿棍棒运动线速度；—物料沿棍棒运动时间；L—棍棒长度；D—筛筒直径导程角是可调节，从上式看出：越大，物料在机器中的停留时间就越短，反之亦然。不同的物料，对应有最佳的导程角。但由于筛网圆筒的限制，导程角一般在0°7°调整。影响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轴的转速即刮转速，转速快，则物料打碎的时间短。③筛孔直径，直径大，打碎的程度差。④有效面积系数。系数大，物料打碎的时间短。⑤导程角大小。导程角大，物料在设备中停留的时间亦短。⑥刮板与筛筒内壁之间的距离。距离大，打碎的程度差。2.2切割机2