食品機(jī)械與設(shè)備第七章

食品機(jī)械與設(shè)備第七章第一頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二第一節(jié)：概論混合是食品加工工藝過(guò)程中重要的單元操作之一。“混合”是使兩種或兩種以上不同組分的物質(zhì)在外力作用下由不均勻狀態(tài)達(dá)到相對(duì)均勻狀態(tài)的過(guò)程。經(jīng)過(guò)混合操作后得到的物料稱為混合物。食品加工中的混合操作的任務(wù)主要是通過(guò)混合獲得化學(xué)、物理均勻度達(dá)到要求的混合產(chǎn)品,比如飲料、乳制品的配制,糖果、糕餅原料的配制,調(diào)味料的配制,營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化處理,添加劑的配制等等均需要經(jīng)過(guò)混合才能獲得質(zhì)地均勻的物料。同時(shí)通過(guò)混合可以實(shí)現(xiàn)某種工藝目的,例如混合在工藝過(guò)程中可以促進(jìn)溶解、結(jié)晶、吸收、浸出、吸附、乳化、生物化學(xué)反應(yīng);防止懸浮物沉淀以及增加加熱和冷卻的均勻性等等。第二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二在食品加工中,一般有以下幾種類型的混合物:固體與固體、固體與液體、液體與液體、液體與氣體物料相混合構(gòu)成的混合物和固體一液體一氣體三類物料構(gòu)成的混合物。固體一固體的混合過(guò)程中,混合純粹是粉粒體之間發(fā)生的物理現(xiàn)象。液體一液體的混合過(guò)程中,物料之間可以有互溶或乳化等物化反應(yīng)現(xiàn)象。固體一液體的混合過(guò)程中,當(dāng)液相多固相少時(shí),可以形成溶液或懸浮液;當(dāng)液相少固相多時(shí),混合的結(jié)果仍然是粉粒狀或是團(tuán)粒狀。當(dāng)液相和固相的比例在某一特定的范圍內(nèi),可能形成粘稠狀物料或無(wú)定形團(tuán)塊(如面團(tuán)),這時(shí)混合的特定名稱可稱為“捏和”或“調(diào)和”,這是一種很特殊的相變狀態(tài)。固體一液體一氣體的混合過(guò)程,是食品生產(chǎn)中特有的混合現(xiàn)象,一部分食品生產(chǎn)中要將空氣或惰性氣體混入物料以增加物料的體積、減小容重并改善物料的質(zhì)構(gòu)、流變特性和口感,如蛋液攪拌、制造充氣糖果和冰淇淋等。第三頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二

在食品加工中,根據(jù)被混合的物料性質(zhì)和狀態(tài),將混合作業(yè)機(jī)械分成混合機(jī)、攪拌機(jī)、捏和機(jī)?；旌衔锪鲜且怨腆w干物料為主的混合作業(yè)機(jī)械稱為混合機(jī);是以較低粘度的液體物料為主的混合作業(yè)機(jī)械叫做攪拌機(jī);是以高粘度稠漿料和粘彈性物料為主的混合作業(yè)的機(jī)械稱作捏合(和)機(jī)。第四頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二第二節(jié)：液體混合機(jī)械與設(shè)備在食品加工中,液體混合主要用于互溶或互不相溶的液體與液體之間的混和,固體懸浮液的制取以及促進(jìn)液體中固體的溶解、強(qiáng)化熱交換的操作中。比如乳液的混和、原料糖漿的制備、糖果生產(chǎn)中的溶糖操作以及蛋品生產(chǎn)中的打蛋操作。其目的在于促進(jìn)物料的傳熱,使物料溫度均勻化:促進(jìn)物料中各成分混合均勻:促進(jìn)溶解、結(jié)晶、浸出、凝聚、吸附等過(guò)程的進(jìn)行;促進(jìn)酶反應(yīng)等生化反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的進(jìn)行。液體的混和常用的設(shè)備是攪拌機(jī)。液體的混合也稱作攪拌。

第五頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二低、中粘度液體混合的強(qiáng)度取決于流型,即對(duì)流的強(qiáng)制程度。低、中粘度液體混合過(guò)程中對(duì)流的形式有主體對(duì)流和渦流對(duì)流。

主體對(duì)流是指在攪拌過(guò)程中,攪拌器把動(dòng)能傳給周圍的液體,產(chǎn)生一股高速的液流,這股液流推動(dòng)周圍的液體,逐步使全部的液體在容器內(nèi)流動(dòng)起來(lái),這種大范圍的循環(huán)流動(dòng)引起的全容器范圍的混合叫做“主體對(duì)流擴(kuò)散”。

渦流對(duì)流是指當(dāng)攪拌產(chǎn)生的高速液流在靜止或運(yùn)動(dòng)速度較低的液體中通過(guò)時(shí),處于高速流體與低速流體的分界面上的流體受到強(qiáng)烈的剪切作用。因此,在此處產(chǎn)生大量的漩渦,這種漩渦迅速向周圍擴(kuò)散,一方面把更多的液體夾帶著加入“宏觀流動(dòng)”中;另一方面又形成局部范圍內(nèi)物料快速而紊亂的對(duì)流運(yùn)動(dòng),這種運(yùn)動(dòng)被稱為“渦流對(duì)流”。第六頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二第七頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二低粘度液體攪拌時(shí),葉片造成的液流有三個(gè)分速度,即軸向速度、徑向速度和切向速度。其中軸向速度和徑向速度對(duì)液體的攪拌混合起著主要作用。在攪拌過(guò)程中,所有葉片都存在切向速度,無(wú)論是槳式、渦輪式或是推進(jìn)式葉輪,只要是安裝在容器中心位置上,而葉輪的旋轉(zhuǎn)速度又足夠高,那么,葉片所產(chǎn)生的切線速度會(huì)促使液體圍繞攪拌軸以圓形軌跡回轉(zhuǎn),形成不同的液流層,同時(shí)產(chǎn)生液面下陷的漩渦(圖7-13)。葉片轉(zhuǎn)速愈高,漩渦愈深,這對(duì)攪拌多相系物料的結(jié)果不是混合而是分層離散。當(dāng)漩渦深度隨轉(zhuǎn)速增加到一定值后,還會(huì)在液體表面吸氣,引起其密度變化和攪拌機(jī)振動(dòng)等現(xiàn)象。為了減少打旋現(xiàn)象,最常用的方法就是在容器壁內(nèi)加設(shè)擋板。

擋板有兩個(gè)作用,一是改變切向流動(dòng),二是增大被攪拌液體的湍動(dòng)程度，從而改善湍動(dòng)效果。

第八頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二第九頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三節(jié)固體混合機(jī)械與設(shè)備

1.混合機(jī)理在食品加工中,固體混合操作常用于原料的配制及產(chǎn)品的制造,如谷物、面粉的混合,粉狀食品中添加輔料和添加劑,固體飲料的制造、湯粉的制造、調(diào)味粉的制造等等。固體物料主要靠機(jī)械外力產(chǎn)生流動(dòng)引起混合。固體顆粒的流動(dòng)性是有限的,流動(dòng)性又主要與顆粒的大小、形狀、相對(duì)密度和附著力有關(guān)?；旌系男问接袑?duì)流混合、擴(kuò)散混合和剪切混合。

第十頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二(1)對(duì)流混合

對(duì)流混合又稱為體積混合或移動(dòng)混合。是指物料在混合容器和攪拌裝置的運(yùn)動(dòng)作用下,各組分物料以成團(tuán)的形式從一處移向另一處而產(chǎn)生的混合現(xiàn)象。這種混合作用通常發(fā)生在混合的初始階段,對(duì)流混合的混合速度較快,但是混合的均勻程度較差。對(duì)流混合在固定容器式混合機(jī)中表現(xiàn)得非常明顯。

(2)擴(kuò)散混合

擴(kuò)散混合又稱為點(diǎn)混合。是指物料由于單個(gè)粒子以分子擴(kuò)散形式向四周作無(wú)規(guī)律運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的混合現(xiàn)象。這種混合作用通常發(fā)生在混合操作的中后期,擴(kuò)散混合的混合速度較慢,但是最終達(dá)到的混合的均勻程度較高,擴(kuò)散混合在旋轉(zhuǎn)容器式混合機(jī)中表現(xiàn)得特別明顯。

第十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二

(3)剪切混合剪切混合又稱為面混合或切變混合。是指物料受剪切作用組分內(nèi)部粒子之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng),物料組分被拉成愈來(lái)愈薄的料層,使組分之間接觸界面愈來(lái)愈大,從而引起的混合現(xiàn)象。剪切混合現(xiàn)象在液體與固體混合的捏和機(jī)和高粘度液體的攪拌機(jī)中表現(xiàn)得特別明顯。

在各種混合設(shè)備的工作過(guò)程中,對(duì)流、擴(kuò)散和剪切混合三種形式同時(shí)存在,只是在不同的機(jī)型、物料性質(zhì)和不同的混合階段所表現(xiàn)的主導(dǎo)混合形式有所不同。在固體混合時(shí),由于固體粒子具有自動(dòng)分級(jí)的特性,混合的同時(shí)常常伴隨著產(chǎn)生離析現(xiàn)象。第十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.混合均勻度的表示方法

混合物的混合均勻程度是衡量混合機(jī)性能好壞的主要技術(shù)指標(biāo)之一。通常用混合物中定量統(tǒng)計(jì)組分含量的變異系數(shù)CV來(lái)衡量。變異系數(shù)是指混合物中定量統(tǒng)計(jì)組分的含量偏離配方要求含量的程度。經(jīng)過(guò)充分混合后,混合物為無(wú)秩序的,不規(guī)則排列的隨機(jī)完全混合狀態(tài)。這時(shí),在混合物內(nèi)任意處的隨機(jī)取樣中,同一種組分的摩爾分?jǐn)?shù)應(yīng)該接近一致。從混合機(jī)中取n個(gè)樣品,每個(gè)樣品中定量統(tǒng)計(jì)組分的摩爾分?jǐn)?shù)分別為x1、x2、…、xN,當(dāng)測(cè)定次數(shù)為有限次數(shù)n時(shí),定量統(tǒng)計(jì)組分摩爾分?jǐn)?shù)的算術(shù)平均值為:標(biāo)準(zhǔn)偏差為則變異系數(shù)為

混合物的變異系數(shù)愈大,則混合均勻程度愈差。

第十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二3.混合過(guò)程在混合操作中,粉料顆粒隨機(jī)分布不規(guī)則具有隨機(jī)性,受混合機(jī)作用,物料流動(dòng),粉料顆粒的自動(dòng)分級(jí)特性引起性質(zhì)不同的顆粒產(chǎn)生離析。因此在任何混合操作中,粉料的混合與離析同時(shí)進(jìn)行,一旦達(dá)到某一平衡狀態(tài),混合程度也就確定了,如果繼續(xù)操作,混合效果的改變也不明顯?；旌线^(guò)程中混合物的混合均勻度與混合時(shí)間的變化關(guān)系曲線稱為混合特性曲線(圖7-13)。第十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二由混合特性曲線可以看出固體混合過(guò)程分為三個(gè)階段,初始階段是混合剛開(kāi)始的一段時(shí)間,混合物的變異系數(shù)在短時(shí)間內(nèi)迅速下降,這一階段以對(duì)流混合為主,離析作用不明顯。接著進(jìn)入混合均勻階段,混合物的變異系數(shù)下降緩慢,在這一階段對(duì)流混合和擴(kuò)散混合共同作用,同時(shí)物料有離析作用發(fā)生。當(dāng)混合物的變異系數(shù)達(dá)到一定數(shù)值時(shí),混合進(jìn)入平衡階段,這一階段混合物的混合作用與離析作用達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡,變異系數(shù)在一定的范圍內(nèi)上下波動(dòng),無(wú)限地延長(zhǎng)混合時(shí)間,無(wú)助于混合均勻度的提高。第十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二第四節(jié)固液混合機(jī)械與設(shè)備固液混合原理與應(yīng)用

固液混合是指粉體中加少量液體或在高粘度物質(zhì)和膠體物質(zhì)中添加微量細(xì)粉末混合后成為均勻的可塑性物質(zhì)或膠狀物質(zhì)的操作。加工對(duì)象主要是高粘度的非牛頓性糊狀物或粘滯性固體物料。固液混合過(guò)程常常伴有化學(xué)反應(yīng)或熱量傳遞,以及物料的膠體化、分散系團(tuán)塊的碎解。固液混合機(jī)理服從于非牛頓型物料的混合機(jī)理。當(dāng)固體和液體開(kāi)始混合時(shí)是粉體的混合,接著剪切混合占主導(dǎo)地位,在壓延、折疊、粉碎、壓縮的作用下混合形成粘度極高的漿體或塑性固體。它是對(duì)流擴(kuò)散和剪力同時(shí)發(fā)生的過(guò)程。這種混合物的粘度很高,流動(dòng)極為困難,要想達(dá)到混合均勻,并產(chǎn)生均勻的塑性物質(zhì),需要利用特制的混合器——捏和機(jī)進(jìn)行混合,因此固液混合又稱捏和、調(diào)和。

第十六頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二固液混合在食品加工中應(yīng)用非常廣泛,通常應(yīng)用于面制品的面團(tuán)調(diào)制、巧克力制品、魚(yú)肉香腸、人造奶油和混合于酪等的制造過(guò)程中。例如制造面包時(shí),須先將面粉、酵母、奶粉、少量脂肪和水在一定溫度下混合,調(diào)成膠狀物質(zhì),而后利用機(jī)械動(dòng)作,使其成為可拉伸而柔韌的面團(tuán)。在此面團(tuán)中,各種成分必須均勻分散,特別是酵母液,如果混合不夠,面團(tuán)就不均勻;混合過(guò)度,將影響面團(tuán)的含氣性。此外,還應(yīng)采取保溫的措施以防在混合中面團(tuán)因攪拌而升溫。同樣在制造糕餅時(shí),也是先將面粉、脂肪、牛奶、雞蛋和水等原料混合,混合時(shí),要求利用混合器將空氣帶人混合物中,直至使混合物具有柔軟的塑性,且充分乳化并含有氣體的物質(zhì)。

第十七頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二第十八頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二第十九頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二第二十頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二第二十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二第二十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二第五節(jié)氣液混合機(jī)械與設(shè)備第二十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二第二十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二第二十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二

均質(zhì)是一種特殊的混合操作，包括粉碎、混合雙重作用。作用：

通過(guò)乳化均質(zhì)處理，使兩種通常不相容的液體進(jìn)行密切混合，使一種液體粉碎成為極細(xì)微?；蛐∫旱?，分散在另一種液體中，其產(chǎn)物為乳狀液。應(yīng)用：乳品、果汁、冰激淋等。

第五節(jié)均質(zhì)機(jī)

一、均質(zhì)及均質(zhì)操作的作用第二十六頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二1、剪切學(xué)說(shuō)：二、均質(zhì)機(jī)工作原理目前均質(zhì)機(jī)工作過(guò)程機(jī)理有三種假說(shuō)：一般：在縫隙中心處液體流速最大，在縫隙避面處液體流速最小速度梯度剪切力脂肪球破裂均質(zhì)均質(zhì)頭結(jié)構(gòu)第二十七頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二均質(zhì)前后的脂肪球第二十八頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二分類：高壓均質(zhì)機(jī)膠體磨噴射均質(zhì)機(jī)離心均質(zhì)機(jī)超聲波均質(zhì)機(jī)三、均質(zhì)機(jī)分類與結(jié)構(gòu)２、撞擊學(xué)說(shuō)

高壓作用脂肪球與均質(zhì)閥發(fā)生高速撞擊脂肪球破裂均質(zhì)３、空穴學(xué)說(shuō)

高壓液料高速流動(dòng)高頻振動(dòng)液料交替壓縮與膨脹引起空穴脂肪球破裂均質(zhì)第二十九頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二1、高壓均質(zhì)機(jī)

（1）結(jié)構(gòu)：往復(fù)泵+均質(zhì)閥均質(zhì)機(jī)的結(jié)構(gòu)第三十頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二工作原理①往復(fù)泵→單作用泵②往復(fù)泵→雙作用泵第三十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二雙作用泵排量圖

單作用泵排量圖第三十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二均質(zhì)頭的結(jié)構(gòu)第三十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二雙級(jí)均質(zhì)閥第一級(jí)：高壓流體區(qū)壓力：200～250大氣壓作用：使脂肪球破碎第二級(jí)：低壓區(qū)：壓力：35大氣壓作用：使脂肪球均勻分散M3/h第三十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期二式中：d—柱塞直徑（m)s—柱塞沖程（m)z—柱塞個(gè)數(shù)

n—柱塞往復(fù)次數(shù)（次/分）

φ—

工作體積填充系數(shù)