第二章 食品的混合技术new

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第二章 食品的混合技术,食品技术原理,目 录,第一节 固体食品的混合,第二节 液体食品的混合,第三节 食品的捏合,第一节 固体食品的混合,混合：,两种以上,不同成分组成的粉粒体，依靠外加的适当操作，尽量使各成分的浓度分布达到,均匀化,的一种操作。,混合制品的均匀化程度混合速度,混合器的选择及操控方式物料内在性质,核心问题,大小、性状、密度、粘性、光滑度、水分含量,固体混合在食品工业的应用,谷物混合,面粉混合,饲料混合,粉体食品添加辅料、添加剂,汤粉、固体饮料粉和香精粉的生产,一、基本理论,（一）混合物的均匀度,理想的均匀混合物是指被观察的成分粒子在混合物中各处,出现的概率都是相等,的混合物。这样的混合物是完全随机的混合物。,混合的状态,1.,混合前的状态,2.,理想的混合状态,3.,实际混合状态,（一）混合物的均匀度,粒度很小的细粉末的混合度，可以像流体一样作为连续体来处理。这时可以采用,“,分隔尺度,”,和,“,分离强度,”,作为混合程度的量度。,一、基本理论,（,2,）分离强度,局部区域内浓度与整个混合物平均浓度之间的偏差的平均值称为分离强度。,混合的分离强度愈小，说明混合的均匀性愈好。,（,1,）分隔尺度,各个局部小区域的平均大小（代表性尺寸的平均值）。混合物的,分隔尺度愈小，表示混合物的均匀性愈好。,（二）抽样方法、样本测定方法及样本大小,抽样,：,从混合物中抽取若干样本称为抽样 。,抽样原则：,1,）尽可能使抽样,对象不发生紊乱,；,2,）具有一定代表性。,粉粒体混合的研究报告一般都要写明,抽样的方法,、,抽样地点、样本的大小,和,样本的数目,等。,1.,抽样方法,（,1,）探头式采样器,A,在实心棒上某处开径向的孔槽或做成缺口，然后套上某处有同样开孔的套筒，由套筒的转动或滑动，粉粒便进入实心棒的孔槽中；,B,进行表面抽样，小取样勺；,C,可见光电转换式取样器,光电比色取样探头,光导纤维,（,2,）全部混合物分区的方法,将,全部混合物,放在有许多小格的浅盘上，被分隔成许多部分之后排出，并将每格排出的粉粒作逐个计数。,（,3,）使用适当固定剂的方法,用经过加热融化的蜡或塑料渗入混合物使之冷却固化之后，将其沿各个方向切出进行分析。,（,4,）连续混合操作时的抽样方法,将连续混合器出口排出的混合物，以一定时间间隔进行采样。,例如：分部收集器蠕动泵,2.,样本组成的测定方法,直接法：,肉眼观察人工计数计算机图像处理系统溶,解后化学比色等；,间接法：,混合物的物理性质。如,:,电导率变化电容变化等。,3.,样本大小和样本数目,过大或过小,的样品都无法说明混合程度；,取样量应适中，,每次,5,，,10,20,次。,（三）混合的机理,1.,对流混合,由混合容器和搅拌桨等器件的回转，而强制颗粒群分割成较小的颗粒群，并作,较长距离的移动交换,，达到混合物从宏观上均匀的目的。,（三,),混合的机理,2.,扩散混合,类似溶液中溶质因分子扩散而引起混合的一种混合。,不过对粉粒体混合来说这是,粒子的运动,引起的，而不分,子的运动引起的。,互相接近的粒子之间由粒子的运动而交换位置，或,者一种成分粒子向另一种成分新形成的表面上散布，达,到不同成分粒子群之间粒子的相互渗透交换的目的。,（三）混合机理,3.,剪切混合（切变混合）,粉粒体颗粒群内部因存在,速度梯度,而产生粒子之间的,相互滑动,，搅拌叶片尖端部分与器底、器壁之间粉粒体粒子块因拉伸或压缩而产生的畸变和碎裂，也都起着一定程度的混合作用。,二、混合过程特征,（一）混合特性曲线,混合特性曲线,第一阶段：对流混合；,第二阶段：,对流、剪切混合区域；,第三阶段：扩散混合阶段,（二）混合速度,混合速度是混合过程中物料实际状态向最后完全混合状态趋近的,快慢,，是混合物混合度与最后混合度之间,差异消失的速度,。,k,：,混合速度系数，,直线斜率。,其它因素：混合器样式,+,操作条件,+,物料性质,(,三,),混合特性与粉粒体物性、混合器操作条件的关系,1.,离析现象,对,不产生粘附和粘结,的粉粒体，当粒度比和密度比同时都大于,1.2,1.5,时，便会出现因离析所引起的混合速度降低和最终混合均匀性变差的现象。,1,）粉粒体的分区：,I-,输送区域,-,混合区域,2,）团块形成：,l-,大粒径低密度粒子,;,2-,小粒径高密度粒子群,.,避免解析方法：,1,）加入混合介质；,2,）提高转速,2.,微粉末的粘结现象,细粉末的粘附性和,粘结性较强,，,流动性较差,，所以它比一般的颗粒体更不容易处理，不容易混合均匀。,办法：,对于回转容器式混合器，机内安装,强制搅拌桨,是有效的。,固定容器型混合器。,气流,+,机械结合的,搅拌流化床,进行混合。,3.,平均粒径与最适转速的关系,在混合器回转半径一定的条件下，最适转速也应跟着粒径一起变大。,平均粒径在,0.l,1.0mm,范围内时，,最适转速的平方与平均粒径成正比。,粉粒体混合器可以分成两大类：,以容器的回转造成粉粒运动而使得粉粒体混合的混合器，称为,容器回转型混合器。,容器固定、器内安装搅拌桨叶造成粉粒体运动，从而达到混合目的的混合器，称为,固定容器型混合器。,气流搅拌原理的混合器在食品工业上也有广泛的应用。,三、食品粉粒料的混合器,（一）容器回转型混合器,根据容器结构形式的不同可分为,水平圆筒式、倾斜式、,V,式、双锥式、立方体式和,S,式,等多种。,作为容器的回转速度应有一极限值，称为临界转速,n,c,。,超过此极限时，粉粒体将被永远带动一起旋转，就达不到混合的目的。,临界转速是粉粒体在容器内壁顶部压向内壁时重力,mg,和离心力,mR,2,成平衡时的转速。即,容器回转型混合器有如下的特点：,（,1,）,几乎都是间歇式操作的。,很难解决粉料进出的短路问题。,（,2,）机内,易清理，易满足食品卫生要求,。,（,3,）适于多品种、小批量食品生产。,（,4,）有磨损性的粉粒食品也适合。,（,5,）有粘附、粘结性或粒径、密度有差异的粉粒体食品混合时，最好使用机内带强制搅拌桨或挡板的混合器。,（,6,）定位制动有特殊的装置。,1.,水平圆筒式混合器,通常这种混合器的最适转速约为临界转速的,80%,，装料系数以堆装体积计为机器全容量的,30%,左右,。,BC,：低转速；,BD,：中转速；,BA,：高转速,转速越高，混合时间越短；,容器两端混合不充分；,物性相差很大的粉体，混合效果不好,改进办法：,1,）圆筒轴对水平转轴倾斜一定角度,(14%),，筒径和筒长比为,1,：,2,，最适转速略低；,2,）设置挡板或搅拌桨。,缺点：粉粒进出口易起粉尘，难于封闭,1.,水平圆筒式混合器,2,、,V,式混合器,由,2,只圆筒斜交结合而成,V,形的混合器，两圆筒结合的角度一般为,60,0,或,90,0,，,其结合截面为椭圆形。由结合截面的不断回转，产生粉体的反复的分合，反复的折叠，促进了混合。,有如下几方面的性能：,（,1,）操作进行到最佳的平衡混合状态即可。,（,2,）存在混合时间最短、混合度最佳的最适回转速度。,（,3,）达到最佳混合状态时的转速（混合时间）和方差均与原料的,装料系数、成分配比、装料方法,等操作变数有关。,3.,双锥式混合器,两圆锥之间接一段短圆柱而构成的回转容器型混合器。,间歇式双锥混合器的最适转速可取相当于,Fr=0.5,0.6,的转速。装料系数取,30%,50%,。,4.,其他容器回转型混合机,（二）固定容器型混合器,容器是不转动的，粉体混合依靠器内安装的强力搅拌桨实现。,按搅拌轴位置,按搅拌器形式,水平轴,垂直轴,螺带式,螺旋式,行星式,高速浆式,回转圆筒式,特点：,（,1,）可以是间歇式的，也可以是连续式的，或两者结合。,（,2,）附加夹套可以进行加热或冷却操作。,（,3,）适于小品种、大批量的食品生产。,（,4,）粘附性和粘结性强的食品细粉体也适用。,（,5,）添加液体后，可进行粉体食品的湿混合。,（,6,）粉体食品物性差别对混合状态的影响较小。,（,7,）对粉体投料、排料时发生的粉尘问题易采取相应的解决措施。,（,8,）混合槽可兼作贮槽用。,1.,螺旋式混合器,（,1,）立式螺旋混合,适用于轻质粉体、,非粘结性粉体和,低水分粉体食品,的加工,颗粒密度差异大的,粉体不能获得良好,的混合效果。,粮食饲料,（,2,）卧式螺旋混合（螺旋输送器）,输送,混合,2.,行星式螺旋混合器,混合器：料斗作用,自转速度：,60r/min,公转速度：,2r/min,装料系数：,50,60,3.,螺条式混合器,单轴双轴；间歇式连续式,粉粒体潮湿粉料粘结性粉体也适用,4.,回转圆盘式混合器,不同成分的粉体借离心,力散开，而后使散开的,粒子群再混合在一起,。,瞬间连续混合机,（三）其他固体混合器,1.,过筛混合,粉体通过筛孔受到剪切和分散作用，,5,6,次获得良好混合效果,。,2,、流态化气流搅拌混合器,在容器内部下方隔以水平多孔筛,板，将粉粒体加在板上成一定厚度的,料层，于多孔筛板下方进入压缩空气,后，当空气经过筛孔向上方吹料层的,速度超过一定的流速以后，粉粒将被,气流托起而悬浮在气流中，这种悬浮,起来的粉体层，便称为流态化床层，,简称,流化床。,初步阶段，未成熟,2,、流态化气流搅拌混合器,粉末细低流化速度沟流,机械搅拌流化床,各数据偏离平均数的距离（离均差）的,平均数,。,例如，,A,、,B,两组各有,6,位学生参加同一次语文测验，,A,组的分数,为,95,、,85,、,75,、,65,、,55,、,45,，,B,组的分数为,73,、,72,、,71,、,69,、,68,、,67,。这两组的平均数都是,70,，但,A,组的标准差为,17.08,分，,B,组的,标准差为,2.16,分，说明,A,组学生之间的差距要比,B,组学生之间的,差距大得多。,（四）混合装置的选择,1.,选择混合装置时应考虑的因素,（,1,）混合操作的目的,（,2,）原料的物理性质,形状、表面特性、密度、脆性、流动性,（,3,）制品的性质和处理量,最终混合度要求、物性和处理量大小；,（,4,）间歇操作或连续操作,1.,选择混合装置时应考虑的因素,（,5,）操作条件,不同的装置和原料，对混合器的回转速度、装料系数、混合比、装料方法等都有不同要求；,（,6,）所需的功率,（,7,）安装面积和所占空间,（,8,）操作和维修,零件更换、设备清洗和灭菌的方便性,（,9,）费用,2.,混合操作与其他操作的关联,明确混合操作在整个工艺流程中的位置；,目前无法即时检测粉体的混合进程。,3.,选择混合器的步骤,第一步 操作方式是间歇式、半连续式或是连续式；,第二步 确定混合器的型式。,回转容器型、带搅拌的回转容器型、固定容器型，在固定容器型之中还要确定是低速机械搅拌、高速机械搅拌或气流搅拌的；,第三步 选定机型。,第二节 液态食品的搅拌,定义：,液体搅拌,是将简单液体，固,-,液体混合物或气,-,液体混合物，在容器内利用各种形式搅拌桨叶的运动或其他方法，强制和促进器内各部分物料或成分互相混杂、交换，以达到成分浓度均匀、物料温度均一或某种物理过程（如结晶等）加快等的目的。,食品加工上搅拌的目的：,1,）提高加热或冷却的效率，使物料的温度均匀化；,2,）促进物料中各成分的均匀混合；,3,）促进溶解、结晶、凝聚、清洗、浸出、吸附、离子交换等过程的进行；,4,）促进酶反应等生物化学反应和化学反应过程的进行。,一、液状食品搅拌装置,（,1,）旋转桨叶式搅拌器,（,2,）往复转动桨叶式搅拌器,（,3,）管道桨式混和器,（,4,）非桨叶式混和器,（一）旋转桨叶式搅拌器,搅拌器桨叶的结构形式：,1,、桨式,2,、涡轮式,3,、旋桨式,低黏度和中低黏度,1,、桨式搅拌器,粘度高,去除结晶沉淀物,2.,涡轮式搅拌器,:,适合任意粘度物料,3.,旋桨式搅拌器,贮奶缸的搅拌器,（二）往复转动桨叶式和管道桨叶式搅拌器,（三）非桨叶式混合器,1.,喷嘴式混合器,2.,气流搅拌器,二、搅拌槽内的传质,传质速度定义为：,传质的推动力是浓度差，传质速度与传质推动力之间也有如下的简单关系：,传质速度,=,k,L,（,浓度差）,同样，搅拌影响传质速度是通过影响传质膜系数来实现的。至于影响传质膜系数的主要因素，除了以物质的扩散系数,D,L,代替导温系数,a,，,以及在没有温度变化时,=,0,之外，其余均相同。因此，一般的传质膜系数的关联式为：,式中，,k,L,L,/D,L,称为谢伍德准数，符号为,Sh,；,/D,L,为施米特准数，符号为,Sc,；,L,是某个合理的定性尺寸。,第三节 食品的捏合操作,1.,捏和操作的定义,大多是指在粉粒体中加小量液体或细粉末作为结合材料，使结合材料包围粉体的各个粒子，,作成均匀的可塑性物质和胶状物质的操作,；,或者指在高粘度物质和胶状物质之中，使微量的细粉末或添加的液体获得,强力揉捏的操作,。,2.,捏和操作在食品中的应用,面包、糕点、鱼肉香肠等。,面粉、酵母、奶粉、少量脂肪等,+,水,润湿成胶状物质,可拉伸而柔韧的面团,机械作用,混合不够：面团不均匀；,混合过度：影响面团的含气性,（一）捏和状态的判定,-,混合度,判断捏和混合物混合状态的好坏，可以用方差,2,或标准差,作为混合度的评价尺度是比较方便的。,式中,C,A,-,是任意样本中,A,的浓度,C,A,-,是混合物中,A,的平均浓度,N-,样本数目,一、捏合操作的基本理论,混合度的判断：,1,）流变测定仪来测定某种性质，推导混合程度；,2,）从捏合的后续过程所得制品的均匀性或某性质来推知捏合程度。,（二）捏和混合过程,1.,粉粒体和液体混合时的性状变化,少,多,水分,2.,粒子,-,液体系统的流变性质,弹性是固体的性质，粘性是液体的性质。,纯粹弹性而没有粘性的固体是没有的；,纯粹粘性而没有弹性的液体也是没有的。,摆状区域：粘弹性,索状,区域：塑弹性,索状,区域：弹性,毛细区域：弹性,泥浆区域：弹性,3.,粒子,-,液体系统的造块现象,A,流体量极少时，就变成小块于粉体相混合的状态；,B,液量增加，小块集中在一起，但一动还是碎成小块；,C,小块聚集成一整块，施力大则碎解，施力小则流动；,D,液体很多时，更坚实、附着力变大且施力大不破坏；,E,液量继续增加，变成液体，带来流动性。,（三）捏和操作的机理,可塑物有效捏和的条件是：,（,1,）进行细分割；,（,2,）对分割后的小块进行混合；,（,3,）施加揉捏力；,（,4,）除去所含气体。,捏合操作的分类,湿法,干法,一次加水进行捏合,边加水边进行捏合,捏和机基本原理是依靠,搅拌元件与物料之间的接触,，将物料压到相邻的物料或器壁上去，并折叠而使新物料为已混和的物料所包围。然后物料受到剪力，因而被拉延和撕裂。如此反复不断地进行，达到可塑物均匀化的目的。,二、食品捏合机,捏合机,回转式,固定式,水平轴,+,垂直轴,单轴和双轴,（一）水平双轴型捏和机,双臂式捏和机,：,可塑物混合,+,间歇式设备,双臂式捏和机和搅拌臂的运动路线,（,1,）相切式 （,2,）交叉式,l-,西格玛形臂,2-,快臂,3-,慢臂,（二）水平单轴型捏和机,1,、,螺旋式搅拌机,预先加工的可塑物,搬送、挤压、再挤压、,均匀挤压,（二）水平单轴型捏和机,2,、,斜式捏合机,（三）垂直轴型捏合机,钩式捏合机,（四）辊式捏合机和球磨机,钩式捏合机,