食品粉碎、均质及混合设备

食品粉碎、均质及混合设备一、粉碎的概念粉碎:利用机械的方法使固体物料由大块分裂成小块直至细粉的操作。根据所处理食品物料尺寸的不同，通常将粉碎分为破碎和粉磨。破碎：将大块物料处理成小块物料粉磨：将小块物料加工成为细粉的过程第一节粉碎机械的基本知识二、粉碎的目的•（1）有利于不同组分物料的均匀混合。混合物料所用的各种原料的粒度越小、越接近，混合的均匀度越高，效果越好。•（2）选择性破碎，以分别进行不同成分的利用、剔除或分离。例如玉米的脱胚、小麦的制粉、淀粉的制取等。•（3）破坏细胞壁结构，便于胞内产物排出，如淀粉和蛋白的提取。•（4）增大比表面积．扩大食物与消化液的接触面积，提高食物的消化吸收率。三、粉碎的方法•食品原料的粉碎方法主要有5种。（1）挤压•物料在两个工作构件之间受到缓慢增长的压力作用而被粉碎。•对于大块的脆性物料，第一步粉碎常采用此法处理。•若被处理的物料是具有韧性和塑性的，经过挤压则会得到片状产品，如轧制麦片、米片等。（2）撞击•物料在瞬间受到外来的冲击力而被击碎。•撞击粉碎可以应用于多种食品物料，从较大块形原料的破碎到细微粉碎均可使用此法。（3）折断•物料在两个工作构件间承受弯曲应力而被折断。•此法多用于硬、脆性大的块状或条状物料的粉碎，如豆饼、玉米穗等的粉碎。（4）研磨•物料在两个相对滑动的粗糙工作表面之间受到摩擦、剪切等作用而被磨削成细粒。•此法主要用于小块物料或韧性物料的粉磨。（5）剪切•物料受到相对运动的两个工作构件端面的作用而被切断。•此法可粉碎韧性物料。破碎表面比较规则且易于控制粒度的大小。•适于一般果蔬、肉类的分切。•实际上，粉碎是一个复杂的过程，各种粉碎机械往往是采用两种或两种以上的方法对物料进行粉碎四、粉碎比•意义：衡量粉碎机的粉碎效果。•平均粉碎比公称粉碎比：允许的最大进料口尺寸与最大出料口尺寸之比。二者关系：由于实际粉碎时加入物料的最大尺寸总是小于最大进料口尺寸，所以粉碎机的平均粉碎比一般小于公称粉碎比。平均粉碎比＝（70%-90%）公称粉碎比粉碎比是确定粉碎工艺以及选用粉碎机的重要依据。一般破碎机械的公称粉碎比为3-10,而粉磨机械则可达30-1000以上。五、粉碎操作粉碎工艺的操作主要包括两个方面：•（1）粉碎的级数•当工艺要求的粉碎比较大时，常采用多级粉碎，使每一级负担一定的粉碎比。•实验证明，粉碎比在4左右时操作效率最高，而粉磨时的粉碎比则需根据粉磨机械的性能来确定。多级粉碎的总粉碎比为：•（2）粉碎流程•粉碎工艺的流程有开路粉碎和闭路粉碎两种。•在开路粉碎流程中，一次粉碎后卸出的物料全部作为制成品。该流程的优点是方法简单。闭路粉碎流程是将粉碎后的物料进行分粒，不符合细度要求的物料再回流至粉碎机重新粉碎，粉碎机的工作只针对较粗的颗粒。优点:能使制成品粒度，避免过度粉碎均匀。缺点:系统复杂，附属设备多，操作控制也较复杂。六、粉碎机类型•按成品粒度分为普通粉碎机(成品粒度＜80目)微粉碎机(80％成品粒度＞80目)超微粉碎机(成品平均粒度＞200目)•按粉碎作用形式分：最为常见的包括冲击式粉碎机、研磨式粉碎机等。一、锤式粉碎机•利用高速旋转的锤片对物料施以强烈作用而将物料粉碎的机器。•其作用原理主要是撞击粉碎，同时机器中还存在着强烈的摩擦和剪切作用。•所以锤式粉碎机既可以用作脆性物料的粉碎，也可以用作一些韧性物料的粉碎，故常被称为万能粉碎机。第二节干法粉碎机械（一）结构：粉碎室齿板转子锤片筛板风机沉降设备主要结构•（1）锤片•锤片的形状尺寸、排列方式对粉碎机的性能有很大影响。•锤片的基本形状有8种:•锤片在转子上的排列方式会影响转子的平衡、物料在粉碎室内的分布以及锤片磨损的均匀程度。•锤片工作应遵循以下原则：锤片的运动轨迹尽可能不重复。沿粉碎室工作宽度，锤片的运动轨迹分布均匀，物料不被推向一侧，有利于转子的动平衡。•锤片安装时要使转子轴线对称方向的锤片质量也处于对称状态，力求减小振动和噪声。（2）筛板•筛板是锤式粉碎机的排料装置，一般用厚的优质钢板冲孔制成。•通常设在转子下半周的位置。为了提高粉碎机的排料能力，也可使筛板占整个粉碎室内周面积的3/4以上，或是将筛板置于粉碎室侧面。•筛孔的形状和尺寸是决定粉料粒度的主要因素，对机器的排料能力也有很大的影响。筛孔的形状通常是圆孔或长孔。筛孔的直径一般分为四个等级，小孔，中孔，粗孔，大孔以上。（二）锤式粉碎机的型式1、按粉碎机的进料口位置及进料方向切向喂料式、轴向喂料式和径向喂料式。1－进料斗；2－转子；3－锤片；4－筛板；5－出料口•2、按转子的数目分为单转子式锤碎机和多转子式锤碎机。（三）锤式粉碎机的主要性能参数•1、粉碎比锤式粉碎机有很高的粉碎比，单转子式锤碎机的粉碎比在10～15之间。•2、转子的转速锤式粉碎机的转速取决于锤片破碎物料时所需的动能。因此，转速的大小与锤片的质量有关，质量越大，则其破碎能力越强，但旋转时的离心力也越大。故锤片及其圆周速度的增大受到粉碎机零件强度的限制。单转子式锤碎机的圆周速度为40-50m/s，转子的转速为700-1300rpm。•3、生产能力•锤式粉碎机的生产能力与转子的长度、筛板的孔隙大小、锤片的质量、转速、粉碎比、加料情况及物料的性状有关。•根据经验，可用下式概略计算：•4、功率消耗•一般也采用经验公式估算：（四）锤式粉碎机的使用与维护•（1）锤式粉碎机工作时，应先起动机器，再投入物料。切忌在满负荷时起动。•（2）进入锤式粉碎机的物料，应通过电磁离析器去除金属杂质，以免损坏机件。•（3）要根据产品的粒度选择筛板，筛板与锤片之间的间隙要根据物料性质加以调整。我国设计的粉碎机推荐锤筛间隙为：谷物4-8mm,通用型12mm。•（4）筛板和锤片工作时会因强大冲击力及磨损而损坏，要经常检查，随时更换。筛板的寿命不应以筛面破损为准，应视筛孔边缘的磨损程度而定。•（5）锤式粉碎机对湿度大的物料粉碎效果较差，故进入机器的物料湿度不要大于15%。•（6）停机前，应先停止进料，待机内物料基本排空后再停机。二、辊式磨粉机•广泛使用的一种粉碎设备，最常见于面粉工业、啤酒麦芽的破碎。•原理：利用两个表面加工有齿形结构并做差速转动的转辊进行研磨粉碎。（一）辊式磨粉机的基本结构和工作过程•结构组成：一般由机架、成对磨辊、喂料机构、松合闸机构、辊面清理装置、传动机构及吸风装置等组成。1、磨辊•磨辊分为光辊和齿辊两种基本类型。光辊外表面为经研磨加工的光滑圆柱面，齿辊表面一定斜度的齿状条纹。齿辊研磨作用强烈、磨出物疏松、粒度差别明显、能耗少等优点。•为实现磨辊对于物料的研磨，磨齿与物料间必须保持不同的运动速度，因此每对辊中的两磨辊的转速并不相同，通常称转速较高的磨辊为快辊，较低的为慢辊。一般快、慢辊的速比采用2.5：12、轧距调节•两磨辊辊面间的最小距离称为轧距，调节轧距可以控制被粉碎物料的粒度。•当磨粉机空载时，为避免高速相向旋转的两磨辊互相摩擦、碰撞，轧距应放大，称为松闸；•当磨粉机负载时，两辊间隙应回到调定的轧距，称为合闸。•一般辊式磨粉机要求松、合闸和喂料机构的操作联动；有物料时，通过物料传感器使喂料机构先运转，物料进入两辊之间后再合闸；断料时，先松闸，再使喂料机构停止。这样不仅防止两辊碰撞产生火花，引起粉尘爆炸，而且避免齿辊表面的磨损。•每个磨辊下方均设有辊面清理装置清理粘附物料。•对于齿辊，一般采用硬毛刷清理。毛刷安装在可调的弹簧座上，用弹簧将毛刷压紧在辊面上；•对于光辊，一般采用刮刀。刮刀安装在铰支的杠杆上，靠配重使刮刀紧贴在辊面上。当磨粉机停车时，用一根金属链将配重拉起，使刮刀离开辊面，以避免接触处的腐蚀。3、辊面清理4、吸风装置•通风系统工作时，机膛始终处于负压状态。•空气从上磨门的两条进风缝隙进入机膛内，绕过上磨辊与上撑挡之间的空间，穿过磨下物进入吸风道，起到吸收粉尘、降低粉温和辊温、排除湿气的作用。前三个是光辊后两个是齿辊（二）辊式磨粉机的特点及主要形式•1、辊式磨粉机的特点（1）适合热敏性物料的粉碎。对辊的轴线相互平行，同时磨辊的线速度较高，两辊间所形成的粉碎区很短，因而物料通过粉碎区的时间短，避免了粉碎过程中因物料温升过高而导致蛋白质热变性。（2）可控制物料粉碎的粒度。通过调整轧距来控制物料粒度，避免过度粉碎，节省能源，保证粉碎质量。（3）能够进行选择性粉碎。通过选择快慢辊速差、磨辊表面几何形状和参数、一次粉碎比，辊式磨粉机能够实现对物料的选择性粉碎。（4）粉碎过程稳定，便于控制。由于对辊表面上每一点的几何参数和运动参数均相同，整个粉碎区的工作条件一致，故而粉碎过程稳定，也便于控制并实现自动化生产。2、辊式磨粉机的型式•（1）等速旋转的光辊以挤压的方法粉碎物料或使物料挤压成片状。典型设备是轧麦片机、轧米片机等。•（2）差速旋转的光辊以挤压和研磨的方法粉碎物料。典型设备是面粉生产的心磨系统中使用的光辊磨粉机和巧克力精磨机等。•（3）差速旋转的齿辊以剪切、挤压和研磨的方法粉碎物料。典型设备是磨粉生产的皮磨、渣磨及尾磨系统中使用的齿辊磨粉机。（三）辊式磨粉机的主要性能参数•1、磨辊速比和研磨长度快慢辊线速度的比值称为速比，用i表示，两磨辊直径相等时有：研磨长度是指在粉碎区内快辊面相对于物料的滑动距离，用s表示：•2、生产能力•辊式磨粉机的生产能力可由下式得到：3、功率辊式磨粉机用于磨粉时，其功率可按下面经验公式计算：（四）辊式磨粉机的使用与维护•（1）要根据产品要求的不同粒度调整磨辊轧距。同时进入辊式磨粉机的物料粒度要控制在一定的范围内。•（2）磨辊的转速应根据物料的性态来选择，被粉碎物料的粒度越大、硬度越大，则转速应越低。•（3）工作时喂料门开启程度需能阻止一定大小的异物通过，同时严防金属和硬杂物进入磨辊之间，以免造成机器的损坏。•（4）手动磨粉机开机时要先给料后合闸，停机时要先松闸后断料。•（5）磨辊的磨齿在长时间工作后会磨损变钝，降低磨粉效率，应将磨辊卸下重新拉丝，以保证磨粉机始终处于良好的工作状态。三、其他粉碎机简介•在食品工业生产中，对固态物料进行粉碎的设备还有气流粉碎机、振动磨、冷冻粉碎机等。（1）气流粉碎机•原理：利用空气、蒸汽或者其他气体通过一定压力的喷嘴喷射产生高速的湍流和能量转换流，物料颗粒在这种高能气流作用下悬浮输送，相互发生剧烈的冲击、碰撞和摩擦，加上高速喷射气流对颗粒的剪切冲击作用，使得物料颗粒间得到充分的研磨而粉碎成细小粒子。•特点：气流粉碎机可对热敏性物料进行超微粉碎，并且可以实现无菌操作、卫生条件好。（2）振动磨•原理：振动磨工作时，筒体内装填着粒度较小的被粉碎物料和球状或圆柱状的研磨体。研磨容器装在振动机架上，作高频振动，利用筒体内的研磨体对物料的高频撞击和研磨将物料粉碎至超细。•振动磨粉碎效率高、适应性强，可用于任何物料的超细磨，干磨、湿磨均可。（3）冷冻粉碎机•有些物料在常温下具有热塑性或者非常强韧，粉碎起来非常困难。冷冻粉碎机可将物料冷冻，使物料成为脆性材料再粉碎。•对乳浊液、悬浮液进行边破碎边混合的过程叫均质。•通常所采用的机械称为均质机和胶体磨。•均质的目的在于既要获得均匀的混合物，又要使得产品的颗粒细微一致，不会产生离析。例：如液体乳制品加工中防止产品脂肪分离与利于消化和吸收。奶粉加工中利于后期雾化。冰淇淋加工获得组织均勺、质地细腻的产品。提高带肉混浊果蔬汁稳定性等。第三节均质设备（湿法粉碎）一、均质的原理（一）均质机工作原理（1）剪切在液体物料高速流动时，若突然遇到狭窄的缝隙，就会造成极大的速度梯度，产生大的剪切力，使物料破碎。（2）冲击液体物料与均质阀产生高速撞击作用，从而将脂肪球等撞击成细小的微粒。（3）空穴液体在高速流经均质阀缝隙处时，产生巨大的压力降。当压力降低到液体的饱和蒸气压时，液体开始沸腾并迅速汽化，产生大量气泡。液体离开均质阀时，压力又会增加，使气泡突然破灭，瞬间产生大量空穴。空穴会释放大量的能量，产生高频振动，使颗粒破碎。•三种作用协同。不同类型的均质机工作原理各有侧重。（二）温度对均