雙螺桿擠壓機操作參數(shù)對加工質(zhì)量影響的研究

2006年11月06日 14:14:18人氣：465來源：煙臺勾股通信技術(shù)有限公司

關(guān)鍵詞：操作參數(shù)；優(yōu)化；統(tǒng)計模型；雙螺桿食品擠壓機；比容
雙螺桿擠壓機是一種的機械設(shè)備，能夠同時完成物料輸送、混合、剪切、殺菌、蒸煮、成型等多項食品加工中的單元操作，具有生產(chǎn)效率高、能耗低、產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)點，廣泛地應(yīng)用于食品的擠壓膨化加工中。
雙螺桿擠壓機是一個多輸入、多輸出系統(tǒng)，擠壓加工受多種因素影響。目前有關(guān)雙螺桿擠壓機加工食品原料的擠壓理論還不完善，還沒有應(yīng)用于雙螺桿食品擠壓機的的數(shù)學(xué)模型，很難從物料特性、擠壓機的結(jié)構(gòu)參數(shù)和加工條件來預(yù)測擠壓機的工作情況和加工結(jié)果。近年來研究人員對擠壓加工過程進行了大量的仿真研究，這對于深入認(rèn)識食品的擠壓加工過程和合理地確定擠壓機的結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)具有重要意義，但鑒于擠壓加工過程的復(fù)雜性以及仿真模型的過于簡化，仿真研究結(jié)果往往與實際加工結(jié)果有很大的誤差。目前，實驗研究在雙螺桿擠壓機的食品擠壓加工研究中仍然占有重要地位。
本文以玉米面為加工對象，通過實驗研究了螺桿轉(zhuǎn)速、機筒溫度和喂料速度對產(chǎn)品質(zhì)量（以比容衡量）的影響規(guī)律，并建立了相應(yīng)的統(tǒng)計模型，目的在于探索食品的擠壓加工機理，促進擠壓加工技術(shù)的發(fā)展。本文的研究對于雙螺桿擠壓機擠壓加工過程中操作參數(shù)的確定具有指導(dǎo)作用。
1 實驗部分
1.1 物料與實驗設(shè)備
實驗加工物料為玉米面，其水分含量為17%。
采用德國Brabender公司生產(chǎn)的全嚙合、同向旋轉(zhuǎn)DSE25型雙螺桿食品擠壓膨化機。該機的螺桿采用當(dāng)今zui流行的分段組合式，具有反向螺旋和剪切環(huán)。螺桿轉(zhuǎn)速、溫度、?？趬毫?、扭矩、供料速度等多項參數(shù)均可以曲線和數(shù)值的形式實時顯示在計算機屏幕上。
1.3 實驗參數(shù)的測定

2 結(jié)果與分析
2.1 實驗結(jié)果
實驗中針對每種配方取樣8次，分別測量比容值，然后取其平均值。

2.2 結(jié)果分析
2.2.1 各因素對比容影響分析
1）機筒溫度對產(chǎn)品比容的影響。
圖1和圖2表明，隨著機筒溫度的升高，比容呈上升趨勢。
比容值的大小與物料擠出過程中，在機筒內(nèi)的糊化程度有很大關(guān)系，當(dāng)糊化度增大時，產(chǎn)品的比容增大。機筒溫度升高，物料在擠出過程中吸收的熱量多，有利于促進淀粉的糊化，所以隨著機筒溫度的升高，比容呈上升趨勢。另外，溫度升高能夠加快物料的熔融過程和提高物料的熔融程度，在螺桿的攪拌、剪切作用下，物料中的淀粉顆粒容易被破壞，機械強度降低，容易被膨化。但是，不能隨意地增大溫度，因為溫度過高會使物料“焦化”，影響產(chǎn)品質(zhì)量，并且當(dāng)溫度過高時，物料中的蛋白質(zhì)會發(fā)生“美拉德”反應(yīng)，造成營養(yǎng)成分的損失。根據(jù)筆者的經(jīng)驗，對于玉米面的擠壓膨化來說，溫度不宜超過185℃。

2）供料速度對產(chǎn)品比容的影響。
在螺桿轉(zhuǎn)速不變的情況下，供料速度增大會使機筒內(nèi)物料的填充程度得到提高，物料所受剪切和摩擦作用加強，有利于淀粉顆粒的破壞，提高膨化程度。另外，供料速度增大時，模口處形成的壓力增加，與模口外大氣壓之間的壓差增大，物料從?？谔帞D出時膨化程度增大。但是，供料速度進一步增大會使物料在機筒內(nèi)攪拌不均勻，造成物料從機筒處吸收熱量的不均，以至于淀粉糊化和熔融程度不相同，在擠出物中存在“硬質(zhì)團”，影響膨化程度和口感。圖1和圖3表明了供料速度對比容的影響情況。

3）螺桿轉(zhuǎn)速對產(chǎn)品比容的影響。
螺桿轉(zhuǎn)速對比容的影響較復(fù)雜。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速較小時，物料的停留時間延長，有利于從機筒吸收熱量，促進淀粉的糊化。但是，此時螺桿對物料的剪切作用小，物料中淀粉顆粒的破壞程度不夠，擠出的產(chǎn)品僵硬干癟，比容小。隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增大，物料所受剪切和摩擦作用增強，但由于物料在機筒內(nèi)停留時間減小，影響其吸收熱量，會減小淀粉的糊化度，造成擠出的產(chǎn)品比容小，膨化效果不好。所以，加工過程中螺桿轉(zhuǎn)速不宜過高或過低。

3 結(jié)語
本文對雙螺桿擠壓機的螺桿轉(zhuǎn)速、機筒溫度、供料速度對產(chǎn)品比容的影響進行了研究，得出以下結(jié)論：
（1）各因素對目標(biāo)函數(shù)的影響較復(fù)雜，各因素除單獨作用外，其交互作用也對比容產(chǎn)生影響。
（2）隨著機筒溫度的升高，產(chǎn)品比容呈上升趨勢，但過高的溫度會使物料產(chǎn)生“焦化”；螺桿轉(zhuǎn)速和供料速度對比容的影響較復(fù)雜，與比容之間呈非線性關(guān)系。

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