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食品饮料行业的混料工艺 |
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混料和分散工艺主要有以下几方面的不同特性。首先,混的是什么:固体与固体,固体变成液体,还是不同液体相混。在不同液体混合的应用中,液体可能是易混合的,也可能是不易混合的。油脂不能与水相溶,而很多食品都需要做到这一点。此外,能耗和效果是混料工艺的关键。很多混料任务的难点通常是需要更多的能量,从而缩小颗粒大小,克服表面张力,并降低液滴大小。从另一方面来看,太多的能耗可能破坏脆弱的颗粒,产生过多的热量,或混入太多的空气,而成本上的浪费也不容忽视。
很多混料设备都具有专利设计,通常是为了解决一个特定的问题,之后又应用到其它领域。下文中将着重讨论几个具有代表性的案例,这些案例几乎都有很类似的竞争对手。![newmaker.com](http://img.newmaker.com/u/2013/20134/art_img/201341014574016901.jpg) 高剪切
高剪切混料机通常用于将固体分散到液体中,例如在冰激淋中混入淀粉和胶体,在液体中混入油脂,或在调味料中混入黄油。混料机的运作可以是分批,也可以是连续模式。密苏里州北堪萨斯市Caravan配料公司推出的一款搅拌机,是一个正方形或圆柱形的底伸式搅拌机。有不同容量可供选择,容器可带夹套。通常,底伸式搅拌机的机械密封对于维修保养而言是一个大难题,因为这一部分会直接接触混料物,从而混入磨蚀颗粒。
一些设备制造商还会提供浸没式高剪切搅拌器。通常情况下,就是在固定的容器内放置配有高速马达的转子。通常,应用工程师会帮助客户就特定的应用选择特定样式和大小的混料机。浸没式高剪切混合机可提供中试规格,用于测试和研发。同样,定子的具体设计也可根据不同的应用程序有所不同。
在线高剪切混合机可采用单次或循环模式。要想象它的运作模式,可以把它想成低效的离心泵,因为它们通常包括一个转子或叶轮在一个圆形外壳内。有些型号的设备可能配有多个转子和定子(固定板,不一定有钉子保护)。Quadro工程公司提供了一系列这样的设备,包括相对较新的高压乳化和湿磨设备。这种设备可实现湿法研磨颗粒小到10–15微米的颗粒。这款设备还可以用来处理乳液和悬浮液,并向高压均质设备喂料。在向高压均质设备喂料的应用中,犹豫液滴尺寸减小,同质化的能力显着提高。
这验证了减小颗粒尺寸的一些有效原则:减小颗粒尺寸应该在多个阶段实行,而不只是单单一个阶段。由于混合和分散往往需要尺寸减小,所以原则适用。对该原理最简单的应用可以是在容器中配备一个桨式搅拌轴,负责为在线高剪切混合机喂料,或者就像刚才提到的,使用一个高剪切混料机去为强度更大的混料机喂料。
低剪切
混料工艺的另一个极端是混合颗粒非常易碎或大小差距很大的物料,混料后这些物料必须均匀地分散。典型例子包括沙拉、调味的肉制品,以及糕点混合物。
在一般情况下,翻滚是一种比较温和的混料方法。典型的包括“V”型搅拌机、双锥搅拌机,以及滚筒密闭式混料机。
作为物料处理系统的手提或轮式周转车可以集成到混料机上。通常来说,周转车通过叉车移动,通过圆锥形或斜坡排出固体物。推车通常有一个盖子,通过倾斜卸货。
周转车一般是中型散装容器(IBC)的一种;此外还可以用瓦楞纸板、塑料、或织物(如大袋)代替。中型散装容器的优点包括减少人工操作、更易于自动化,以及防止污染,因为这些容器通常是封闭的。
可重复使用的中型散装容器需要在一次或多次使用后进行清洗。这通常是在自动化设备中完成的,就像洗车系统一样。
除了清洗系统,中型散装容器还需要专门的设备用来装载、移动、搅拌和卸料。还有些类型的固体混料机还可能需要特殊的安排,如利用重力流的支架等,但也可以使用传统的材料处理方法,如气动输送机。
物料处理
固体物的处理是混料时非常重要的一个考量因素,因为几乎任何的运动源都可能产生偏析。偏析,或者所谓的不均匀,对于固体混合物和悬浮液而言非常特别。在固体混合物的应用中,偏析是由颗粒大小和密度的差异造成的。简单的倾倒动作可以使固体分离成相对较小的颗粒。因此,运输和灌装可能会影响之前的混料效果。中型散装容器系统的优点是,整个容器可以在排空前翻转,但之后的操作必须非常小心,以防偏析。
另一种方法是在混料机中即时配方混料。我们将这种工艺称为“桶中混料”,原先这是一种用于大批量液体混料的技术。这一方法的优势在于根据定单加工,减少库存,降低过期风险。
在另一种应用中,一种独立开发的配方,其中包括各种大小的配料需要混料处理,这些配料有些很易碎,有些很细小。这种混合物通常很快就会偏析,很多配料会沉入容器底部。因此消费者需要在食用前摇晃一下。
另一个方法是在移动的传送带上放入配料,这样一来能确保组合方式的正确性。传送带将物料送入容器中,每个容器送入的横截面的长度是统一的。目前这一方法已被用于糖果和混合什锦豆的加工应用中。
预混料
几乎所有的混合物都是有多种成分组成的。通常的成分比例如下:主要>10%,小颗粒1-10%,微小颗粒<1%。根据不同的应用情况,可以选择不同的分割点,但问题是,不同成分之间的数量差异永远很大。通常,小颗粒和微小颗粒都是功能性配料,如药物中的活性药物成分(API)。有效成分必须均匀分布,这些成本可能很昂贵,可能很危险,也可能很难以处理。对于食品行业,小颗粒和微小颗粒可能是调味剂、营养素和着色剂。
将小颗粒和微小颗粒有效混合的方法之一,是把其中的一些或全部成分和一些主要颗粒先进行一次预混合。同等量的颗粒均匀混合会比较容易。这个方法可以减少混料所需的时间和人力,同时减少了同批次需要的添加剂的数量。
在连续式混料系统中,集料式喂料机的喷嘴或喷射点有一定的限制。这也是考虑预混料的另一个原因。
显然,准备预混料也是混料的一大挑战。预混料通常是在容量较小但类似混料的设备中完成,但预混料可能是在实验室中进行,可能需要将液体加入到固体载体中。预混合的成分必须稳定且互相兼容。因此,不能将发酵粉的水溶液和烘焙粉混合,由于水分会使固体过早地活化膨松。
预混料的明显优势在于,多个批次可以同时操作,减少了称重和混合的步骤,从而提高产量。当小颗粒和微小颗粒不兼容时,可以通过预先称重和分批加入的方法处理,从而简化混料机操作工的任务,减少潜在错误的发生率。
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(4/10/2013) |
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