食品挤压技术装备及工艺机理研究进展

以营养、低能耗、快捷为特点的新型食品挤压技术如超临界流体挤压(supercritical fluid extrusion)、双阶或多级挤压、挤压机与3D打印机等设备联用、智能化控制模拟技术受到关注。该文梳理了食品挤压技术装备发展概况;比较了普通低水分和高水分挤压、超临界CO2挤压、双阶或多级挤压以及挤压-3D打印联用等工艺技术的特点;总结了食品挤压能量输入与蛋白构象变化关系机理。结果认为:1)通过改进挤压设备材料和结构及与中近红外设备、流变仪、拉曼光谱仪等设备联用,提高其通用性、可视性和智能性,实现挤压过程全程监控,是今后挤压设备研发的方向。2)控制挤压过程中能量输入方式或大小,是挤压工艺研究要解决的主要问题,也是挤压工艺放大生产的关键点。3)建立挤压能量输入方式或大小、物料组分结构变化及产品品质形成研究体系,研究结果为实现挤压过程中能量输入精准调控提供参考。     

移动式全喂入香蕉茎秆纤维提取机的研制与试验

为了解决中国香蕉茎秆废弃物带来的环境污染、疾病传播、资源浪费以及火灾事故等问题,该文结合香蕉茎秆粗大、含水量高等特点,通过研究香蕉茎秆喂入、挤水、机械击打刮取等关键机构,设计出一台可移动式全喂入香蕉茎秆纤维提取机,整机主要由茎秆输送装置、喂入装置、滚扎装置、纤维刮取装置、出料装置等部分构成。样机性能试验表明:该机生产率为206.6 kg/h,香蕉茎秆纤维提取率为90.4%,香蕉茎秆纤维含杂率为16.2%,提取100 kg香蕉茎秆纤维能耗为22.3 k W·h,符合生产需求。该研究可为香蕉茎秆纤维提取机的设计提供技术参考,对促进中国热带农业区香蕉产业发展具有重要意义。     

滚筒刮拉式香蕉茎秆纤维刮取装置参数优化与试验

为解决机械法香蕉茎秆纤维提取中存在的纤维提取率较低、含杂率较高等问题,对滚筒刮拉式香蕉茎秆纤维刮取装置进行参数优化试验研究。该文制定了香蕉茎秆纤维提取率、香蕉茎秆纤维含杂率为试验指标,刮杂刀辊转速、刮刀数量、刮刀砧弧长为影响因素,通过单因素试验分析确定了各个因素对试验指标的影响规律及较优水平范围;通过三因素三水平正交试验及多元回归分析,得出刮杂刀辊转速为1 800 r/min、刮刀数量为16把、刮刀砧弧长为60 mm为试验最优参数组合,以及各因素对指标影响的主次顺序。对试验装置进行指标模型的测试试验表明:该装置生产率为207.6 kg/h,香蕉茎秆纤维提取率为93.2%,香蕉茎秆纤维含杂率为15.7%,能耗为22.1 k W·h/100 kg,符合农艺生产要求和相关行业原料标准。该试验结果有利于促进中国南方热区香蕉茎秆纤维提取装备的研制与发展。     

滚扎甩碎组合式香蕉茎秆纤维提取机设计与试验

香蕉茎秆中含有丰富的植物纤维,其机械提取具有效率高、污染少等优点,是一项具有发展潜力的香蕉茎秆机械化处理技术。目前,由于香蕉茎秆粗大、含水率高等问题,机械提取香蕉茎秆纤维成熟技术较少。针对上述问题,该文研制了滚扎甩碎组合式香蕉茎秆纤维提取机,该机主要由传动系统、Ⅰ级滚扎装置、Ⅱ级滚扎装置、甩碎装置、电机等部分构成。样机性能试验表明：该机香蕉茎秆纤维提取率为89.2.%,含杂率为8.6%,生产率为206 kg/h,能耗为20.2 kW·h/100 kg,符合设计要求。与半喂入式香蕉茎秆纤维提取机相比,该机的提取率提高了8.1%,含杂率降低了6.5%,生产率提高了71.7%,能耗降低了10.6%。该研究可为香蕉茎秆纤维提机设计提供参考,对促进中国热带农业区香蕉产业发展具有重要的意义。     

挤压参数对组织化大豆蛋白持水性的影响

试验以脱脂低温豆粕为原料,以德国布拉本德双螺杆挤压实验室工作站（DSE-25型）为设备,研究了挤压温度、物料含水率以及螺杆构型对产品持水性的影响。结果表明：物料含水率和螺杆构型对产品持水率有极显著影响（p〈0.01）;挤压温度对产品的持水率没有显著影响;挤压温度、物料含水率和螺杆构型对产品吸水率有极显著影响（p〈0.01）。影响产品持水率程度的大小顺序为物料含水率、螺杆构型、挤压温度;影响产品吸水率程度的大小顺序为螺杆构型、挤压温度、物料含水率。产品吸水率随着挤压温度的升高而增加。产品的持水率和吸水率随着物料含水率的提高先增加,随后略有降低。与配备输送元件的构型相比,配备反向元件、齿型盘和捏合块的构型显著增加了产品的持水性。工艺参数和螺杆构型对大豆组织化蛋白的吸水率的影响相对较大,对持水率影响相对较小。产品良好的组织结构是提高产品持水性的必要条件。     

水产沉性颗粒饲料挤压蒸煮工艺对其理化特性的影响

为了规模化生产出低污染、高转化率的环保型水产沉性颗粒饲料,选用双螺杆挤压机对水产全价配合原料进行挤压熟化研究。以沉性水产硬颗粒饲料理化特性(膨化度、近似密度、糊化度、耐久性和水中稳定性)为重要指标,采用表面响应分析法研究了物料含水率（22%～38%）、套筒温度（70～170℃）和螺杆转速（73～107?r/min）对其挤压工艺和饲料理化特性的影响规律,SEM分析其微观结构。结果表明：物料含水率、套筒温度和螺杆转速均显著影响饲料的理化特性。中高物料含水率和套筒温度及低螺杆转速时,才能获得理想的沉性高熟化水产颗粒饲料,其理化特性具有低膨化度（1.14）,高近似密度（757.6?g/L）、糊化度（879.5?g/kg）、耐久性（96.6%）和水中稳定性（88.7%）。SEM分析显示优化条件（物料含水率31%,套筒温度126℃,螺杆转速78?r/min）下生产的颗粒饲料结构光滑质密。该研究可为发展高效、低耗、低碳高品质沉性水产饲料研究和生产提供参考。     

香蕉茎秆纤维化学脱胶工艺及脱胶纤维性能

为了将废弃的香蕉茎秆制备纤维的工艺运用到纺织领域,采用化学法脱胶工艺提取香蕉茎秆纤维。研究预酸,预氧及碱液煮炼工艺条件对香蕉茎秆纤维脱胶率和残余木质素率的影响,确定较佳的脱胶工艺。采用傅立叶红外光谱(fourier transformed infrared spectroscopy,FTIR)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)和扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)分析较佳工艺制备的香蕉茎秆纤维的理化特性;并对其力学性能进行测试与分析。结果表明:预酸采用H2SO4质量浓度2 g/L,浴比1∶20,水浴温度55℃,时间2 h;预氧处理工艺采用H2O2质量浓度7 g/L;助剂Na2Si O3质量分数3%,多聚磷酸钠质量分数2%;温度95℃,p H值11,浴比1∶20,时间1.5 h,升温时间35~40 min;碱液煮炼Na OH溶液质量浓度9 g/L,常压0.1 MPa煮沸,温度100℃,时间3 h,浴比1∶20;酸洗用H2SO4体积分数0.1%,温度28℃,时间5 min。在此条件下,香蕉茎秆纤维的脱胶率为68%,残余木质素率为8.21%。FTIR结果表明对比香蕉茎秆粗纤维,化学法较佳工艺制备的香蕉茎秆纤维去除了大部分的半纤维素和木质素,相对结晶度为60%;断裂截面的SEM图表明化学法制备的香蕉茎秆纤维呈现脆性-塑形复合型断裂形式,直径范围在0.068 mm左右。力学性能测试结果表明较佳工艺制备的香蕉茎秆纤维拉伸强度,杨氏模量和断裂伸长率分别是353.09 MPa,18.34 GPa和1.70%。结果表明化学法较佳工艺制备的香蕉茎秆纤维在纺织工业具有一定的应用前景。     

不同挤压参数对大豆粕蛋白质结构的影响

该文系统研究了油脂提取前挤压膨化预处理工艺对大豆粕蛋白质表面疏水性、游离巯基含量的影响，分析了物料水分、膨化温度、δ段长度、模孔长度、螺杆转速等不同挤压参数与蛋白质结构变化的关系，建立了挤压参数与粕蛋白质游离巯基含量关系的量化模型。结果表明：低物料水分、低膨化温度、短模孔可以减少挤压膨化预处理工艺过程中蛋白质结构的破坏程度。相反，高物料水分、高温挤压膨化时，会加剧蛋白质分子内部疏水基的暴露和蛋白质的交联。在此基础上改进的挤压膨化预处理工艺更有利于蛋白质结构的改善。     

油料冷态预榨过程的油脂径向渗流模型及验证

为量化考察油料一维压榨过程中油脂的流动状态,针对直筒式冷态压榨制油过程,通过简化假设建立了一维压榨模型,并对油料微元进行受力分析;利用Darcy渗流定律与Terzaghi固结理论建立了油料压榨过程中的渗流模型,确定了影响压榨出油效果的因素主要为料筒内径、物料层高度、压榨压力、压榨时间、油脂黏度和物料孔隙度。在实际压榨过程中,压榨压力和压榨时间易控制,油脂黏度和孔隙度也可以通过设置压榨参数而改变,而压榨机的料筒规格不易改变,因此料筒半径的选取尤为重要。基于此,根据渗流模型推导出油率模型,分析了料筒半径对出油率的影响关系,指出料筒内径不宜过大。开展不同筒径时的出油率试验,并与模型预测值对照,其最大误差为2.10%。研究结果为油料直筒式低温预榨制油设备制造及工艺参数的优化及选取提供了参考。     

挤压玉米粉制备高麦芽糖浆工艺优化

为缩短超高麦芽糖浆的生产周期、节约能源,该文系统地研究了挤压玉米粉作预处理后生产高麦芽糖浆的工艺,分析了机筒温度、螺杆转速、模孔直径及物料水分与麦芽糖含量、糖浆收率的关系。结果表明:挤压工艺的因素排序为机筒温度>物料含水率>螺杆转速>模孔直径;最佳挤压条件为:59℃、23%、200r/min、6mm,液化10min,糖化8h,经高效液相色谱分析,所制备的糖浆中麦芽糖质量分数为69.19%,糖浆收率可达100.62%,研究结果可为工业化生产麦芽糖提供数据参考。     

水产沉性粒饲料挤压蒸煮工艺对其物性影响

选用双螺杆挤压机对水产全价配合原料进行挤压熟化,以沉性水产硬颗粒饲料理化特性(膨化度、堆积密度、糊化度、耐久性和水中稳定性)为重要指标,采用表面响应分析法研究了物料水分含量(25～35%)、套筒温度(90～150℃)和螺杆转速(80～100 r/min)对其挤压工艺和饲料理化特性的影响规律,SEM分析其微观结构。结果表明：物料水分、套筒温度和螺杆转速均显著影响饲料的理化特性。中高物料水分和套筒温度及低螺杆转速时,才能获得理想的沉性高熟化水产颗粒饲料,其理化特性具有低膨化度(1.15),高堆积密度(754.7 g/L)、糊化度(882.3 g/kg)、耐久性(96.6%)和水中稳定性(89.1%)。SEM分析显示优化条件(物料水分30%,套筒温度120℃,螺杆转速80 r/min)下生产的颗粒饲料结构光滑质密。     

甜高粱茎秆液态发酵制取乙醇工艺技术

甜高粱茎秆液态发酵制取乙醇工艺技术是国家高技术研究发展计划(863计划)《甜高粱茎秆制取乙醇》(课题编号:2001AA 514040)项目中关键技术之一,本文简要的论述了该项技术的工艺流程、工作原理和性能指标。该项研究成果主要以甜高粱茎秆汁液为原料,采用固定化酵母流化床快速发酵工艺,并克服了固定化细胞技术中普遍存在的载体机械强度低、使用寿命短等技术难题,同时根据乙醇酵母的生理、生化特性制定了一套适用于高技术的乙醇生产新工艺。该项技术具有发酵速度快、发酵率高,成熟醪酒份高、残糖低、能耗低。     

香蕉副产物袋装青贮原料混合配比试验研究

香蕉副产物中富含蛋白质、矿物营养等,可作为反刍动物的饲料资源开发利用。香蕉茎叶具有含水量高、不含糖分能量物,不易青贮等特点,采取主、辅混合青贮的方式可有效解决这一难题。基于此,开展混合青贮主、辅原料的适宜比例试验研究,结果表明,以主料香蕉茎叶80%+辅料干甘蔗稍叶20%的混合配比生产的青贮饲料产品手感外观、含水量、pH值、营养成分、单宁含量等指标都由于其他组合,达到青贮饲料良好标准,从青贮饲料产品营养成分、生产成本的影响方面,可为香蕉茎叶饲料化的产业化开发利用提供经济、实用轻简化技术和理论依据。     

糟渣类物料脱水干燥的研究(初报)

当前蛋白资源不足是阻碍我国饲养业发展的重要原因,但在农、副产品加工下脚中有大量宝贵资源未被合理利用。本文对糟渣物料的开发利用从营养成分、技术、经济等方面进行了较为全面的分析和论证。重点研究了糟渣物料脱水干燥的工艺和设备,并在实验室试验中获得了成功。     

香菇双螺杆挤压膨化机的设计与试验

针对现有双螺杆挤压膨化设备生产香菇膨化产品时存在物料堵塞、预熟度低、作业参数缺失等问题而导致生产的产品膨化率低、吸水性差、硬度高等缺陷,该研究设计了一种香菇双螺杆挤压膨化设备,并对设备中的关键部件喂料搅拌防堵装置、预熟调质装置与双螺杆结构参数进行了设计与确定。同时,为探究设备中的作业参数对产品膨化性能的影响,研究了设备的螺杆转速、膨化温度、物料含水率对产品的膨化率、硬度、脆度、吸水性的影响。结果表明:影响膨化率的显著性顺序依次为螺杆转速、物料含水率、膨化温度;影响硬度的显著性顺序依次为螺杆转速、膨化温度、物料含水率;影响脆度的显著性顺序依次为膨化温度、物料含水率、螺杆转速;影响吸水性的显著性顺序依次为膨化温度、物料含水率、螺杆转速。其次,结合各因素交互作用的影响规律与目标优化结果,得出设备的最佳作业参数为:螺杆转速167.23r/min,膨化温度151.68℃,物料含水率16.83%,此时,产品的膨化率、硬度、脆度、吸水性分别为4.04%、18.61N、-8.46mm/cm^2、313.86%。将优化后的参数值在设备中进行了生产性应用,得到生产值与优化值的误差均小于4%,最大生产率为165 kg/h。与扬州大学机械工程学院实验室内的现有设备相比,在提高物料送料的连续性与调质熟化度的基础上,膨化率提高了25.00%,硬度降低了48.21%、脆度提升了40.55%、吸水性提高了62.35%。因此,该机的设计可为香菇膨化产品的开发提供了一种较为成熟的技术装备。     

不同农业有机废弃物产甲烷特性比较

为评估不同物料相同发酵条件下的产沼气特性,该文研究了玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆、香蕉秸秆、鸡粪、牛粪和猪粪7种原料的基本特性及发酵情况。元素分析结果表明7种原料均不适宜直接发酵,且粪便原料的理论产气潜力优于纤维质原料。组分分析表明,纤维质原料中香蕉秸秆的可降解组分含量最高,达76.13%,粪便原料中鸡粪的易降解有机物含量最高,为59.72%。发酵试验结果表明,香蕉秸秆和鸡粪的甲烷产率分别为186.10和224.85 m L/g,BDA(biodegradability)分别为41.42%和33.28%,消化时间(T90)分别为9.5和7 d,为两类原料中产气潜力最佳的原料。基于月累计甲烷产量和Gompertz模拟结果,鸡粪和香蕉秸秆降解速率快,累计产气量高,分别达867.28 m L/g和528.92 m L/g。结果表明鸡粪和香蕉秸秆最适合作为沼气发酵的原料。     

挤压膨化预处理工艺优化提高大豆蛋白粉品质

该文对大豆挤压膨化预处理工艺进行研究,制得优质膨化大豆蛋白粉。以大豆为原料,研究利用挤压膨化机对经破碎及调质的大豆进行处理,替代部分预处理工序,再经榨油机榨出部分油脂制得膨化大豆蛋白粉的方法。试验通过单因素和响应面优化试验研究挤压膨化大豆含水率、膨化温度、螺杆转速和模孔孔径对大豆脲酶活性的影响,结果表明:当调质含水率为9.0%、膨化温度160℃、螺杆转速270 r/min及模孔孔径18 mm时膨化后大豆脲酶活性为0.021 U/g,同时经透射电镜显示膨化后大豆中的脂肪外露明显,经榨油机压榨再经粉碎制得膨化大豆蛋白粉,豆粉中脂肪质量分数7.1%,氮溶解指数(nitrogen solubility index,NSI)80.5%,实现了通过挤压膨化替代软化、轧坯、蒸炒工艺,简化了生产工序。     

双螺杆冷榨机的研制与应用

为实现双低菜籽脱皮后的冷态压榨，研制了一种双螺杆榨油机，采用啮合式和非啮合式相组合的原理，在榨膛内实行多级压缩和松弛及薄料层压榨，其理论压缩比达23.0，榨膛长径比达11.5，压榨时间达180 s，并具有强大的物料自清功能，解决了脱皮菜籽仁在榨膛内输送困难的问题。双螺杆榨油机成功投入了生产应用，结果表明，脱皮菜籽冷榨饼残油率(干基)在15%左右，冷榨油接近菜籽三级压榨油国家标准，冷榨出饼温度低于70℃，满足冷榨工艺要求。双螺杆榨油机实现了脱皮菜籽的冷态压榨，可显著改善产品质量，降低加工能耗，提高了双低菜籽加工的经济效益。     

挤压膨化工艺参数对玉米淀粉出酒率的影响

合理的原料预处理工艺可以提高玉米淀粉出酒率,该文用单螺杆挤压膨化机对脱胚玉米进行挤压膨化,以模孔直径、套筒温度、物料含水率、螺杆转速和酵母添加量作为因素,以挤压膨化脱胚玉米淀粉出酒率为考察指标,采用5因素5水平(1/2实施)进行二次正交旋转组合试验设计,探讨了挤压膨化工艺参数和酵母添加量对挤压膨化脱胚玉米淀粉出酒率的影响规律,得到了优化的工艺参数:模孔直径为12mm,套筒温度140℃,物料含水率19%,螺杆转速200r?min-1,在酵母添加量为0.4%时,玉米淀粉出酒率可以达到55.81%。     

不同工艺参数下苜蓿草粉环模制粒机流场的模拟与验证

环模制粒成型技术以其高效率、高成型率、强适应性等优点广泛应用于生物质能源和饲料产业等领域。该文以苜蓿草粉为原料,应用POLYFLOW软件对环模制粒机挤压区流场进行数值模拟,研究了喂料量、环模转速和物料含水率的变化对流场压力、速度、剪切速率和黏度分布特性的影响规律,并以试验验证,旨在为生产工艺的有效控制提供参考依据。结果表明:在结构参数等条件一定的情况下,增大喂料量,流场压力升高,挤压成型区域扩大,且物料以较快的速度作层流运动,流场剪切速率降低,黏度增大,出模压力和成型密度较大;减小环模转速,流场压力和挤压成型区增大,流动速度减小,剪切速率降低,黏度较大,但出模压力和成型密度降低;物料含水率降低使流场压力、黏度、出模压力和成型密度增加。通过比较得出:当喂料量为6 t/h、环模线速度为6.5 m/s和物料含水率为15%时所形成的流场有利于苜蓿草粉的制粒成型。