第3章粉碎与混合

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1、第三章 粉碎与混合第一节粉碎与筛分 一、粉碎能耗 二、粉碎过程的颗粒变化二、粉碎过程的颗粒变化 三、筛分三、筛分第二节 混合 一、混合的基本理论一、混合的基本理论 二、液体介质的搅拌混合二、液体介质的搅拌混合 三、三、高粘度浆体和塑性固体的混合高粘度浆体和塑性固体的混合 四、固体粒子的混合四、固体粒子的混合 第三节 乳化 第四节 粉碎与混合原理在食品工业中的应用 一、粉碎设备 二、混合设备 三、乳化设备 第三章第三章 粉碎与混合粉碎与混合 1、粉碎、粉碎(size reduction)是利用机械力克服物料内聚力，使固体物是利用机械力克服物料内聚力，使固体物料破碎或剪切成一定尺寸的小块或颗粒的单

2、元操作。料破碎或剪切成一定尺寸的小块或颗粒的单元操作。 2、粉碎的目的：（、粉碎的目的：（1）有利于不同组分物料的均匀混合。混）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。例如我们将蔬菜脱水后磨成粉，用于汤料粉的配制，效果越好。例如我们将蔬菜脱水后磨成粉，用于汤料粉的配制，此外还有咖啡、砂糖、香料等的粉磨也有此类目的。（，此外还有咖啡、砂糖、香料等的粉磨也有此类目的。（2）增）增大比表面积，以提高干燥、浸出等的加工速度，如脱水牛肉的生大比表面积，以提高干燥、浸出等的加工速度，如脱水牛

3、肉的生产，玉米淀粉的提取。（产，玉米淀粉的提取。（3）破坏细胞壁结构，便于胞内产物排）破坏细胞壁结构，便于胞内产物排出。提取玉米淀粉和大豆蛋白时，由于这些物质都存储于细胞内出。提取玉米淀粉和大豆蛋白时，由于这些物质都存储于细胞内，因此需要通过粉碎破壁，便于这些物质的提取。（，因此需要通过粉碎破壁，便于这些物质的提取。（4）粉碎后）粉碎后的食物与消化液的接触面积增加，从而提高食物的消化吸收率。的食物与消化液的接触面积增加，从而提高食物的消化吸收率。第一节第一节粉碎与筛分粉碎与筛分一粉碎能耗一粉碎能耗 （一）粉碎力与粉碎方式（一）粉碎力与粉碎方式第一节第一节粉碎与筛分粉碎与筛分1、压碎、压碎物料置

4、于两个粉碎面之间，施加压力后物料因压物料置于两个粉碎面之间，施加压力后物料因压应力达到其抗压强度极限而被粉碎。对于大块的应力达到其抗压强度极限而被粉碎。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。到片状产品，如轧制麦片、米片等。一粉碎能耗一粉碎能耗 （一）粉碎力与粉碎方式（一）粉碎力与粉碎方式第一节第一节粉碎与筛分粉碎与筛分2、劈碎、劈碎 用一个平面和一个带尖棱的工作表面挤压物料时，由于劈用一个平面和一个带尖棱的工作表面挤压物料时

5、，由于劈裂平面上的拉应力达到或超过物料拉伸强度极限，物料沿裂平面上的拉应力达到或超过物料拉伸强度极限，物料沿压力作用线的方向被劈碎压力作用线的方向被劈碎 一粉碎能耗一粉碎能耗 （一）粉碎力与粉碎方式（一）粉碎力与粉碎方式第一节第一节粉碎与筛分粉碎与筛分3、折断、折断折断被粉碎物料相当于承受集中载荷的两支点或多支点梁折断被粉碎物料相当于承受集中载荷的两支点或多支点梁。当物料内的弯曲应力达到物料的弯曲强度极限时就被折。当物料内的弯曲应力达到物料的弯曲强度极限时就被折断。此法多用于硬、脆性大的块状或条状物料的粉碎，如断。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。豆饼、玉米穗

6、等的粉碎。一粉碎能耗一粉碎能耗 （一）粉碎力与粉碎方式（一）粉碎力与粉碎方式第一节第一节粉碎与筛分粉碎与筛分4、磨碎、磨碎物料与运动的表面之间受一定的压力和剪切力作用当剪物料与运动的表面之间受一定的压力和剪切力作用当剪应力达到物料的剪切强度时，物料就被粉碎。此法主要用应力达到物料的剪切强度时，物料就被粉碎。此法主要用于小块物料或韧性物料的粉磨。于小块物料或韧性物料的粉磨。一粉碎能耗一粉碎能耗 （一）粉碎力与粉碎方式（一）粉碎力与粉碎方式第一节第一节粉碎与筛分粉碎与筛分5、冲击破碎、冲击破碎破碎物料在瞬间受到外来的冲击力而粉碎。它对粉碎脆性破碎物料在瞬间受到外来的冲击力而粉碎。它对粉碎脆性物料最

7、有利。可以应用于多种食品物料，从较大块形原料物料最有利。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。的破碎到细微粉碎均可使用此法。 一粉碎能耗一粉碎能耗 （二）粉碎能耗假说（二）粉碎能耗假说 第一节第一节粉碎与筛分粉碎与筛分1、粉碎能耗机理、粉碎能耗机理 （1）机械传动损耗，如粉碎设备将动力传递给粉碎物料时的能耗，研）机械传动损耗，如粉碎设备将动力传递给粉碎物料时的能耗，研磨介质之间的摩擦、振动及其他能量损耗等；磨介质之间的摩擦、振动及其他能量损耗等；（2）物料粉碎过程中的能量损耗，如裂解发生之前产生形变消耗的变）物料粉碎过程中的能量损耗，如裂解发生之前产生形变消耗的变

8、形能，颗粒间摩擦所消耗的能量；形能，颗粒间摩擦所消耗的能量；（3）物料粉碎后发生变化消耗的能量，如形成新的表面，增加表面积）物料粉碎后发生变化消耗的能量，如形成新的表面，增加表面积消耗的表面能，产生表面活性点、表面形成无定形层等结构变化消耗的表面能，产生表面活性点、表面形成无定形层等结构变化消耗的能量，以及晶体结构变化消耗的能量等。消耗的能量，以及晶体结构变化消耗的能量等。 粉碎能耗就是物料粉碎时外力做的功，粉碎的过程需要消耗粉碎能耗就是物料粉碎时外力做的功，粉碎的过程需要消耗大量的能量，主要包括以下三方面：大量的能量，主要包括以下三方面：一粉碎能耗一粉碎能耗 （二）粉碎能耗假说（二）粉碎能耗

9、假说 第一节第一节粉碎与筛分粉碎与筛分2、粉碎能耗法则、粉碎能耗法则 式中：式中：dE为物料粉碎所需的能量，为物料粉碎所需的能量，kJ；d(d)为物料粉碎的粒度变化，为物料粉碎的粒度变化，m；C 为常数，通常需要根据实际情况计算，与具体粉碎过程有关为常数，通常需要根据实际情况计算，与具体粉碎过程有关物料粉碎过程中的能量消耗是巨大的，然而要精确的计算物物料粉碎过程中的能量消耗是巨大的，然而要精确的计算物料粉碎所需的最小能量并不容易，目前常用的能耗假说都基料粉碎所需的最小能量并不容易，目前常用的能耗假说都基于这样一个假设：固体颗粒的粒度于这样一个假设：固体颗粒的粒度d发生微小变化发生微小变化-d(

10、d)时所时所需的能量需的能量dE是粒度的函数。这个假说的能耗计算通式为是粒度的函数。这个假说的能耗计算通式为 ：（3-13-1）一粉碎能耗一粉碎能耗 （二）粉碎能耗假说（二）粉碎能耗假说 第一节第一节粉碎与筛分粉碎与筛分2、粉碎、粉碎能耗法则能耗法则 （1）里廷格（）里廷格（Rittinger）法则）法则 （2）基克（）基克（Kick）法则）法则（3）朋特（）朋特（Bond）法则）法则 第一节第一节粉碎与筛分粉碎与筛分例3-1 晶体砂糖从其粒度为0.5mm被粉碎至粒度为0.075mm，达到某一产量所需的功率为3.75kW。今欲改变要求，被粉碎后的粒度为0.1mm，但产量提高20%。假定此操作符

11、合朋特式。试求功率消耗。解：先以原产量为基准，求出朋特常数：将E=3.75Kw，d1=0.5mm，d2=0.075mm带入式3-4得 则粉碎粒度改变后所需能耗为： 由计算结果可以看出，砂糖从0.5mm粉碎至0.075mm消耗的能量是物料从0.5mm粉碎至0.1mm的1.07倍左右。随着物料粒度的减小，粉碎消耗的能量急剧增加，因此在生产过程中需要合理确定粉碎粒度，在保证产品品质的前提下尽量减小能耗。二粉碎过程的颗粒变化二粉碎过程的颗粒变化 1、粒度分布、粒度分布第一节第一节粉碎与筛分粉碎与筛分以表面以表面积为基准，若基准，若颗粒的表面粒的表面积与球形与球形颗粒的表面粒的表面积相等，相等，那么那么

12、该球形球形颗粒的直径即粒的直径即为颗粒的表面粒的表面积当量直径当量直径以体以体积为基准，若基准，若颗粒的体粒的体积与球形与球形颗粒的体粒的体积相等，相等，那么那么该球形球形颗粒的直径即粒的直径即为颗粒的体粒的体积当量直径当量直径二粉碎过程的颗粒变化二粉碎过程的颗粒变化 2、粉碎物料的表面积变化、粉碎物料的表面积变化 第一节第一节粉碎与筛分粉碎与筛分若要若要计算一定算一定质量的物料的比表面量的物料的比表面积，通常需要知道，通常需要知道该物料的粒度分布以物料的粒度分布以及及颗粒的形状。粒的形状。对于当量直径为对于当量直径为 的非球形颗粒，表面积的非球形颗粒，表面积则比表面积为：则比表面积为：体体积

13、第一节第一节粉碎与筛分粉碎与筛分对于非球形于非球形颗粒，其形状可以用球形度粒，其形状可以用球形度来表示来表示颗粒形状接近球形的程度，粒形状接近球形的程度，根据根据dS和和dV的定的定义可得：可得：即即 即：即： 第一节第一节粉碎与筛分粉碎与筛分对于一定于一定质量的物料有量的物料有总表面表面积：式中：式中：At为所有物料的所有物料的总表面表面积，m2；m为物料物料总质量，量，kg；为物料的密度，物料的密度，kg/m3。例3-2 用泰勒筛对粗盐进行筛分，38%的物料能通过7号筛但是被9号筛截留，5%的物料能通过80号筛而被115号筛截留。如果样品总质量为5kg，计算这两部分物料的比表面积。食盐的密

14、度为1050 kg m-3，球形度为0.608。已知泰勒筛制中，7、9、80、115号筛孔尺寸分别为2.83mm、2.00mm、 0.177mm、0.151mm，两筛之间筛留物的平均直径可按两筛孔尺寸的均值计算。解 ：7号筛与9号筛之间的筛留物的平均直径80号筛与115号筛之间的筛留物的平均直径7号筛与9号筛之间的筛留物的总表面积80号筛与115号筛之间的筛留物的总表面积由计算结果可以看出，粉碎粒度要求越小，粉碎后物料的总表面积越大，所需粉碎能量也越大。 第一节第一节粉碎与筛分粉碎与筛分三筛分三筛分 1、筛分原理、筛分原理 第一节第一节粉碎与筛分粉碎与筛分筛过物的质量与给料中可筛过物的质量之比

15、为筛分效筛过物的质量与给料中可筛过物的质量之比为筛分效率率(sieving efficiency)，是从数量上评定筛分过程，是从数量上评定筛分过程的指标。筛面上物料中可筛过物的质量分数随时间的的指标。筛面上物料中可筛过物的质量分数随时间的变化率称为筛分速率变化率称为筛分速率(sieving rate)，是反映筛分器，是反映筛分器生产能力大小的一种度量。生产能力大小的一种度量。 筛分筛分(screening)是将颗粒物料或粉状物料通过一层或数是将颗粒物料或粉状物料通过一层或数层带孔的筛面，将物料分成若干颗粒级别的单元操作。层带孔的筛面，将物料分成若干颗粒级别的单元操作。 三筛分三筛分 2、影响筛

16、、影响筛分的因素分的因素 第一节第一节粉碎与筛分粉碎与筛分被筛分物料的物理性质 筛分过程中所用的设备 物料的粒度组成堆积密度含水量筛面的空隙率筛孔大小筛孔形状给料均匀性 第二节第二节混合混合混合混合(mixing)是指两种或两种以上不同的物质互相混杂是指两种或两种以上不同的物质互相混杂以达到一定均匀度的物质分配过程。以达到一定均匀度的物质分配过程。 一混合的基本理论一混合的基本理论 （一）混合程度（一）混合程度混合均匀度是指一种或几种混合均匀度是指一种或几种组分的分的浓度或温度等物理度或温度等物理性性质的均匀性的均匀性 一混合的基本理论一混合的基本理论 第二节第二节混合混合（一）混合程度（一）

17、混合程度在理想状在理想状态下，混合开始下，混合开始时各各组分在容器中仍保持分离的状分在容器中仍保持分离的状态，随着混合，随着混合过程程的的进行，整个物料被分成大量的局部小区域，每个小区域表示行，整个物料被分成大量的局部小区域，每个小区域表示浓度或度或热量量这类可分散的参数的未分散部分，可分散的参数的未分散部分，这些小区域的体些小区域的体积大小的平均大小的平均值称称为分离尺度分离尺度(separation size)。混合物各个局部小区域的。混合物各个局部小区域的浓度或温度与整个混合物的平度或温度与整个混合物的平均均浓度或温度的偏差的平均度或温度的偏差的平均值称称为分离分离强强度度(separa

18、tion intensity)，用来表，用来表示两相示两相邻小区域小区域间浓度、温度等参数的差异性。度、温度等参数的差异性。 一混合的基本理论一混合的基本理论 第二节第二节混合混合（一）混合程度（一）混合程度图 3-3 分离尺度和分离分离尺度和分离强强度示意度示意图一混合的基本理论一混合的基本理论 第二节第二节混合混合（一）混合程度（一）混合程度混合混合样品中局部区域的大小及品中局部区域的大小及浓度偏差都是具有一定分布的随机度偏差都是具有一定分布的随机变量，一般量，一般采用抽采用抽样统计法来确定。法来确定。规定取定取样大小（即大小（即检验尺度），并要求尺度），并要求试样浓度平均度平均偏差小于偏

19、差小于规定的最大定的最大值（即容（即容许偏差），如符合下列条件之一，偏差），如符合下列条件之一，则可可认为是混是混合合合格的制品：合格的制品：（1）分离尺度小于）分离尺度小于检验尺度，同尺度，同时分离分离强强度小于容度小于容许偏差；偏差；（2）分离尺度大于）分离尺度大于检验尺度，但分离尺度，但分离强强度充分小于容度充分小于容许偏差，可以弥偏差，可以弥补前者不前者不足；足；（3）分离）分离强强度大于容度大于容许偏差，但分离尺度充分小于偏差，但分离尺度充分小于检验尺度，可以弥尺度，可以弥补前者不前者不足。足。一般的，若所取一般的，若所取样品中均含有不止一种品中均含有不止一种组分分则可可认为分离尺度

20、小于分离尺度小于检验尺度。尺度。一定尺度的一定尺度的试样的的浓度偏差平均度偏差平均值就可以作就可以作为混合物混合物质量的量的鉴定定标准。准。 一混合的基本理论一混合的基本理论 第二节第二节混合混合（一）混合程度（一）混合程度分离分离强强度的度的计算算已知一混合物，按照已知一混合物，按照检验尺度尺度规定取定取样，测量各量各样品中品中组分分A的的质量分数量分数为(i=1，2，n)，若，若该混合物中混合物中A质量分数量分数为则混合物的分离混合物的分离强强度可用均方差的大小来表示：度可用均方差的大小来表示： 第二节第二节混合混合然而在然而在实际生生产时，不易不易获得，通常以得，通常以样品的平均品的平均

21、质量分数量分数来表示，来表示，则混合物的分离混合物的分离强强度度还可表示可表示为：特特别的，的，对于于仅含两种含两种组分的物料，其分离分的物料，其分离强强度可表示度可表示为：一混合的基本理论一混合的基本理论 第二节第二节混合混合（二）混合机理（二）混合机理混合是两种或两种以上不同的物混合是两种或两种以上不同的物质在混合机内，在外力作用下在混合机内，在外力作用下进行混合，行混合，从开始从开始时的不均匀状的不均匀状态到局部混合再逐到局部混合再逐渐达到整体的均匀混合状达到整体的均匀混合状态，最后被混合物料达到最后被混合物料达到动态平衡的平衡的过程程 混合的混合的形式形式 对流混合 分子扩散混合剪切混

22、合一混合的基本理论一混合的基本理论 第二节第二节混合混合（三）混合速率（三）混合速率混合速率是指混合混合速率是指混合过程中物料均匀性随程中物料均匀性随时间变化的速率。化的速率。 混合速率可用混合速率可用为分离分离强强度度随随时间的的变化率化率来表示，物料完全混合来表示，物料完全混合时分离分离强强度度为则混合混合过程的推程的推动力力为：混合速率正比于混合推混合速率正比于混合推动力，即有：力，即有： 第二节第二节混合混合积分上式可得（分上式可得（t=0-t）若以混合度若以混合度来表示混合的来表示混合的质量量 联立上述两式得：立上述两式得：第二节第二节混合混合（四）混合程度（四）混合程度一混合的基本

23、理论一混合的基本理论 物料混合的基本问题是要保证物料在流动状态下进行，物料混合的基本问题是要保证物料在流动状态下进行，一般靠机械装置来实现，因此要消耗能量。混合操作的一般靠机械装置来实现，因此要消耗能量。混合操作的能耗，除与机械装置和容器的设计有关外，主要取决于能耗，除与机械装置和容器的设计有关外，主要取决于物料的物理性质物料的物理性质 第二节第二节混合混合二液体介质的搅拌混合二液体介质的搅拌混合 搅拌的作用搅拌的作用 （1）使液体物料混合均匀；（2）使气体在液体中很好的分散；（3）使固体粒子（如催化剂）在液相中均匀的悬浮；（4）使不相溶的液体均匀悬浮或充分乳化；（5）强化相间的传质（如吸收等

24、）；（6）强化传热。第二节第二节混合混合二液体介质的搅拌混合二液体介质的搅拌混合 （一）低粘度液体的搅拌混和（一）低粘度液体的搅拌混和 果汁、糖水溶液、低浓度牛乳、油及其他透明稀溶液的粘度较低，这类果汁、糖水溶液、低浓度牛乳、油及其他透明稀溶液的粘度较低，这类低、中粘度液体，包括互溶或不互溶液体及固体悬浮液等，其混合机理低、中粘度液体，包括互溶或不互溶液体及固体悬浮液等，其混合机理主要是对流混合和分子扩散混合。主要是对流混合和分子扩散混合。 （二）高粘度液体的搅拌（二）高粘度液体的搅拌食品中还存在大量高粘度液体，如熔化巧克力、蜂蜜、果酱、蛋黄酱、食品中还存在大量高粘度液体，如熔化巧克力、蜂蜜、

25、果酱、蛋黄酱、肉糜等。对于高粘性物料，其密度和粘度都很大，在混合过程中湍动肉糜等。对于高粘性物料，其密度和粘度都很大，在混合过程中湍动和涡流几乎不存在，因此，扩散对混合的作用很小和涡流几乎不存在，因此，扩散对混合的作用很小 第二节第二节混合混合二液体介质的搅拌混合二液体介质的搅拌混合 （三）液体搅拌时的流动特性及功率消耗（三）液体搅拌时的流动特性及功率消耗1.流动形态流动形态搅拌槽内的液体按照一定的方式运拌槽内的液体按照一定的方式运动，搅拌速度及液体剪切作拌速度及液体剪切作用都取决于液体的流用都取决于液体的流动状状态。我。我们根据雷根据雷诺数数来判断液体的流来判断液体的流动形形态，以叶端速度，

26、以叶端速度作作为特性流速，以叶特性流速，以叶轮直径直径d作作为特性尺寸，特性尺寸，则：第二节第二节混合混合二液体介质的搅拌混合二液体介质的搅拌混合 （三）液体搅拌时的流动特性及功率消耗（三）液体搅拌时的流动特性及功率消耗1.流动形态流动形态搅拌槽中，叶拌槽中，叶轮转动的叶端速度定的叶端速度定义为叶叶轮或叶片或叶片边缘的的转动线速度，速度，可以根据其可以根据其转速和叶速和叶轮直径来直径来计算。算。将叶端速度将叶端速度带入上面两式，略去常数入上面两式，略去常数则有：有：第二节第二节混合混合二液体介质的搅拌混合二液体介质的搅拌混合 （三）液体搅拌时的流动特性及功率消耗（三）液体搅拌时的流动特性及功率

27、消耗2.功率曲线功率曲线混合器的型式、混合器的型式、搅拌器的拌器的转速、物料的性速、物料的性质等都能影响等都能影响搅拌器拌器输入到混合系入到混合系统中的功率，即叶中的功率，即叶轮功率，功率，这是是选择电机功率的重要依据，同机功率的重要依据，同时也可作也可作为混混合程度和运合程度和运动状状态的度量。的度量。搅拌功率拌功率N与叶与叶轮直径直径d，转速速n，液体的密度，液体的密度、黏度黏度，重力加速度，重力加速度g等主要因素有关。即：等主要因素有关。即：由因次分析法可以得出：由因次分析法可以得出：或者写成：或者写成：（3-25）（3-24）第二节第二节混合混合弗弗鲁德常数德常数(Froude num

28、ber) 表示表示搅拌力与重力之比，一般在拌力与重力之比，一般在许多大型混合器内，多大型混合器内，存在着存在着搅拌力与重力之拌力与重力之间的相互制的相互制约，因此，因此设备设计时常常要考常常要考虑弗弗鲁德常数：德常数：（3-263-26）若要若要计算功率因素，算功率因素，则式（式（3- 25）可以写成：）可以写成：（3-273-27）搅拌拌时由于重力作用常常由于重力作用常常产生的中央漩生的中央漩涡，如果用，如果用挡板或其他措施消除了漩板或其他措施消除了漩涡，则可以忽略重力的影响，弗可以忽略重力的影响，弗鲁德常数的指数德常数的指数b=0，式（，式（3- 27）就可以）就可以简化化为：（3- 28

29、3- 28）K和和a可通可通过实验求得，求得，该值取决于取决于搅拌器的型式和各部分的尺寸比例，拌器的型式和各部分的尺寸比例，容器直径、液容器直径、液层深度深度对搅拌器尺寸的比例以及拌器尺寸的比例以及搅拌液体的流型。拌液体的流型。 关系曲关系曲线可由可由实验方法确定，方法确定，图 3-4 为装有装有涡轮式叶式叶轮的的标准准搅拌系拌系统的功率的功率曲曲线。如。如图3-4，在，在层流区，粘性力流区，粘性力较大，重力影响可忽略。大，重力影响可忽略。 -Re在双在双对数坐数坐标中中为一直一直线。大量。大量实验数据表明此直数据表明此直线的斜率的斜率为-1。此。此时：（3- 293- 29）第二节第二节混合

30、混合第二节第二节混合混合1.标准准搅拌器构型的功率曲拌器构型的功率曲线（上（上线）；）；2.与无与无挡板槽中的功率曲板槽中的功率曲线（下（下线）图 3- 4装有装有涡轮式叶式叶轮的的标准准搅拌系拌系统的功率曲的功率曲线第二节第二节混合混合三三.高粘度浆体和塑性固体的混合高粘度浆体和塑性固体的混合 在粉状物料中加入少量液体，制备成均匀的塑性物料或在粉状物料中加入少量液体，制备成均匀的塑性物料或膏状物料，如面团等；在高粘度物料中加入粉体或液体膏状物料，如面团等；在高粘度物料中加入粉体或液体制备成均匀混合物，如巧克力浆、蜂蜜等。两者都可称制备成均匀混合物，如巧克力浆、蜂蜜等。两者都可称作捏合操作，此

31、时混合物料的粘度大，流动性极小。作捏合操作，此时混合物料的粘度大，流动性极小。 第二节第二节混合混合四四.固体粒子的混合固体粒子的混合 混合固体粒子的主要目的通常是获得组分浓度均匀的混混合固体粒子的主要目的通常是获得组分浓度均匀的混合物，如在食品工业中谷物的混合，面粉的混合、面粉合物，如在食品工业中谷物的混合，面粉的混合、面粉中添加辅料和添加剂、干制食品中加添加剂等。颗粒状中添加辅料和添加剂、干制食品中加添加剂等。颗粒状或粉状固体的混合主要靠流动性，而固体颗粒的流动性或粉状固体的混合主要靠流动性，而固体颗粒的流动性与颗粒的大小、形状、比重和附着力有关。由于重力作与颗粒的大小、形状、比重和附着力

32、有关。由于重力作用，大小均匀的颗粒混合时，重的颗粒易趋向器底，密用，大小均匀的颗粒混合时，重的颗粒易趋向器底，密度相同的颗粒混合时，圆和小的颗粒趋向器底。粘附性度相同的颗粒混合时，圆和小的颗粒趋向器底。粘附性大的颗粒，容易聚集在一起，不易均匀分散。固体混合大的颗粒，容易聚集在一起，不易均匀分散。固体混合的机理也是对流、剪切、扩散同时发生的过程。的机理也是对流、剪切、扩散同时发生的过程。 第三节第三节乳化乳化乳化乳化(emulsify)是将两种原本不互溶的液体进行混合，使是将两种原本不互溶的液体进行混合，使一种液体以微小球滴或固形微粒（分散相）的形式均匀一种液体以微小球滴或固形微粒（分散相）的形

33、式均匀分散在另一种液体（连续相）中的一种特殊的混合操作。分散在另一种液体（连续相）中的一种特殊的混合操作。通常需要加入乳化剂，来保证悬浮稳定性。乳化剂是一通常需要加入乳化剂，来保证悬浮稳定性。乳化剂是一类分子中同时具有亲水性基团和亲油性基团的表面活性类分子中同时具有亲水性基团和亲油性基团的表面活性剂，它能改善乳化体系中各组分的表面张力，形成均匀剂，它能改善乳化体系中各组分的表面张力，形成均匀分散的乳化体或分散体。分散的乳化体或分散体。水相中可以含有水溶性的盐、糖或其他蛋白质有机物和胶体等；油水相中可以含有水溶性的盐、糖或其他蛋白质有机物和胶体等；油相中也可包含油溶性的烃类、蜡、树脂和其他物质。

34、水相与油相混相中也可包含油溶性的烃类、蜡、树脂和其他物质。水相与油相混合的乳化液包括以油相为分散相的，称为水包油合的乳化液包括以油相为分散相的，称为水包油(O/W)型如图型如图3-5所所示，如牛奶；以水相为分散相的，称为油包水示，如牛奶；以水相为分散相的，称为油包水(W/O)型如图型如图3-6所示，所示，如巧克力、蛋黄酱等。如巧克力、蛋黄酱等。 第三节第三节乳化乳化图图 3-5 油包水型油包水型 图图 3-6 水包油型水包油型水相中常见的乳化剂包括磷脂、固醇以及人工合成的各种乳化水相中常见的乳化剂包括磷脂、固醇以及人工合成的各种乳化剂，如脂肪酸类、单甘脂硬脂酸酯、聚氧乙烯山梨醇硬脂酸酯剂，如脂

35、肪酸类、单甘脂硬脂酸酯、聚氧乙烯山梨醇硬脂酸酯、山梨醇硬脂酸酯、蔗糖脂肪酸酯等。乳化剂的结构和种类是、山梨醇硬脂酸酯、蔗糖脂肪酸酯等。乳化剂的结构和种类是影响乳化液性能（稳定性及粒径）最主要的因素，选择具有合影响乳化液性能（稳定性及粒径）最主要的因素，选择具有合适亲水亲油平衡值适亲水亲油平衡值(HLB)的乳化剂是制取稳定乳化液的重要因的乳化剂是制取稳定乳化液的重要因素素第三节第三节乳化乳化一般一般HLB值为值为1-20，完全疏水的石蜡，完全疏水的石蜡HLB=0,完全亲水的聚乙二醇完全亲水的聚乙二醇HLB=20。HLB值以值以10为亲水、亲油的分界线，即为亲水、亲油的分界线，即HLB10的乳化的

36、乳化剂为剂为亲水性的，多用于亲水性的，多用于O/W型；型；HLB10的乳化剂为亲油性的，多用于的乳化剂为亲油性的，多用于W/O型。型。（3-30） 一粉碎设备一粉碎设备 （一）物料的性质（一）物料的性质 1.颗粒大小对粉碎效果的影响颗粒大小对粉碎效果的影响第四节第四节粉碎与混合原理在食品工业中的应用粉碎与混合原理在食品工业中的应用 粉碎操作通常随着粒度减小粉碎变得越来越困难，这通常是由于颗粒大的颗粒粉碎操作通常随着粒度减小粉碎变得越来越困难，这通常是由于颗粒大的颗粒存在脆弱的断裂线或疵点的可能性大，到达即将裂解的临界状态所需的临界应存在脆弱的断裂线或疵点的可能性大，到达即将裂解的临界状态所需的

37、临界应力及消耗的变形能都相对小颗粒为小力及消耗的变形能都相对小颗粒为小 2.物料的力学性质对粉碎效果的影响物料的力学性质对粉碎效果的影响 在颗粒粒度相同的情况下，由于物料的力学性质不同，所需的临界变形能也在颗粒粒度相同的情况下，由于物料的力学性质不同，所需的临界变形能也不同。当物料受到应力作用时，在弹性极限应力以下，物料经受了弹性变形。不同。当物料受到应力作用时，在弹性极限应力以下，物料经受了弹性变形。当作用的应力在弹性极限以上，物料产生永久变形，直至应力达到屈服应力。当作用的应力在弹性极限以上，物料产生永久变形，直至应力达到屈服应力。在屈服应力以上，物料开始流动，经历塑变区域，直至达到破坏应

38、力而断裂在屈服应力以上，物料开始流动，经历塑变区域，直至达到破坏应力而断裂 第四节第四节粉碎与混合原理在食品工业中的应用粉碎与混合原理在食品工业中的应用 根据物料应变与应力的关系，以及极限应力的不同，通常将物料根据物料应变与应力的关系，以及极限应力的不同，通常将物料的力学性质分成三种：的力学性质分成三种： 1.硬度：根据物料的弹性模数大小划分的性质，即硬和软之分；2.强度：根据物料的弹性极限应力的大小来划分的性质，即强和弱之分；3.脆性：根据物料塑变区域的长短来划分的性质，即脆性和可塑性之分；一粉碎设备一粉碎设备 （二）粉碎设备（二）粉碎设备1.中细碎设备中细碎设备 中、细碎设备通常以冲击力或

39、挤压力为最主要的粉碎力中、细碎设备通常以冲击力或挤压力为最主要的粉碎力 第四节第四节粉碎与混合原理在食品工业中的应用粉碎与混合原理在食品工业中的应用 滚筒式粉碎机 锤式粉碎机盘击式粉碎机利用一只或一只以上滚筒的旋转进利用一只或一只以上滚筒的旋转进行碾压操作的设备，通常为双滚筒行碾压操作的设备，通常为双滚筒 主要依靠冲击力，以及一主要依靠冲击力，以及一定的摩擦力进行粉碎定的摩擦力进行粉碎 利用两个相互靠近的圆盘，及其上按同心利用两个相互靠近的圆盘，及其上按同心圆排列的齿状、针状或棒状的指爪之间的圆排列的齿状、针状或棒状的指爪之间的相对运动，对物料进行粉碎相对运动，对物料进行粉碎 中中细细碎碎设设

40、备备第四节第四节粉碎与混合原理在食品工业中的应用粉碎与混合原理在食品工业中的应用 一粉碎设备一粉碎设备 （二）粉碎设备（二）粉碎设备2.研磨设备研磨设备 第四节第四节粉碎与混合原理在食品工业中的应用粉碎与混合原理在食品工业中的应用 若要使物料粉碎成较细颗粒，就必须利用摩擦力或剪切力作为主要的若要使物料粉碎成较细颗粒，就必须利用摩擦力或剪切力作为主要的粉碎力。常用设备有盘式磨碎机、盘磨、球磨机、碾磨机等粉碎力。常用设备有盘式磨碎机、盘磨、球磨机、碾磨机等 临界转速 （3-333-33）图图 3- 10 3- 10 转筒式球磨机转筒式球磨机一粉碎设备一粉碎设备 （二）粉碎设备（二）粉碎设备3.切割

41、碎解设备切割碎解设备 第四节第四节粉碎与混合原理在食品工业中的应用粉碎与混合原理在食品工业中的应用 为了方便传输，促进热加工、脱水等加工过程，有时需要将水果、肉为了方便传输，促进热加工、脱水等加工过程，有时需要将水果、肉类等制品切成一定大小和形状的均匀颗粒。对于一些柔性较大的食物，类等制品切成一定大小和形状的均匀颗粒。对于一些柔性较大的食物，挤压力很难使其有效碎解，因此要用到一些切割碎解设备，如切片机、挤压力很难使其有效碎解，因此要用到一些切割碎解设备，如切片机、切丁机、撕碎机、打浆机等切丁机、撕碎机、打浆机等 一粉碎设备一粉碎设备 （三）食品粉碎机的选用（三）食品粉碎机的选用 选择粉碎设备时

42、，通常要综合考虑食品物料的粉碎性能及其硬度、强度、选择粉碎设备时，通常要综合考虑食品物料的粉碎性能及其硬度、强度、脆性、韧性、水分含量、吸湿性等，按照被粉碎物料的物理性质，选择最脆性、韧性、水分含量、吸湿性等，按照被粉碎物料的物理性质，选择最适粉碎力，才能得到合适类型的粉碎设备，表适粉碎力，才能得到合适类型的粉碎设备，表3-2为一些粉碎机的特点和主为一些粉碎机的特点和主要用途要用途 第四节第四节粉碎与混合原理在食品工业中的应用粉碎与混合原理在食品工业中的应用 第四节第四节粉碎与混合原理在食品工业中的应用粉碎与混合原理在食品工业中的应用 表表3- 2 食品粉碎机的食品粉碎机的选择粉碎力粉碎力粉碎

43、机粉碎机特点特点用途用途冲击剪切冲击剪切锤式粉碎机锤式粉碎机适于中硬或纤维质物料的适于中硬或纤维质物料的中、细碎，有粉碎热中、细碎，有粉碎热玉米、大豆、谷物、地瓜、玉米、大豆、谷物、地瓜、地瓜干、油料榨饼、砂糖、地瓜干、油料榨饼、砂糖、干蔬菜、香辛料、可可、干干蔬菜、香辛料、可可、干酵母酵母盘击式粉碎盘击式粉碎机机适于中硬或软质物料的中、适于中硬或软质物料的中、细碎，以及纤维质的碎解细碎，以及纤维质的碎解胶体磨（湿胶体磨（湿法）法）软质物料的超微粉碎软质物料的超微粉碎乳制品、奶油、巧克力、油乳制品、奶油、巧克力、油脂制品脂制品挤压剪切挤压剪切辊磨机辊磨机按齿形不同适用于各种不按齿形不同适用于各

44、种不同途径同途径小麦、玉米、大豆、有病、小麦、玉米、大豆、有病、咖啡豆、花生、水果咖啡豆、花生、水果盘磨盘磨可以再粉碎的同时进行混可以再粉碎的同时进行混合，产品粒度分布宽合，产品粒度分布宽食盐、调味料、含脂食品食盐、调味料、含脂食品盘式粉碎机盘式粉碎机干法、湿法都可干法、湿法都可谷类、豆类谷类、豆类剪切剪切滚筒轧碎机滚筒轧碎机适用于软质的中碎适用于软质的中碎马铃薯、葡萄糖、干酪马铃薯、葡萄糖、干酪斩肉机斩肉机 切割机切割机软质粉碎软质粉碎肉类、水果肉类、水果冲击剪切冲击剪切捣磨机捣磨机小规模用小规模用大米大米一粉碎设备一粉碎设备 （三）食品粉碎机的选用（三）食品粉碎机的选用 当物料中含有较多合

45、格产品时通常采用预先分级，从而减轻粉碎机负担，当物料中含有较多合格产品时通常采用预先分级，从而减轻粉碎机负担，避免过度粉碎，从而节约能耗，提高粉碎效率。而带有最终分级的粉碎设避免过度粉碎，从而节约能耗，提高粉碎效率。而带有最终分级的粉碎设备可以将物料按粒度分组。备可以将物料按粒度分组。 第四节第四节粉碎与混合原理在食品工业中的应用粉碎与混合原理在食品工业中的应用 一粉碎设备一粉碎设备 （四）食品粉碎新技术（四）食品粉碎新技术 随着食品工业的迅速发展，传统的粉碎手段已经不能满足食品生产的需要随着食品工业的迅速发展，传统的粉碎手段已经不能满足食品生产的需要。为了保证食物固有的香味，增加其分散性和溶

46、解性，超微粉碎、冷冻粉。为了保证食物固有的香味，增加其分散性和溶解性，超微粉碎、冷冻粉碎和低温粉碎等技术也逐渐应用到食品的粉碎加工中碎和低温粉碎等技术也逐渐应用到食品的粉碎加工中 。 第四节第四节粉碎与混合原理在食品工业中的应用粉碎与混合原理在食品工业中的应用 1.超微粉碎超微粉碎 有利于我们对食物资源的充分利用 常用的超微粉碎设备有，气流磨机、振动磨机、常用的超微粉碎设备有，气流磨机、振动磨机、冲击粉碎机、超声波粉碎机、均质乳化机等。冲击粉碎机、超声波粉碎机、均质乳化机等。 第四节第四节粉碎与混合原理在食品工业中的应用粉碎与混合原理在食品工业中的应用 2.超低温粉碎超低温粉碎 物料在处于低温

47、状态是通常表现出一定的物料在处于低温状态是通常表现出一定的“脆性脆性”，一般而言，随着温度降，一般而言，随着温度降低，物料的脆性和硬度增加，塑性和韧性下降。因此可以通过降低温度的方低，物料的脆性和硬度增加，塑性和韧性下降。因此可以通过降低温度的方法来改善物料的粉碎特性法来改善物料的粉碎特性优势优势 （1）常温下有许多油性较大，具有较强韧性、粘性、弹性的物料如牛骨、核桃仁、尼龙、蜡等都难以粉碎，低温粉碎则可以使这些物料脆性增加变得易于粉碎；（2）低温粉碎可以将物料粉碎成比常规粉粒体流动性更好，粒度分布更理想的产品；（3）在低温下进行粉碎可以避免由粉碎过程中产生的热量造成的产品的氧化变质、热敏物质

48、被破坏、香味物质逸散、粉尘爆炸以及噪音等问题。 二混合设备二混合设备 第四节第四节粉碎与混合原理在食品工业中的应用粉碎与混合原理在食品工业中的应用 1.搅拌机搅拌机 在食品工业中，根据被混合的物料状态及其粘度性质，混合设在食品工业中，根据被混合的物料状态及其粘度性质，混合设备可分为混合机、搅拌机、捏合机备可分为混合机、搅拌机、捏合机 按按桨桨叶叶形形状状分分类类桨式：结构简单，易于制造和更换，常用于有腐蚀性或对接触材料结构简单，易于制造和更换，常用于有腐蚀性或对接触材料 有特殊要求的料液有特殊要求的料液 涡轮式：适宜处理多种物料，尤其是中等粘度的物料，转速较高适宜处理多种物料，尤其是中等粘度的

49、物料，转速较高 ，混合效果好，容易清洗，有些涡轮，混合效果好，容易清洗，有些涡轮 式具有较高的局部式具有较高的局部 剪应力，有一定乳化均质作用剪应力，有一定乳化均质作用 旋桨式：两三片螺旋桨构成，结构简单，仅限于粘度不大的液体混合两三片螺旋桨构成，结构简单，仅限于粘度不大的液体混合 螺带式第四节第四节粉碎与混合原理在食品工业中的应用粉碎与混合原理在食品工业中的应用 图 3- 12搅拌器的形式拌器的形式图 3-13螺旋螺旋轴搅拌拌 图 3-14螺旋螺旋带式式搅拌器拌器二混合设备二混合设备 第四节第四节粉碎与混合原理在食品工业中的应用粉碎与混合原理在食品工业中的应用 2.捏合机捏合机 相对其他混合

50、操作，捏合操作困难，所需时间长，功率消耗大。相对其他混合操作，捏合操作困难，所需时间长，功率消耗大。捏合设备通常属于重型设备，包括双臂式捏合机及混合锅捏合设备通常属于重型设备，包括双臂式捏合机及混合锅 二混合设备二混合设备 第四节第四节粉碎与混合原理在食品工业中的应用粉碎与混合原理在食品工业中的应用 3.混合机混合机 处理干粉和干颗粒物料常用比较轻型的设备，如旋转式混合槽、处理干粉和干颗粒物料常用比较轻型的设备，如旋转式混合槽、双锥型转鼓式混合器双锥型转鼓式混合器 二混合设备二混合设备 第四节第四节粉碎与混合原理在食品工业中的应用粉碎与混合原理在食品工业中的应用 4.混合设备的选择混合设备的选

51、择 混合机的选择很大程度上依赖于经验或小型试验结果，通过对以混合机的选择很大程度上依赖于经验或小型试验结果，通过对以下两项因素的考虑确定混合机的形式下两项因素的考虑确定混合机的形式 1.确定混合操作目的和要求，包括：混合产品的性质，要求的混合度，生产能确定混合操作目的和要求，包括：混合产品的性质，要求的混合度，生产能力，操作为间歇式还是连续式等。力，操作为间歇式还是连续式等。2.根据物料的物理性质，如粒子形状、大小及其分布、密度、流动性、物料的根据物料的物理性质，如粒子形状、大小及其分布、密度、流动性、物料的附着性或凝聚性、湿润性等，以及各组分物料的差异程度等附着性或凝聚性、湿润性等，以及各组

52、分物料的差异程度等 三乳化设备三乳化设备 第四节第四节粉碎与混合原理在食品工业中的应用粉碎与混合原理在食品工业中的应用 图 3- 19 高速分散乳化器高速分散乳化器 在食品工在食品工业中，按操作的中，按操作的环境境压力可将乳化力可将乳化设备分分为真空型和普通型两真空型和普通型两种。使用乳化种。使用乳化剂时，由于液面，由于液面张力降低，使得空气更容易混入乳化液中，力降低，使得空气更容易混入乳化液中，空气的混入空气的混入对乳化液有乳化液有严重的影响。真空乳化重的影响。真空乳化设备可以避免空气混入，可以避免空气混入，对保持食品乳化液的品保持食品乳化液的品质有利。大多数乳化操作在常有利。大多数乳化操作

53、在常压或加或加压下工作，下工作，即普通型。即普通型。 乳化操作中，主要依靠剪切力使液体破碎，根据机械力效果、乳化操作中，主要依靠剪切力使液体破碎，根据机械力效果、液体分散和合并的速度等可将乳化设备分为搅拌乳化器，胶体磨液体分散和合并的速度等可将乳化设备分为搅拌乳化器，胶体磨和均质机，超声波乳化器等，图和均质机，超声波乳化器等，图3-19为高速分散乳化器示意图为高速分散乳化器示意图 三乳化设备三乳化设备 第四节第四节粉碎与混合原理在食品工业中的应用粉碎与混合原理在食品工业中的应用 胶体磨胶体磨对以乳以乳浊液液为基基础的的组成物成物进行精行精细研磨、粉碎、均研磨、粉碎、均质、乳化和混合。、乳化和混

54、合。他由一个固定的表面和一个高速旋他由一个固定的表面和一个高速旋转的表面的表面组成，两表面成，两表面间有可有可调节的微小的微小间隙，物料在此隙，物料在此间隙通隙通过时，由于，由于转动表面高速旋表面高速旋转，造成与固体表面上，造成与固体表面上间的速的速度梯度，从而使物料受到度梯度，从而使物料受到强强烈的剪切力和湍烈的剪切力和湍动，产生乳化分散作用，生乳化分散作用，图3-17为胶体磨示意胶体磨示意图。胶体磨有卧式和立式，后者可适用于粘度。胶体磨有卧式和立式，后者可适用于粘度较高的物料。高的物料。 1.胶体磨胶体磨 三乳化设备三乳化设备 第四节第四节粉碎与混合原理在食品工业中的应用粉碎与混合原理在食品工业中的应用 均均质质机机 均质目的 均质机 （1）在液体物料高速流动时，若突然遇到狭窄的缝隙，如图3-18所示，造成极大的速度梯度，从而产生很大的剪切力，使物料粉碎。（2）在均质机内，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）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汽压时，液体开始沸腾并汽化，产生大量气泡。液体离开均质阀时，压力有会增加，使气泡突然破灭，瞬间产生大量空穴。（1）高压均质机 （2）离心均质机（3）超声波均质机