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關(guān)鍵詞：操作參數(shù)；優(yōu)化；統(tǒng)計(jì)模型；雙螺桿食品擠壓機(jī)；比容
雙螺桿擠壓機(jī)是一種高效的機(jī)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(xiàng)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(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于食品的擠壓膨化加工中。
雙螺桿擠壓機(jī)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(jī)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(jī)的精確的數(shù)學(xué)模型，很難從物料特性、擠壓機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和加工條件來預(yù)測擠壓機(jī)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(jìn)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(jī)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(shí)際加工結(jié)果有很大的誤差。目前，實(shí)驗(yàn)研究在雙螺桿擠壓機(jī)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(shí)驗(yàn)研究了螺桿轉(zhuǎn)速、機(jī)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(jì)模型，目的在于探索食品的擠壓加工機(jī)理，促進(jìn)擠壓加工技術(shù)的發(fā)展。本文的研究對于雙螺桿擠壓機(jī)擠壓加工過程中操作參數(shù)的確定具有指導(dǎo)作用。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 物料與實(shí)驗(yàn)設(shè)備
實(shí)驗(yàn)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(jī)。該機(jī)的螺桿采用當(dāng)今最流行的分段組合式，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(xiàng)參數(shù)均可以曲線和數(shù)值的形式實(shí)時顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上。
1.3 實(shí)驗(yàn)參數(shù)的測定
2 結(jié)果與分析
2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
實(shí)驗(yàn)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(jī)筒溫度對產(chǎn)品比容的影響。
圖1和圖2表明，隨著機(jī)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(jī)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(jī)筒溫度升高，物料在擠出過程中吸收的熱量多，有利于促進(jìn)淀粉的糊化，所以隨著機(jī)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(jī)械強(qiáng)度降低，容易被膨化。但是，不能隨意地增大溫度，因?yàn)闇囟冗^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(yàn)，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(jī)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(qiáng)，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?？谕獯髿鈮褐g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(jìn)一步增大會使物料在機(jī)筒內(nèi)攪拌不均勻，造成物料從機(jī)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(tuán)”，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(jī)筒吸收熱量，促進(jìn)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(qiáng)，但由于物料在機(jī)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(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速、機(jī)筒溫度、供料速度對產(chǎn)品比容的影響進(jìn)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(dú)作用外，其交互作用也對比容產(chǎn)生影響。
（2）隨著機(jī)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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