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大豆挤压膨化技术及膨化机理的分析王宏立1,2，张祖立1，白晓虎1（1.沈阳农业大学工程学院，沈阳 110161；2.黑龙江八一农垦大学工程学院，黑龙江大庆 163319）摘要：利用小型单螺杆挤压膨化设备对全脂大豆进行膨化加工试验，通过电子显微扫描观察、分析膨化和未膨化大豆的微观结构的变化，对大豆膨化加工机理进行了探讨。
膨化和未膨化大豆的营养成分分析化验结果表明，膨化加工能够改变大豆的理化性状，有利于家畜对其营养成分的消化和吸收。
关键词：农学；膨化机理；分析；大豆；营养成分；螺杆挤压膨化中图分类号：S377 文献标识码：A 文章编号：1003─188X(2006)01─0085─02我国有丰富的大豆资源，年产量约为1500万t，居世界第4位[1]。
与其它农作物相比，大豆中含有丰富的蛋白质和油脂，是人类的优良食品和动物的优质、高能、高蛋白饲料。
目前，许多饲料生产企业用廉价的大豆植物性蛋白来替代昂贵的动物性蛋白，如鱼粉、骨粉和血粉等。
但大豆含有多种抗营养因子，其中的胰蛋白酶抑制因子、脂肪氧化酶、脲酶等，如果不进行处理就加到饲料中，将会影响动物对营养物质的吸收[2]。
实践表明，大豆中一些影响营养物质吸收的有害成分，只有通过膨化加工的高温、高压处理才能消除。
目前，挤压膨化法已成为最主要的饲用大豆加工方法。
为此，本文重点对大豆的挤压膨化技术及膨化机理进行分析和探讨。
1 挤压膨化机主要参数及工作过程1.1 试验设备及其主要参数试验所用膨化机是自行研制的小型单螺杆挤压膨化机，采用等根径变螺距螺杆，环形出料口，主要参数如下：主轴转速为50～300r/min，可调；螺杆直径为45mm；螺杆长度为296mm；螺杆螺旋槽深度为4.5mm；螺旋升角为17°；套筒内径为48mm；喷口截面面积为3.14mm2；膨化温度为120°～160℃；膨化压力为1.11MPa以上。
1.2 膨化工作过程大豆挤压膨化工艺流程为：原料→清选→粉碎→调质→挤压膨化→冷却→干燥→包装。
膨化机工作原理膨化机是一种常用的食品加工设备，广泛应用于膨化食品的生产过程中。
它通过将高温高压的气体迅速释放，使食品中的水分蒸发并形成气泡，从而使食品膨胀、变得松软。
下面将详细介绍膨化机的工作原理。
一、膨化机的组成部份膨化机主要由以下几个部份组成：1.进料系统：用于将原料输送到膨化机内部，通常包括输送带、进料口等。
2.蒸汽系统：用于产生高温高压的蒸汽，通常由蒸汽锅炉、蒸汽管道等组成。
3.膨化腔体：是膨化机的核心部份，膨化过程主要在其中进行。
膨化腔体通常由钢制或者不锈钢制成，具有一定的密封性能。
4.排气系统：用于排出膨化过程中产生的废气，通常包括排气管道、排气扇等。
5.控制系统：用于控制膨化机的工作状态，通常包括控制面板、传感器等。
二、膨化机的工作原理膨化机的工作原理可以分为以下几个步骤：1.进料：将待加工的原料通过进料系统输送到膨化腔体内。
2.加热：通过蒸汽系统将膨化腔体内的温度升高到一定的程度。
蒸汽锅炉产生的高温高压蒸汽通过蒸汽管道进入膨化腔体，使膨化腔体内部的温度迅速升高。
3.膨化：在高温高压的环境下，原料中的水分迅速蒸发，并形成气泡。
由于膨化腔体的密封性能，水分蒸发产生的气泡无法逸出，从而使原料膨胀、变得松软。
4.排气：膨化过程中产生的废气通过排气系统排出膨化腔体。
排气管道连接到膨化腔体的底部，通过排气扇的作用将废气排出。
5.控制：膨化机的工作状态通过控制系统进行监控和调节。
控制面板上的按钮和控制器可以控制蒸汽的温度和压力，以及膨化腔体的运行时间和速度等参数。
三、膨化机的应用领域膨化机广泛应用于食品加工行业，特殊是膨化食品的生产过程中。
膨化食品是一种通过膨化机处理的食品，具有松软、蓬松的口感，广受消费者爱慕。
常见的膨化食品包括膨化米、膨化玉米、膨化豆类等。
这些膨化食品不仅可以直接食用，还可以作为其他食品的原料，如膨化米可以用于制作米饼、米粉等。
此外，膨化机还可以用于其他领域的加工过程，如塑料制品的生产中。
膨化机工作原理膨化机是一种用于生产膨化食品的设备，它能将谷物、坚果、薯类等原料加热并加压，使其迅速膨胀。
膨化食品因其独特的口感和丰富的营养成分而受到广大消费者的喜爱。
本文将详细介绍膨化机的工作原理。
一、膨化机的组成膨化机主要由进料系统、加热系统、膨化系统、排气系统和控制系统等几个部分组成。
1. 进料系统：进料系统用于将原料输送到膨化机中。
常见的进料系统有螺旋输送机、皮带输送机等。
原料经过这些输送机进入膨化机的料斗。
2. 加热系统：加热系统是膨化机的核心部分，它通过加热原料使其膨胀。
加热系统通常由燃气燃烧器和加热室组成。
燃气燃烧器将燃气燃烧产生的热能传递给加热室，加热室中的温度会迅速升高。
3. 膨化系统：膨化系统是将加热后的原料膨化的部分。
在膨化系统中，原料会受到高温和高压的作用，使其迅速膨胀。
膨化系统通常由膨化室和膨化机筒体组成。
原料在膨化室中受到高温和高压的作用，产生剧烈的膨胀。
膨化机筒体则起到固定膨化室的作用。
4. 排气系统：排气系统用于排出膨化过程中产生的气体。
膨化过程中，由于原料的膨胀，会产生大量气体。
排气系统通过排气管将这些气体排出。
5. 控制系统：控制系统用于控制膨化机的运行。
控制系统通常由电气控制柜和触摸屏组成。
操作人员可以通过触摸屏设置膨化机的运行参数，如温度、压力等。
二、膨化机的工作原理膨化机的工作原理可以分为加热、膨化和排气三个过程。
1. 加热过程：首先，将原料通过进料系统输送到膨化机的料斗中。
然后，启动加热系统，燃气燃烧器将燃气燃烧产生的热能传递给加热室。
加热室中的温度会迅速升高。
原料在加热室中受到高温的作用，温度逐渐升高。
2. 膨化过程：当原料的温度达到一定值时，进入膨化室。
膨化室中的压力较高，原料受到高温和高压的作用，迅速膨胀。
原料中的水分在高温下变为蒸汽，产生剧烈的膨胀。
同时，原料中的淀粉和蛋白质也发生物理和化学变化，使得膨化食品具有独特的口感和营养成分。
3. 排气过程：膨化过程中产生大量气体，这些气体需要通过排气系统排出。
膨化机工作原理膨化机是一种常用于食品加工行业的设备，主要用于制造膨化食品，如膨化米、膨化谷物和膨化豆类等。
膨化食品以其独特的口感和丰富的营养成为人们喜爱的食品之一。
本文将详细介绍膨化机的工作原理。
1. 膨化机的组成部分膨化机主要由进料系统、压力系统、加热系统、膨化室和排料系统等几个部分组成。
- 进料系统：进料系统由进料斗和进料螺杆组成，用于将原料送入膨化机。
- 压力系统：压力系统由膨化螺杆和膨化筒组成，通过螺杆的旋转运动将原料送入膨化室。
- 加热系统：加热系统通常采用电加热器或燃气加热器，用于提供热量，使原料在膨化室内达到适当的温度。
- 膨化室：膨化室是膨化机的核心部分，通过高温高压的作用使原料膨胀，形成膨化食品。
- 排料系统：排料系统由排料口和排料螺杆组成，用于将膨化食品从膨化室中排出。
2. 膨化机的工作原理膨化机的工作原理可以简单概括为：原料进料→加热和压力作用→膨化成型→排料。
首先，将原料通过进料系统送入膨化机。
原料可以是谷物、豆类、米粉等。
进料系统会将原料均匀地送入膨化螺杆和膨化筒中。
接下来，加热系统提供热量，使膨化室内的温度升高。
同时，膨化螺杆的旋转运动将原料推向膨化室。
在高温高压的作用下，原料中的水分蒸发，形成蒸汽。
蒸汽的压力使原料膨胀，增大了体积。
当原料膨化到一定程度时，膨化室内的压力会达到一个临界点，此时打开排料系统，将膨化食品从膨化室中排出。
排料螺杆的旋转运动将膨化食品从排料口处推出。
3. 膨化机的优势和应用领域膨化机具有以下几个优势：- 高效快速：膨化机能够在短时间内完成膨化食品的制作，提高生产效率。
- 灵活多样：膨化机可根据不同的原料和工艺要求进行调整，制作出多种口味和形状的膨化食品。
- 营养丰富：膨化食品在膨化的过程中，水分蒸发，使得膨化食品中的营养物质更易于消化吸收。
- 可控性强：膨化机的加热和压力系统可根据需要进行精确控制，以获得理想的膨化效果。
膨化机广泛应用于食品加工行业中，特别适用于生产膨化谷物、膨化豆类、膨化米、膨化玉米等膨化食品。
膨化机工作原理膨化机是一种常用于食品加工行业的设备，主要用于将谷物、玉米、大豆等原料加工成膨化食品，如膨化谷物、薯片、膨化豆类等。
膨化机的工作原理是通过高温和高压的作用，将原料中的水分迅速加热蒸发，形成气泡，使原料膨胀变薄，同时通过快速冷却固化，形成膨化食品的特殊口感和形状。
膨化机通常由进料系统、加热系统、膨化系统、冷却系统、排放系统等组成。
下面将详细介绍膨化机的工作原理及各个部分的功能。
1. 进料系统：膨化机的进料系统主要用于将原料输送至加热系统。
进料系统通常包括给料器、输送带和调节器。
给料器可以根据生产需要调节原料的进料量，输送带则将原料平稳地输送至加热系统。
2. 加热系统：加热系统是膨化机的核心部分，其作用是通过加热原料，使其蒸发水分并形成气泡。
加热系统通常由加热器、蒸汽系统和温度控制器组成。
加热器通常采用电加热或蒸汽加热的方式，通过传导、对流和辐射等方式将热量传递给原料。
温度控制器可以根据需要调节加热系统的温度，以确保原料的加热均匀和稳定。
3. 膨化系统：膨化系统是膨化机的关键部分，其作用是将加热后的原料迅速膨胀变薄。
膨化系统通常由膨化室、螺杆和刀具组成。
膨化室是一个密闭的容器，其内部压力可以通过调节阀门进行控制。
加热后的原料通过螺杆被输送到膨化室中，在高温和高压的作用下，原料中的水分迅速蒸发，形成气泡，使原料膨胀变薄。
同时，刀具可以将膨化后的原料切割成所需的形状和大小。
4. 冷却系统：冷却系统用于迅速冷却膨化后的原料，使其固化并保持所需的形状和口感。
冷却系统通常由冷却器、风机和输送带组成。
冷却器通过对膨化后的原料进行冷却，使其迅速固化。
风机则通过对冷却器中的空气进行循环，加快冷却速度。
输送带将冷却后的膨化食品输送至下一个工序。
5. 排放系统：排放系统用于将膨化机中产生的废气和废料排出。
废气通常通过排气管道排出，废料则通过废料口排出。
排放系统可以保持膨化机的正常运行，并对环境产生较小的影响。
膨化机工作原理膨化机是一种常见的食品加工设备，广泛应用于食品格业中的膨化食品生产过程中。
膨化食品是通过将压缩的食品原料在高温高压条件下迅速释放，从而使其体积膨胀，形成蓬松、口感酥脆的食品产品。
膨化机的工作原理是通过热气流和机械力的作用，将食品原料加热、膨胀和形成膨化食品。
一、膨化机的基本构造膨化机主要由进料系统、加热系统、膨化系统、排气系统和控制系统等组成。
1. 进料系统：进料系统是将食品原料输送到膨化机的关键部份。
通常采用螺旋输送机或者振动输送机等方式，确保食品原料均匀地进入膨化机。
2. 加热系统：加热系统是膨化机的核心部份，主要通过加热器提供高温气流。
加热器通常由燃气或者电加热器组成，将热气流引入膨化机的膨化室。
3. 膨化系统：膨化系统是膨化机的关键部份，用于将食品原料加热后形成膨化食品。
膨化室内有一个旋转的螺旋搅拌器，可以将食品原料均匀地加热和搅拌，使其膨胀。
4. 排气系统：排气系统用于排出膨化过程中产生的水蒸气和废气。
通常通过排气管道将废气排出膨化机。
5. 控制系统：控制系统用于控制膨化机的运行和参数调节。
通常包括温度控制器、压力控制器和转速控制器等。
二、膨化机的工作过程膨化机的工作过程可以分为预热、膨化和排气三个阶段。
1. 预热阶段：在膨化机开始工作前，加热系统会先将膨化机内部的温度提升到一定的预设温度。
预热阶段的目的是为了确保膨化室内的温度达到膨化食品所需要的加热温度。
2. 膨化阶段：当膨化机内部温度达到预设温度后，食品原料会被螺旋搅拌器均匀地加热和搅拌。
在高温高压的环境下，食品原料中的水分迅速蒸发，形成气泡，使食品原料体积膨胀。
同时，食品原料中的淀粉也会被熟化，使膨化食品变得酥脆。
3. 排气阶段：在膨化过程中，由于水分的蒸发和食品原料的膨胀，会产生大量的水蒸气和废气。
排气系统会将这些废气排出膨化机，保持膨化室内的良好工作环境。
三、膨化机的应用膨化机广泛应用于食品格业中的膨化食品生产过程中。
收稿日期:2003-01-21
作者简介:白玉萍(1971-),女,工程师;主要从事油料挤压膨化机的研制、生产及技术服务工作。
文章编号:1003 7969(2003)07 0021 02 中图分类号:TS223.2 文献标识码:A
大豆膨化机的结构、特点及应用
白玉萍,于树森,都徐亮
(哈尔滨科华航天技术有限公司,150036哈尔滨市中山路156号)
摘要:概述了大豆膨化机的结构、特点,总结了膨化机生产实践经验。
通过膨化浸出工艺与传统浸出工艺的比较,进一步证明了使用膨化机可提高浸出器的处理量、降低生产成本、提高产品质量等优势,为新建、改建油脂加工企业在选择加工方案时提供参考。
关键词:大豆;膨化机;结构;特点;应用
由于使用大豆膨化机具有扩大生产规模、降低成本、提高产品质量等优点,各油厂在进行扩大改造时首先就想到了膨化机。
为了使广大读者能比较透彻地了解膨化机的结构及其优点,现将我们在设计和调试过程中的感知告诉大家,供大家在选择方案时参考。
1 膨化机的结构和特点1 1 特点
膨化机的设计结构简单,操作简便,安装和拆卸方便,易损件有备件,可随时更换,维修方便,便于保养维修,最大限度地降低维修费用。
1 2 结构
膨化机是由变频喂料机构、膨化部、蒸汽调节机构、电控柜四大部分组成。
我们主要谈谈膨化机的膨化部分。
膨化机的膨化部由膨化筒和挤压绞龙组成。
膨化筒一般由内径相同的三节膨化筒联接而成,挤压绞龙装在膨化筒内,当长绞龙按一定速度旋转时将进入膨化筒内的物料向前推进。
膨化筒和挤压绞龙组成的膨化部按其作用可分为进料段、压缩段、调质段、出料段四部分。
1 2 1 进料段 由双头等距螺旋组成,其作用主要是把物料快速送入。
1 2 2 压缩段 由变距螺旋组成,通过变距螺旋组合将物料压缩,每一个螺距做成一节绞龙,两个不同大小的螺距做成两节绞龙,便于安装和磨损后更换。
变距螺旋两叶片间安装有剪切销对挤实的物料进行剪碎,搅拌。
1 2 3 调质段 由等距螺旋组成,每一个螺距组成一节绞龙,这同样是便于安装和磨损后更换,在两螺旋叶片之间有剪切销和装3~7个可调直接蒸汽喷射阀,通过蒸汽注入量的大小来调节物料的温度和湿度,调质段的绞龙大约20节左右,并都装有剪切销,使物料在高温高压下,剪碎、搅拌(揉搓),其目的主要是使物料中的蛋白质变性,变成有较好凝胶性物料。
1 2 4 出料段 由一节半等距螺旋组成。
出料处装有多孔模板或圆锥形模套,通过改变多孔模板的孔径和数量或改变圆锥模套间的间隙来调节膨化机膨化筒的压力,从而达到改变膨化效果。
模板孔径大小的变化或圆锥形模套间隙的大小,也直接影响浸出和浸出后饼粕的状态。
孔径太大、膨化后的物料粗、长;(间隙太大,膨化后的物料片大且厚)膨化料不易切碎,并在浸出器中占的空间较大,影响了浸出器的装载量;同时浸出后的豆粕块大,不适合直接做成品粕,还需要加一破碎机,增加成本。
孔径太小,膨化后的物料细、短;(间隙太小,膨化后的物料片小且薄)膨化效果不好,膨化料碎,浸出时渗透性差,粕中残油较高。
通过我们几年来的装机调试实践证实,对于模板式膨化机,模板孔径一般选择在 8mm 左右,圆锥形模套间隙选择在 =3mm 左右,这样从膨化机出来的物料块小,膨化效果好,达到理想设计要求。
1 2 5 膨化机的螺旋叶片装在一根长轴上,便于拆装 主轴是悬臂轴,由位于一端的轴承箱内的轴承支撑,轴承箱与机筒被分隔开,避免了机筒内的物料进入轴承内,造成轴承的损坏。
当加工物料时,靠物料托住主轴,使主轴处于悬浮状态。
因此要尽量避免膨化机空转。
1 2 6 膨化机的主轴用合金钢制造,经调质处理,
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2003年第28卷第7期 中 国 油 脂
提高主轴的强度和耐用度 膨化机的挤压螺旋(绞龙)用耐磨铸钢或合金钢离心精密铸造而成,经淬火处理,提高挤压螺旋的抗磨性和耐用度。
剪切销、喷射阀同样经淬火处理,提高其抗磨性。
出料段膨化筒磨损最严重,因此在膨化筒出料段装有合金钢制造并经淬火处理的耐磨衬套,提高膨化筒的抗磨性和耐用度,衬套磨损后可以更换,使出料段膨化筒可以长期使用。
2 生产实践经验
2 1 膨化前的物料处理
(1)清理无机和有机杂质。
(2)为避免对膨化机造成致命损坏,要求对进膨化机前的物料进行处理,清除物料中的石头、金属等无机杂质,防止石头、金属杂质对螺旋叶片、剪切销等造成磨损断裂等伤害。
(3)为了提高膨化机的加工能力,应清除物料中的豆梗等有机杂质,因豆梗可堵塞模板的模孔,降低膨化机的出料量。
(4)为了保持油品和豆粕的品质,应降低物料中的泥土含量,如果泥土含量太高,则成品豆粕表面呈灰黑色,成品油颜色发乌。
2 2 轧坯
由于膨化机具有揉搓、剪切、挤压、膨化的功能,使物料内部发生质的变化,对油脂的萃取极为有利,可适当放宽物料坯片的厚度。
生产实践表明,当物料坯片厚度放宽到0 5mm时(原来要求为0 25 mm),粕残油能控制在1%以下。
由于放宽了坯片厚度,不仅使轧坯机的产量可提高25%,而且减少了轧坯机的动力消耗,延长了辊子的使用寿命,降低了维修成本,提高轧坯机的使用年限。
2 3 调质
通过调质来控制进入膨化机物料的水分和温度。
水分一般要求控制在10%~12%,温度要求控制在55~60。
(1)水分过低,不仅增加电机的负荷而且物料内的游离水分少,不能产生爆膨现象,膨化料松散易碎。
(2)水分过高,坯片黏度增大,进料不畅,膨化料松软无硬度、孔隙。
(3)温度过低,物料内部分子结合紧密,不易破坏,膨化料外观显示松散,夹生(物料颜色发白)。
(4)温度过高,蛋白变性早,不能在物料中产生凝胶作用,物料不结块。
2 4 进料稳定
根据膨化机的状态调节膨化机的变频调速喂料螺旋的转速,使之能连续、稳定的喂料,保持榨膛内的压力。
如果不能连续喂料则会产生以下几个方面的问题:首先,榨膛内的压力不稳,影响膨化效果;其次,悬臂轴如没有连续、稳定物料的支撑,会加剧膨化机出料段处膨化筒和绞龙的磨损;再次,不稳定的喂料会堵塞模板的孔径,减少膨化机的处理量。
3 膨化物料在浸出车间的效果
(1)浸出器可提高产量达40%~50%。
由于膨化料的油细胞已经破坏,溶剂油容易萃取;而且膨化料的容重提高了,相应的增加了浸出器的装料量。
浸出器可以提速,缩短浸出时间。
(2)混合油浓度高,在蒸馏系统中节约大约20%的蒸汽消耗。
(3)膨化料坚固、多孔隙渗透性好,便于喷淋式浸出,沥干速率快,湿粕含溶低(比坯片料大约低8%),到蒸脱机的溶剂减少了,也相应的减少了蒸脱机的蒸汽消耗,即降低了溶剂的消耗量。
(4)由于磷脂氧化稳定性差,易氧化酸败而变黑,并且磷脂热稳定性也差,会渐渐分解,影响成品油的烟点和风味,物料在膨化时,大部分磷脂酶钝化使非水化磷脂转化为水化磷脂,从水化脱胶中除去,降低了毛油中的磷含量,提高了精炼率,也改善了油的品质。
(5)经膨化机和蒸脱机的蒸煮使尿素酶钝化完全,使豆粕中的有毒成分和抗营养物质的活性得到破坏,即把传统工艺中的生粕转变为熟粕,提高了豆粕的质量,改善了牲畜的消化率。
4 结 论
综上所述,从理论到实践都说明了大豆膨化技术的优势,解决了传统直接浸出加工中的难题,如粕残油高、溶耗高、成品粕质量不稳定、油精炼率低等导致成本高的实际问题。
参 考 文 献
[1] [美]Y.H.Hui主编,徐生庚,裘爱泳主译.贝雷:油脂化
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出版社,2001.
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[3] 汪学德,张百川,刘玉兰,等.大豆膨化浸出应用的研究
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22中 国 油 脂 2003年第28卷第7期。
