１豆渣物料特性与断裂粉碎机理剖析湿豆渣成分及其含量。除去水分之外，豆渣的主要成分为纤维素，纤维素的化学结构中含有许多的亲水基团，加上豆渣纤维具有复杂的线性结构和网状结构，因此具有良好的持水性。当纤维素在水中浸泡吸水后具有很强的韧性，这就使得豆渣物料具有较高的抵抗变形和吸收冲击能的能力。因此在对鲜湿豆渣进行粉碎的时候，就要结合其物料特性选择合理的粉碎方式，使得粉碎效率*高。
根据Ｈｏｌｍｈｏｌｔｚ速度分解定理，对大豆纤维较有效的粉碎断裂方式以以下两种方式为主：（１）纤维层与层间分离直至断裂是大豆纤维粉碎的一种较理想形式，这种断裂方式能在较大程度上破坏纤维组织在横截面上的网状结构，这种损伤断裂形式为：有效的受力形式（有拉力和剪力两种），损伤断裂形式（有Ｚ、ＺＬ、Ｔ、ＴＬ型）。不考虑其它变形时，此时变形速度张量为：（１）
（２）纤维在长度方向上直接断裂是大豆纤维粉碎*显著的一种形式，能通过长度方向的剪切直接达到对大豆纤维颗粒粒径的减少，大大减小颗粒的长度尺寸，特别是大豆纤维在长度方向上有较强的韧性时，能充分利用粉碎能耗，提高能耗的利用率。因此，此种粉碎断裂方式是粉碎效率*高的。这种损伤断裂形式主要是ＴＺ型，在不考虑其它变形情况下，变形速度张量为：这两种速度变形张量说明对豆渣纤维的有效的粉碎方式为剪切粉碎。为此，粉碎设施的预设必须保证该机器在工作过程中产生强烈的剪切力。为了达到上述效果，*有效的办法是将粉碎机的粉碎件制成刀刃形，刀具可分为静刀具和动刀具，刀具的预设应适当。１示出了纤维物料在动静刀具间被剪切的情况。动刀与静刀配合紧密适当，当动刀从１处运动到２处时，纤维被切断。此种状态下刀刃对纤维以剪切力为主，且切断效果良好。对于希望以剪切为主的粉碎，静刀与动刀在保证强度足够的情况下，两刀之间的缝隙应尽可能小，刀刃应尽可能窄，刀片应尽可能多。
２高速切割粉碎关键技术高速切割粉碎技术源于美国食品机械行业，主要用于对食品物料的粉碎、细化等，特别是对流动性好的液状物料，具有高效的磨碎效果。高速切割粉碎机采用渐次剪切原理，使产品一次性通过静止的粉碎切割头，达到颗粒均匀，并取得高产量。该技术的关键在于精密配合的粉碎切割头部件与高速稳定运转的叶轮转子。
２。１高速切割粉碎机理高速切割粉碎机的关键部件―――粉碎切割头及叶轮。其工作原理如下：豆渣被导向高速旋转的叶轮中央，以极高速度撞击在粉碎切割头静刀片露出的切割边缘上。
叶轮在运动的过程中，其上动刀片的切割边缘与粉碎切割头静刀片的切割边缘恰似剪刀的两个刃口。如３所示，豆渣在间瞬受到强剪切力作用，豆渣纤维就像剪刀剪棉纱一样被剪断；由于静刀片数量很多，在叶轮旋转的过程中，切割也在持续进行，从而使物料被渐次切割粉碎。粉碎后的产品颗粒从静刀片之间的间隙排出。由于叶轮的转速极高，物料在粉碎腔内只停留很短的时间，粉碎速度快；并且每个刀片对物料的切割量一定，因此粉碎后的产品粒度大小均匀。
２。２高速切割粉碎关键技术高速切割粉碎的关键技术包括粉碎切割头的结构、动静刀片之间的精密配合、叶轮转子高速运转的稳定性等。
２。２。１粉碎切割头的结构粉碎切割头由上下齿圈、静刀片及上下压板组成。
静刀片为一矩形块，被放置在圆盘状上齿圈１和下齿圈３的齿槽内，呈环形布置，通过上压板４、下压板６压紧，并用定位环５限位以防止其发生径向移动。
影响粉碎效果的重要因素在于静刀片的安装形式、数量及其形状。在刀片排列半径一定的情况下，静刀片的安装形式及数量决定了切割深度ｈ１和刀片间隙ｈ２。根据静刀片与动刀片之间的相对位置关系，静刀片主要有以下６种不同的排列形式。剖析静刀片排列形式的切割深度ｈ１和刀片间隙ｈ２。
令刀片的排列半径为ｒ，刀片厚度为ｂ，刀片的偏转角度为α，静刀片数量为ｎ，则相邻刀片之间的夹角γ可示为：γ＝２π／ｎ（３）
切割深度ｈ１可示为：ｈ１＝ｒγｓｉｎγ２＋（）
α（４）
将式（３）代入（４），得到切割深度ｈ１的达式为：ｈ１＝ｒ２πｎｓｉｎπｎ＋（）
α（５）
刀片间隙ｈ２可示为：ｈ２＝ｒγｃｏｓ（γ＋α）－ｂｃｏｓα（６）
将式（３）代入式（６），得到刀片间隙ｈ２的达式为：ｈ２＝ｒ２πｎｃｏｓ２πｎ＋（）
α－ｂｃｏｓα（７）
由式（５）及（７）可知，在刀片排列半径ｒ一定的情况下，ｈ１和ｈ２与静刀片数量ｎ成反比，与刀片偏转角度α成正比。
另外，刀片间隙ｈ２随着刀片厚度ｂ的增加而减小。切割深度ｈ１近似反映了物料被切割粉碎后的粒径大小，和粉碎后产品的粒度有直接关系。刀片间隙ｈ２影响着物料被粉碎后的出料顺畅与否，间隙过大会导致物料未经粉碎而"逃逸"，过小则会造成排料不畅，物料会堵塞刀片之间的间隙。因此，切割深度ｈ１和刀片间隙ｈ２是一对矛盾的因素，为了达到*好的粉碎效果，应根据进料粒度、物料性质、及所需的产品粒度要求来确定切割深度ｈ１和片间隙ｈ２。
对于鲜湿豆渣的超细粉碎，一般选用装有较少静刀片数量（ｎ为１８０～２０６）的粉碎切割头进行粗粉碎，然后再用装有较多静刀片数量（ｎ为２１２、２１６等）的粉碎切割头进行细粉碎。不同静刀片排列形式的切割深度ｈ１和刀片间隙ｈ２。
可知，刀片间隙很小，而且刀片要具有足够的刚度，所以刀片的宽度要适宜，这就导致了粉碎之后的物料要通过一个很长很窄的通道，即出料通道具有很大的长径比（ｌ／ｄ）。为了使得排料顺畅，就要尽量减小出料通道的长径比，在刀片宽度ｌ及刀片开口间隙ｈ２（相当于ｄ）无法减小的情况下，可以通过改变刀片的形状来实现。如７所示，可以在静刀片的切削面上开斜槽，增大锥形出料孔的斜度以达到减小出料通道长径比的目的。
２。２。２动静刀片之间的间距δ动静刀片之间的间距δ是指静刀片的切割边缘与动刀片的切割边缘之间的径向距离，如７所示。为了达到*好的粉碎效果，叶轮叶片顶端在刀片间隙处应在物料欲剪切面上，即在刀刃欲对物料的切割方向上。但是叶轮在高转速的情况下会发生偏心、变形、振动等，为了防止叶轮在工作运转中与静刀片发生碰撞，损伤动静刀片，δ的取值应当合适，一般取０。１～０。２ｍｍ。
２。２。３叶轮转子稳定性剖析高速切割粉碎设施对食品物料的粉碎效果还取决于动刀片的切割速度，切割速度愈大，粉碎效果愈好，能得到更加微细均匀的产品颗粒。提高动刀片切割速度的途径有两种：一是增大叶轮直径，即增大了粉碎切割头的工作腔；二是提高叶轮转速，对于高速切割粉碎设施来说，其叶轮转速通常要达到６０００～１２０００ｒ／ｍｉｎ。在如此高的转速下，我们必须关注转轴系统的稳定性，采取适当的举措使得转子运行稳定。
影响叶轮转子稳定性的因素不仅仅只有转速，还包括偏心距、支承阻尼、轴承径向间隙等，以及被粉碎物料的本身特性等。
３鲜湿豆渣超细粉碎试验由高速切割粉碎技术机理研讨可知，切割深度近似反映了豆渣被切割粉碎后的粒径大小，粉碎后豆渣的粒度与其有直接关系。为了达到所需细度的粉碎要求，就需要选择合适的切割深度。在切割深度一定的情况下，在影响豆渣粉碎细度的因素主要有刀片间隙、叶轮转速等。另外据食品企业在使用胶体磨等传统的湿法粉碎设施的生产实践过程中的经验明，粉碎的循环次数对于粉碎效果也具有一定的影响。
为了探究刀片间隙、叶轮转速、循环次数对豆渣粉碎细度的影响，预设了试验装置，并安排三因素三水平正交试验［１７］。
３。１原料与设施鲜湿豆渣：无锡市灵山食品有限公司；电子秤：Ｃ－１４４电子计价称，上海友声衡器有限公司；高速切割粉碎机：ＱＤＳ，江南大学食品装备工程研讨中心；激光粒度剖析仪：Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ２０００，英国马尔文仪器有限公司。
３。２方法３。２。１原料前期处理鲜湿豆渣按１∶３加水稀释（以增强其流动性）并搅拌均匀，得到豆渣悬浊液。
３。２。２正交试验为了探究刀片间隙、叶轮转速、循环次数对豆渣粉碎细度的影响，先采用单因素试验确定各因素的水平取值，然后预设正交试验，以粉碎后的平均粒径为评价指标，研讨各因素对豆渣粉碎细度的影响。正交试验的因素水平见３。
３。３结果与剖析由４可知，影响豆渣粉碎细度的主要因素的主次顺序为：叶轮转速（Ａ）＞静刀片数量（Ｂ）＞循环次数（Ｃ），*佳的因素组合为Ａ３Ｂ１Ｃ３，即转速９０００ｒ／ｍ，静刀片数量２１６个，循环次数３次。该条件正好在以上９组试验之内，在该条件下进行的重复试验，豆渣的粉碎粒度均在７２μｍ左右。
影响豆渣粉碎细度的各因素的主次顺序的确定，对于以后的设施优化预设有着一定的指导意义。要对鲜湿豆渣进行更细程度的粉碎，就需要改进结构以提高叶轮转速，但是转速的提高带来的是更多能量的消耗，这些矛盾都是以后在装备预设及优化过程中需要考虑和解决的。
４结论研讨明，当叶轮转速为９０００ｒ／ｍ，静刀片数量为２１６个，循环３次时，豆渣被粉碎的平均粒径可达７２μｍ左右。
这已满足一般豆渣食品（如豆渣纤维饼干等）的口感要求，是传统的湿法粉碎设施所不能媲美的。
高速切割技术还可用于高纤果蔬谷物及果蔬皮渣等韧性物料的湿法超细粉碎。高速切割技术的研讨及其装备的开发，将为农产品精深加工提供更新、更优越的技术及装备支持。目前，该设施已被河南某企业用于粉碎豆渣以提高其无糖营养粉的膳食纤维含量，取得了较好的经济效益；海南大学食品学院也采购该设施，用于椰子深加工项目的研讨。
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