高油脂物及对其破碎特影响

　　1材料与方法1.1实验材料与摄谱仪器花生，市购；花生粉，台湾凌广工业股份有限公司提供。

　　JY2002型电子天平（精度0.001g），DH-9076A型电热恒温鼓风干燥箱，XA.XT2i/5型物性测试仪-质构仪。

　　1.2实验方法采用质构仪多面剖析检测（TPA），TPA质构测试参数设定：直径25mm的平底圆柱形探头HDP/P25，测前速率2mm/s，测试速率2.0mm/s，测后速率5.00mm/s.应变2个水平选取30%及50%，对应于实验号和实验号#；2次压缩停留时间为5s，数据采集频率为400次/s，触发力为100g. 2结果与剖析2.1TPA图谱2.1.1硬度硬度为**次压缩时出现的*大峰值。由图1可见，多数物料的硬度值出现在*大变形处，有些物料压缩到*大变形处并不出现应力峰。

　　2.1.2脆性压缩过程中并不一定产生破裂，在**次压缩过程中若产生破裂现象，曲线中会出现1个明显的峰，此峰值定义为脆性。若在TPA图谱中压缩出现2个峰值，则第1个定义为脆性，第2个定义为硬度；若只有1个峰值，则定义为硬度，无脆性值。脆性值代表的是初次破碎花生颗粒所需要的极限应力值。在TPA图谱中，破裂应力也用脆性值来表示。

　　2.1.3黏性黏性用**次压缩曲线达到零点到第2次压缩曲线开始之间的曲线的负面积来表示，反映的是探头由于测试样品黏着作用所消耗的功。

　　2.1.4弹性弹性为样品经过第1次压缩以后能够再恢复的程度。弹性用2次压缩中检测到的样品恢复高度和第1次压缩变形量之比值来表示。弹性在TPA图谱中无量纲。

　　2.2硬度和脆性剖析何东平等得到花生的出油应变为47.45%.实验中，当压缩到产生50%的应变时，出现了明显的渗油！现象，而在30%应变时，几乎没有发现油渗。主要原因是，花生在达到一定的压力条件下，花生颗粒中的液态油脂才开始渗出，并逐渐浸湿整个表面。液态油脂的渗出，会使颗粒表观黏性增加，这将会增加破碎颗粒发生团聚的可能，增加破碎的难度。

　　从图2中可以看出，当含水率增加，破裂应力呈下降的趋势。根据拟合的曲线，30%应变条件下，这种下降的趋势是逐渐减缓；而50%应变条件下，这种趋势却在加快。图3显示的硬度随含水率的变化规律与破裂应力变化基本相同，总体趋势也是随着含水率的增加而下降。并且，不同应变的破裂应力之间的差别也是随着含水率的降低而减少。

　　破裂应力代表的是颗粒的脆性。若采用冲击式原理进行破碎时，物料脆性的增加能使得破碎更容易进行。花生属于非线性黏弹塑性体，但当应力小于弹性极限时，产生的变形是线性黏弹性变形，此时应力和应变的关系为线性的。减小应力则能直接减小颗粒应变的产生。当颗粒产生的应变小于出油应变时，此时破碎出来的颗粒粉末表观黏性将大大降低，减少了粉体团聚的可能。对于冲击式破碎来说，减小花生颗粒产生的应变可以采取的方法有：（1）在同功率的破碎系统中，提高破碎机转子的转速，使破碎机定转子对颗粒物料直接碰撞产生的作用力减小，增加颗粒破碎碰撞次数的概率；（2）同转速情况下，可以适当减小破碎机的功率。但当破碎机对颗粒物料的撞击作用力下降过多时，有可能产生破碎过程无法进行，原因就在于颗粒破碎时的突变性。因此，在破碎作用力下降时，一方面要保证破碎能产生颗粒的断裂；另一方面，就需要增加物料的脆性，提高物料由脆性断裂产生破碎的可能。增加物料的脆性*直接的方法就是对物料进行一定的干燥，减少物料的含水率，但要注意干燥的时间和能耗。而采取超低温冷冻破碎就是方法之一，也就是对物料进行了超低温冷冻处理，增加了物料破碎时的脆性。

　　硬度代表的是颗粒局部抵抗外力产生变形的能力，由于脆性和硬度随含水率的变化基本上呈现相同的变化规律，因此通过一定的方法减少含水率，也能减少破碎时颗粒粉体产生团聚的可能。

　　2.3弹性和黏性剖析分别给出不同应变情况下弹性随含水率的变化情况以及不同应变下黏性随含水率的变化。对于类似花生的非线性黏弹塑性体，受到了破碎时一般非谐变循环载荷（谐波载荷与脉动循环载荷的叠加）的作用时，会呈现黏滞效应，产生能量的耗散，这是动态非线性黏弹塑性体的一个重要特征。而耗散的能量主要以热的形式散发，导致物料颗粒的内部升温，这是破碎机内物料温度升高的主要原因，而非流场中由于气流摩擦产生的作用，但是通过低温气流使整个流场中的物料颗粒得到迅速的降温却是可行的。超低温破碎也有利用改变破碎机内气相温度达到固相迅速降温的目的。

　　同应变下弹性的减小，意味着物料产生了更多的变形与能量的耗散，同时会导致物料表观黏性的增加，易产生粉体的团聚。从图4中可以看出，含水率的减少能使物料的弹性得到提高，这种趋势在干燥阶段（含水率<7.50%）是随着含水率的减少而逐渐增加，而加湿阶段（含水率>7.50%）发生了先放缓后增加的趋势。而物料的黏性随含水率呈现的规律却恰好相反，如图5所示。相同含水率下，弹性也随着应变的改变而有所不同。当含水率下降，物料弹性之间的差别越来越小，黏性之间的差别也是随着含水率的降低而减小。

　　2.4团聚性剖析花生在微细破碎过程中会发生颗粒团聚的现象，影响到破碎效果。颗粒的团聚是指原生粉体颗粒破碎时，相互连接、由多个大颗粒形成较大颗粒团簇的现象。纪守峰等认为冲击式破碎中颗粒发生团聚的原因，除了机械能及热能影响之外，还有譬如新生表面积聚的正、负电荷（与粉体性质有关）、颗粒小尺寸效应和表面效应等影响因素。在实验中，主要考虑的是前两者。使粉末状的花生颗粒发生团聚的原因除了与应力超过出油应变临界应力相关之外，还有一个重要的影响因素就是温度。

　　采用台湾凌广工业股份有限公司提供的花生粉进行团聚性剖析。图6及图7显示的是常温下及80时（80恒温1h后迅速取出）花生粉末的状态。比较2张图可以很清楚地发现，常温下的粉体基本上未发生团聚现象，但当温度升高至80度时，颗粒团聚现象比较明显，出现了很多积聚的大颗粒。

　　由于颗粒产生变形与其黏弹性力学性能（包括脆性、硬度、黏性、弹性等因素）有关，而颗粒温度升高的主要原因在于破碎时颗粒变形及断裂时产生的能量耗散，因此须降低花生颗粒破碎时产生的温度。破碎操作可以从以下两方面进行考虑：（1）快速降低颗粒表面的温度，即通过一定的手段（风冷、水冷及使用液氮的超低温冷却等）降低整个破碎流场内温度；（2）减少颗粒单次破碎所需要的时间。可以考虑改变破碎部件的结构，使之产生一定的剪切作用，使颗粒整体破碎形式成为局部变形破碎，加快颗粒破碎的进行。

　　3结论对花生这种典型的高油脂物料进行了基本物理性质的试验及研讨，揭示了其破碎特性，为剖析高油脂物料的微细破碎机理提供了依据，同时为高油脂物料微细破碎过程提供一定的指导及建议。具体结论为：（1）不同的高油脂物料，其水分含量因种类、产地、储藏时间、储藏方法的不同而有着明显的区别，这种不同是客观存在的，而水分含量的不同将会引起物料物性及破碎特性的变化。在工艺允许的情况下，适当采用干燥的手段降低物料的含水率，对其微细破碎过程有利。

　　（2）由于高油脂物料物性及破碎特性主要包括硬度、脆性、弹性、黏性等，因此通过对花生这种高油脂物料的这些物性因素的实验与讨论，可以为改进高油脂物料的微细破碎操作提供依据。高油脂物料微细破碎中产生的问题主要是由于升温和渗油！现象而使得颗粒发生团聚，引起出料不畅、破碎难以进行。通过实验剖析，我们认为可以通过降低破碎腔内温度，使得破碎时产生的瞬间温升得到冷却，减少破碎时颗粒发生团聚的可能；可以通过改变破碎系统中的转子转速或者作用力，使物料破碎时尽量减少出油应变，减少发生团聚的可能。