專利名稱：一種膨化過程的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及膨化加工技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種膨化過程的控制方法。
背景技術(shù)：
膨化是一種常用的材料加工辦法，通過膨化使材料內(nèi)部產(chǎn)生氣孔，材料體積密度變小，耐沖擊性增加。膨化技術(shù)廣泛用于包裝材料的制備上。在食品和飼料加工中，膨化可使食品和飼料的有特殊的口感。
膨化過程是物料在粘流狀態(tài)時(shí)，在膨化劑蒸發(fā)氣化產(chǎn)生的壓力作用下膨脹而形成多孔狀的結(jié)構(gòu)的過程。在膨化過程中，膨脹的動(dòng)力是氣化的膨化劑產(chǎn)生的壓力，根據(jù)通用氣體公式，在一定體積的氣泡內(nèi)，體系的壓力與氣化溫度和氣體量有關(guān)。而氣泡內(nèi)的初始?xì)怏w量則與體系的過熱度和膨化劑的含量有關(guān)。隨著膨化的進(jìn)行，氣泡內(nèi)的氣體會(huì)向周圍環(huán)境中的空氣會(huì)相互滲透。
膨化劑和空氣的滲透受到兩方面因素的影響1、膨化體系氣泡內(nèi)外的膨化劑氣體和空氣的分壓；2、膨化劑氣體和空氣在膨化體系中的滲透系數(shù)。
在膨化初期，膨化體系內(nèi)部膨化劑分壓大于外部環(huán)境膨化劑的分壓，膨化劑通過膨化物氣泡壁向外滲透；而內(nèi)部空氣分壓小于外部環(huán)境空氣分壓，空氣通過膨化物氣泡壁向內(nèi)滲透。若氣體向內(nèi)滲透的速度和向外滲透的速度不相等，則氣泡的壓力會(huì)因此而變化。影響氣泡壓力的另外一個(gè)因素是溫度，隨著膨化的進(jìn)行，膨化物的溫度會(huì)隨著膨化物對(duì)外的熱傳導(dǎo)、膨化劑的氣化吸熱等的進(jìn)行而下降，因此，氣泡內(nèi)的壓力變化是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程。在膨化物氣體的內(nèi)外分壓不一致的時(shí)，由滲透引起的壓力變化始終存在，當(dāng)膨化體系處于粘流態(tài)時(shí)，此壓力差可能容易對(duì)膨化和收縮產(chǎn)生顯著影響。在通常情況下，膨化劑和空氣在膨化物中的滲透性不一致，膨化劑往往比空氣對(duì)膨化物有更高的通透性，因此，在正常情況下，即使穩(wěn)定膨化物內(nèi)的溫度在膨化劑的沸點(diǎn)之上的某個(gè)點(diǎn)，膨化劑不發(fā)生冷凝，膨化物氣泡內(nèi)也可能由于不對(duì)稱的滲透而產(chǎn)生負(fù)壓。要控制滲透朝著有益的方向發(fā)展，有必要控制環(huán)境中的膨化劑氣體的分壓。
美國專利4486369，4469652，4247276提出了擠出物膨化過程中壓力的控制，主要通過控制體系的真空度來促進(jìn)膨化，但是沒有控制膨化過程中周圍環(huán)境氣氛的氣體組成而控制膨化的工藝專利和報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有膨化物在膨化過程中存在的問題，提供一種通過控制膨化環(huán)境中的膨化劑氣體的濃度，達(dá)到控制體系的膨化和收縮目的的控制方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種膨化過程的控制方法，其通過控制膨化環(huán)境中膨化劑氣體的濃度而達(dá)到控制膨化體系的膨化和收縮的目的。
在上述控制方法，在控制膨化環(huán)境中膨化劑氣體的濃度的同時(shí)，還調(diào)節(jié)膨化環(huán)境的壓力或溫度。
在上述控制方法中，所述控制膨化環(huán)境中膨化劑氣體的濃度是通過控制環(huán)境中膨化劑氣體的散失或通過向膨化環(huán)境中引入膨化劑氣體或通過向膨化環(huán)境中引入氣體和限制環(huán)境中已揮發(fā)膨化劑氣體的散失。
在上述控制方法中，所述控制膨化環(huán)境中膨化劑氣體的濃度是將物料擠出后，直接引入有一定密封性的容器中，如半封閉容器。
在上述控制方法中，所述控制膨化環(huán)境的壓力是將物料擠出后，直接引入固定體積的容器中。
在上述控制方法中，所述控制膨化環(huán)境的溫度是將物料擠出后，直接引入保溫容器中，容器內(nèi)溫度高于膨化劑的沸點(diǎn)即可。
在上述控制方法中，包括單純調(diào)節(jié)膨化物膨化過程中周圍氣體的組成，也可以和膨化壓力控制結(jié)合。也可以氣體組成控制與溫度控制結(jié)合，還可以氣體組成控制與溫度、壓力同時(shí)調(diào)控。
本發(fā)明所采用的膨化裝置包括擠壓膨化、微波膨化，氣流膨化、或者其它公知的膨化方法，或者是它們的組合。膨化劑氣體濃度的調(diào)節(jié)包括使用人工調(diào)節(jié)、自然調(diào)節(jié)或者是它們的組合。
人工調(diào)節(jié)包括通過人工調(diào)節(jié)膨化物周圍的膨化劑含量，達(dá)到控制揮發(fā)和其在膨化物氣泡之間滲透速度的目的。膨化物周圍氣體的組成調(diào)整包括通過引入或者排除膨化物周圍氣氛中的空氣和/或膨化劑氣體。
膨化物氣體組成調(diào)節(jié)設(shè)備包括一定密封性能的容器或者管道或者其它任何可以全部或者部分限制膨化物周圍膨化劑氣體自由擴(kuò)散的裝置。
膨化物周圍氣體的組成在整個(gè)膨化段可以是均一的，也可以是分段控制的，也可以是其它任何需要的方式。
氣體濃度調(diào)節(jié)中包括采用空氣，膨化劑氣體，或者是其他在操作溫度下為氣體的物質(zhì)。
控制環(huán)境中膨化劑的含量可以采用一個(gè)控制膨化劑散發(fā)的有一定密封性的裝置。此裝置可以是由同時(shí)具有其它功能的裝置改進(jìn)而成，除了控制膨化物膨化環(huán)境中氣體組成外，還可以控制溫度。
膨化物環(huán)境的氣氛組成還可以通過在膨化物周圍引入一定的組成的氣體，該氣體可以是含有一定膨化劑的空氣，或者是其他氣體，或者是它們的混合物。為了高效地應(yīng)用此氣體，可以使用一定的裝置循環(huán)使用引入的氣體，并根據(jù)需要控制該氣體的溫度和/或組成和/或壓力。
在擠壓膨化過程中，物料的加熱是在機(jī)筒進(jìn)行的，膨化劑的氣化和向外滲透在其離開口模后開始。在微波膨化中，物料的加熱是在開口環(huán)境中進(jìn)行的，膨化劑的氣化和向外滲透在加熱的時(shí)候就開始了，因此，膨化劑的氣化控制對(duì)于微波膨化更為重要。在真空膨化中，體系的壓力調(diào)節(jié)至自然壓力，此時(shí)氣體向膨化物內(nèi)的擴(kuò)散也影響體系的收縮程度。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果本發(fā)明通過控制膨化環(huán)境中的膨化劑氣體的濃度，達(dá)到控制體系的膨化和收縮，使得滲透朝著有益的方向發(fā)展，得到高質(zhì)量的產(chǎn)品。
具體實(shí)施例方式
比較例1普通玉米淀粉79％(重量分?jǐn)?shù)，下同)，水20.5％，滑石粉0.5％，混合均勻造粒后加入同向轉(zhuǎn)動(dòng)的雙螺桿擠出機(jī)擠出膨化，溫度分布80℃-120℃-150℃-150℃。螺桿長度70mm。螺桿轉(zhuǎn)速120rpm，口模直徑4mm。環(huán)境溫度25℃，環(huán)境濕度70％。淀粉擠出后，用一托盤收集，自然冷卻和干燥。干燥后，測定膨化度，氣泡密度的采用橫切面的單位平方厘米的氣泡數(shù)目表示。
比較例2普通玉米淀粉75％(重量分?jǐn)?shù)，下同)，水24.5％，滑石粉0.5％，混合均勻造粒后加入同向轉(zhuǎn)動(dòng)的雙螺桿擠出機(jī)擠出膨化，溫度分布80℃-120℃-150℃-150℃。螺桿長度70mm。螺桿轉(zhuǎn)速120rpm，口模直徑4mm，環(huán)境溫度25℃，濕度70％。淀粉擠出后，用一托盤收集，自然冷卻和干燥。
比較例3普通玉米淀粉70％(重量分?jǐn)?shù)，下同)，水29.5％，滑石粉0.5％，混合均勻造粒后加入同向轉(zhuǎn)動(dòng)的雙螺桿擠出機(jī)擠出膨化，溫度分布80℃-120℃-150℃-150℃。螺桿長度70mm。螺桿轉(zhuǎn)速120rpm，口模直徑4mm。環(huán)境溫度25℃，濕度70％。淀粉擠出后，用一托盤收集，自然冷卻和干燥。
實(shí)施例1擠壓條件同比較例1。物料擠出后，直接引入一體積為20L的半封閉容器中，待膨化物自然冷卻干燥后，測定膨化物膨化度和膨化物氣泡數(shù)密度。
實(shí)施例2實(shí)施條件同比較例1。物料擠出后，引入一半封閉保溫容器中，控制容器內(nèi)溫度在110℃，待膨化物干燥后，冷卻，測定膨化物的膨化度和氣泡數(shù)密度。
實(shí)施例3實(shí)施條件同比較例2。物料擠出后，直接引入一體積為20L的半封閉容器中，待膨化物自然冷卻干燥后，測定膨化物膨化度和膨化物氣泡數(shù)密度。
實(shí)施例4實(shí)施條件同比較例2。物料擠出后，引入一半封閉保溫容器中，控制容器內(nèi)溫度在110℃，待膨化物干燥后，冷卻，測定膨化物的膨化度和氣泡數(shù)密度。
實(shí)施例5實(shí)施條件同比較例3。物料擠出后，直接引入一體積為20L的半封閉容器中，待膨化物自然冷卻干燥后，測定膨化物膨化度和膨化物氣泡數(shù)密度。
實(shí)施例6
實(shí)施條件同比較例3。物料擠出后，引入一半封閉保溫容器中，控制容器內(nèi)溫度在110℃，待膨化物干燥后，冷卻，測定膨化物的膨化度和氣泡數(shù)密度。
表1、不同膨化條件對(duì)淀粉膨化的影響

表1的數(shù)據(jù)表明，在材料擠出后，控制膨化環(huán)境的氣氛，可以提高膨化物的膨化度。
權(quán)利要求
1.一種膨化過程的控制方法，其特征是通過控制物料在膨化環(huán)境中膨化劑氣體的濃度。
2.如權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，在控制膨化環(huán)境中膨化劑氣體的濃度的同時(shí)，還控制膨化環(huán)境的壓力或溫度或同時(shí)控制壓力和溫度。
3.如權(quán)利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，所述控制物料在膨化環(huán)境中膨化劑氣體的濃度是通過控制環(huán)境中膨化劑氣體的散失或通過向膨化環(huán)境中引入膨化劑氣體或通過向膨化環(huán)境中引入氣體和限制環(huán)境中已揮發(fā)膨化劑氣體的散失。
4.如權(quán)利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述控制物料在膨化環(huán)境中膨化劑氣體的濃度是將物料膨化后，直接引入有密封性的容器中。
5.如權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述密封性的容器為半封閉容器。
6.如權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述控制膨化環(huán)境的壓力是將物料膨化后直接引入固定體積的容器中。
7.如權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述控制膨化環(huán)境的溫度是將物料膨化后，直接引入保溫容器中，保溫容器內(nèi)溫度高于膨化劑的沸點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種膨化過程的控制方法，其通過控制物料在膨化環(huán)境中膨化劑氣體的濃度而達(dá)到控制膨化體系的膨化和收縮的目的，使得滲透朝著有益的方向發(fā)展，得到高質(zhì)量的產(chǎn)品。
文檔編號(hào)A23P1/14GK1923062SQ20061012208
公開日2007年3月7日 申請日期2006年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月12日
發(fā)明者周家華 申請人:華南農(nóng)業(yè)大學(xué)