正文 第二節 材料與方法(1 / 1)

一、試驗材料

低溫脫脂豆粕(山東禹王實業公司,大禹牌)。其化學成分詳見第一篇第二章。

示蹤劑:胭脂紅色素,購於北京市糧食科學研究所。取10g胭脂紅,與10g低溫脫脂大豆粉混合後,在研缽中充分研磨混勻,以0.2g為單位精確稱量分裝備用。

二、試驗設備

試驗設備采用德國布拉本德雙螺杆擠壓膨化實驗室工作站(Brabender DSE-25 Extruder Lab.Station)。其構成單元和主要技術參數詳見第一篇第二章。

三、擠壓試驗

擠壓試驗操作步驟詳見第一篇第二章。

四、RTD的測定

采用示蹤劑脈衝法測定RTD。擠壓機啟動預熱1h,到穩定狀態後,開始緩慢喂料,並協同調整水分。待物料由模頭擠出後,逐漸調整喂料速度、物料水分、螺杆轉速和機筒溫度到設定參數值,同時觀察擠壓機扭矩和壓力的變化。當扭矩曲線和壓力曲線平穩時,迅速從喂料鬥底部加入配好的示蹤劑。在加入示蹤劑的同時,開始計時,並用色差計(CR-210型,日本Minolta公司)在線測定擠出物的色度。當模口處擠出物色澤再次與開始計時擠出物色澤相同時,停止測定和終止計時。

五、RTD數據分析方法

(一)RTD主要參數計算

1.停留時間分布密度函數E(t)

2.累積停留時間分布函數F(t)

3.平均停留時間(MRT,t)

4.方差σ2和彼克列(Peclet)準數Pe

(二)RTD模型

描述反應器內流體流動的兩個極端理想流動模型是全混流和活塞流。實際反應器的流動狀況均介於這兩種極端情況之間,理想流動模型是建立非理想流動模型的基礎。

活塞流模型F(θ)的數學表達式為:F(θ)=0

全混流模型F(θ)的數學表達式為:

對於擠壓機螺杆內停留時間分布的模型模擬,一般是將擠出機看作一係列理想反應器的組合。先求出每個單元的停留時間分布Ei(t),然後將各個單元停留時間分布取卷積,就可求出整個擠出機的停留時間分布E(t)。在食品工程領域模擬擠壓機停留時間分布的最常見模型是Wolf-Rescnick模型和Yeh-Jaw模型。

1.Wolf-Rescnick模型[121]

Wolf & Rescnick將物料在擠壓機內的總體流動看作是活塞流和全混流的串聯,即物料流經擠壓機時的流動特性與先流經一個活塞反應器(PER)而後又流經一個連續攪拌式反應器(CSTR)時的流動特性是等效的。

2.Yeh-Jaw模型[122]

螺杆中可能因為保留空間(dead spaces)的存在而導致E(t)曲線的拖尾現象。Jager研究發現在模型中引入保留體積(dead volume)可以增加模型擬合的準確性[183]。Yeh & Jaw提出PER與CSTR串聯,而CSTR又與一個保留體積之間存在叉流(cross-flow)的方式對Wolf-Rescnick模型進行了改進。

本研究中采用這兩種模型模擬大豆蛋白高水分擠壓的累積停留時間分布。

六、試驗設計

試驗采用可旋轉的中心組合設計方法(響應麵法)設計實驗方案。方案設計和參數設定同第一篇第二章。

七、統計分析方法

MRT和σ2的求解在excel工作表中進行,利用式(1-5-8)采用逐步逼近的方法求解Pe。應用DPS進行逐步回歸分析;應用STATISTICA 6.0進行響應麵作圖。利用1sOpt軟件進行RTD曲線的模擬,並求解式(1-5-11)和式(1-5-12)式中的模型參數。