臥螺離心機(jī)對(duì)籽瓜皮瓤混合汁的固液分離效果試驗(yàn)
行業(yè)動(dòng)態(tài)
果蔬汁產(chǎn)品后處理中固液分離工藝技術(shù)的成熟和完善，是限制果蔬汁產(chǎn)品質(zhì)量提高的主要原因。在生產(chǎn)實(shí)踐中，以果汁的固液分離為例，需輔以果膠酶等化學(xué)物質(zhì)實(shí)現(xiàn)徹底分離，且生產(chǎn)過程間斷、耗時(shí)長(zhǎng)，易產(chǎn)生不良生物變化，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量惡化。隨著離心技術(shù)的發(fā)展，臥螺離心機(jī)的應(yīng)用為解決上述問題提供了條件。
籽瓜瓜瓤和瓜皮含糖量3%左右，富含氨基酸、多種維生素及鉀、鈣、鎂等微量元素。籽瓜汁營(yíng)養(yǎng)成分符合微生物發(fā)酵對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需求，提取其中糖分?jǐn)?shù)倍濃縮后可作為優(yōu)質(zhì)微生物培養(yǎng)基碳源。在其生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)中，將籽瓜皮瓤混合汁固液分離是一項(xiàng)必要的工藝步驟。臥螺離心機(jī)作為固液分離的關(guān)鍵設(shè)備，其結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)的微小變化對(duì)分離效果影響顯著。籽瓜全利用生產(chǎn)線，后期要利用反滲透設(shè)備進(jìn)行清液的分離濃縮，為防止反滲透膜堵塞，對(duì)臥螺分離液含固率要求較高，臥螺離心分離應(yīng)滿足保留還原糖的同時(shí)，得到含固率較低的清液。針對(duì)以上問題，本研究對(duì)影響清液含固率及還原糖保留率的臥螺離心機(jī)機(jī)械因素進(jìn)行了正交試驗(yàn)分析，旨在得出設(shè)備較佳的參數(shù)配比，使臥螺離心機(jī)分離效果較好，為后續(xù)工藝設(shè)計(jì)及設(shè)備參數(shù)的選擇提供科學(xué)依據(jù)。
1 臥螺離心機(jī)在籽瓜皮瓤混合汁固液分離工藝中的作用
籽瓜全利用生產(chǎn)線在獲取籽瓜瓜子的同時(shí)，基于國(guó)內(nèi)籽瓜相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)和深加工現(xiàn)狀，旨在開發(fā)膳食纖維，小分子生物水及還原糖濃縮汁等產(chǎn)品。而在目標(biāo)產(chǎn)品獲取過程中，一項(xiàng)關(guān)鍵步驟是將籽瓜皮瓤混合汁中液相和固相分離。籽瓜全利用生產(chǎn)線，打破了國(guó)內(nèi)對(duì)籽瓜的開發(fā)利用僅停留在取籽打漿的現(xiàn)狀，首次將臥螺離心機(jī)應(yīng)用于籽瓜皮瓤混合汁的固液分離工藝。臥螺離心機(jī)作為固液分離工藝的第一級(jí)分離設(shè)備，其分離性能的好壞直接影響到后續(xù)分離設(shè)備乃至整個(gè)固液分離工藝的分離效果，從而影響到籽瓜皮瓤混合汁的利用率和目標(biāo)產(chǎn)品的品質(zhì)。因此，作為聯(lián)接上、下游工藝的關(guān)鍵設(shè)備，臥螺離心機(jī)在固液分離工藝及整個(gè)籽瓜全利用生產(chǎn)線中作用重大。
2 臥螺離心機(jī)結(jié)構(gòu)及其工作原理
臥螺離心機(jī)由轉(zhuǎn)鼓、螺旋輸送器、進(jìn)料管、左右軸承座、差速器、傳動(dòng)部件及機(jī)殼等組成。
臥螺離心機(jī)有兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，主電機(jī)通過皮帶帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓及差速器外殼轉(zhuǎn)動(dòng)，輔電機(jī)通過差速器變速后驅(qū)動(dòng)螺旋，這樣使轉(zhuǎn)鼓與螺旋同向旋轉(zhuǎn)且具有一定的差轉(zhuǎn)速。工作原理為：當(dāng)懸浮液進(jìn)入螺旋輸送器腔內(nèi)，經(jīng)加速錐加速后，從出料口流出，流向轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁。組成懸浮液的輕重相，由于受到不同的離心力，重相快速沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，且輕相貼附到重相表面，輕重相之間形成了一層分界面。隨著重相沉積的增多，螺旋葉片頂端進(jìn)入重相沉積層，這時(shí)轉(zhuǎn)鼓與螺旋輸送器同向高速旋轉(zhuǎn)，且有一定的差值，差轉(zhuǎn)速使重相顆粒向小端出料口移動(dòng)，且輕相經(jīng)螺旋通道，流向大端液相出口處，經(jīng)溢流板流出。
3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
3.1 設(shè)備及條件
本試驗(yàn)以LW450臥螺離心機(jī)為試驗(yàn)設(shè)備，進(jìn)行固液分離性能試驗(yàn)研究。
試驗(yàn)材料為甘肅省靖遠(yuǎn)縣的“靖遠(yuǎn)一號(hào)”，新鮮籽瓜經(jīng)過反復(fù)清洗、除雜，經(jīng)籽瓜破碎去籽機(jī)破碎去籽后，瓜皮部分進(jìn)入瓜皮破碎機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步破碎細(xì)化，而后經(jīng)由螺桿泵進(jìn)入雙道打漿機(jī)，瓜瓤部分則直接進(jìn)入雙道打漿機(jī)，皮、瓤在雙道打漿機(jī)中經(jīng)過細(xì)致的打漿處理混合均勻后形成混合汁。
3.2 試驗(yàn)方法
通過對(duì)實(shí)際生產(chǎn)情況的研究和分析，對(duì)影響臥螺離心機(jī)清液還原糖保留率和清液含固率的因素采用3因素3水平的正交試驗(yàn)，測(cè)定其還原糖保留率及清液含固率。通過極差分析和方差分析，獲得各因素間的主次順序及較優(yōu)組合。
3.3 試驗(yàn)步驟
3.3.1 試驗(yàn)指標(biāo)
本次試驗(yàn)根據(jù)籽瓜全利用生產(chǎn)線籽瓜皮瓤混合汁固液分離工藝要求選取兩個(gè)指標(biāo)，分別為清液含固率以及清液還原糖保留率。
清液含固率的測(cè)定方法：稱取一定質(zhì)量的清液，置于105℃恒溫干燥箱烘干，測(cè)定其干質(zhì)量，則其含固率為：N1=M1/M×100%，N1：清液含固率；M1：清液干質(zhì)量；M：清液原質(zhì)量。
還原糖保留率的測(cè)定方法：用DNS法測(cè)定清液還原糖質(zhì)量濃度，則還原糖保留率為：N2=C1/C×100%=C1/16.34×100%，N2：清液還原糖保留率；C1：清液還原糖質(zhì)量濃度；C：混合汁的質(zhì)量濃度，為固定值16.34g/L。
3.3.2 試驗(yàn)因素及水平
根據(jù)設(shè)備產(chǎn)能要求及實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，選擇臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)鼓與螺旋差轉(zhuǎn)速以及液位半徑為試驗(yàn)因素，分別記為A、B和C，每個(gè)因素分別取3個(gè)水平進(jìn)行正交試驗(yàn)，本試驗(yàn)不考慮各因素之間的交互作用。
3.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
由試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得知，較優(yōu)的參數(shù)組合是轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為2500r/min，轉(zhuǎn)鼓與螺旋差轉(zhuǎn)速為24r/min，液位半徑154mm。在此參數(shù)條件下的籽瓜皮瓤混合汁固液分離，清液含固率為2.28%，還原糖保留率為96.69%。
4 結(jié)論
臥螺離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速對(duì)分離清液含固率及清液還原糖保留率的影響較為顯著，轉(zhuǎn)鼓與螺旋差轉(zhuǎn)速及液位半徑次之。方差分析結(jié)果表明臥螺離心機(jī)分離效果較優(yōu)參數(shù)組合為：轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速2500r/min，轉(zhuǎn)鼓與螺旋差轉(zhuǎn)速24r/min，液位半徑154mm。
重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果表明：在較優(yōu)參數(shù)條件下工作的LW450臥螺離心機(jī)可使分離清液含固率達(dá)到2.28%，還原糖保留率達(dá)到96.69%，清液含固率指標(biāo)達(dá)到工藝設(shè)計(jì)分離要求，在實(shí)現(xiàn)固液分離的同時(shí)，極大地保留了還原糖。
