食品粉末顆粒間的相互作用及結塊行為的研究概述.doc

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?食品粉末顆粒間的相互作用及結塊行為的研究概述李延華1 王偉軍2 郭亮1 邵志鵬1 張婷婷1(1.浙江工商大學食品與生物工程學院,杭州 310018)(2.浙江一鳴食品股份有限公司,溫州 325000)摘 要 粉體結塊現象是食品工業中普遍存在的實際問題。本文針對食品粉體結塊現象進行了綜述,闡述了粉末顆粒間的相互作用,介紹了食品粉末結塊的測試方法,分析了食品粉末結塊動力學行為與結塊控制方法,提出食品粉末結塊研究中需要跟蹤粉末顆粒間橋聯的演變過程,并總結傳熱傳質模型對食品粉末結塊行為的重要作用,旨在為食品粉末結塊的有效控制提供參考。關鍵詞 食品 粉末顆粒 相互作用 結塊中圖分類號:TS201.2 文獻標識碼:A 文章編號:1003-0174(20180310)Research summary in the interaction among the particles and the caking behavior of food powderLi Yan-hua1 Wang Wei-jun2 Guo Liang1 Shao Zhi-peng1 Zhang Ting-ting1(1. College of Food Science and Biotechnology, Zhejiang Gongshang University, Hangzhou 310018)(2. Research & development Institute, Zhejiang Yi Ming Food Co. Ltd., Wenzhou 325000)Abstract Caking is a common problem in food industry. The phenomenon of caking was reviewed in the paper. The interaction among powder particles was expatiated. The dynamic behavior and the testing methods of caking in food powder were analyzed in the paper. The bridging process among the powder particles and the effect of heat and mass transfer model during the caking were summarized. It could provide the theoretical direction for the control of caking in food powder.Key words food powder, particle, interaction, caking粉末結塊現象是食品行業普遍存在的瓶頸問題。粉末結塊可以被看作是粉末顆粒的聚集,將易自由流動的粉末轉化為塊狀物質,當壓力很大時塊狀物質會很容易地破裂,變成不可逆的顆粒[1]。貯藏環境和機械條件對食品粉末的轉化有很大影響。在某些情況下,一種物質可能會吸濕性很強,甚至會發生潮解。目前,食品粉末的結塊和潮解是導致其功能性和低質量的重要原因[2]。食品粉末結塊是一個極具挑戰性的問題。在理解食品粉末的結塊傾向時,主要涉及機械類、化學類、塑料流型、電類等四大方面內容,內聚力、彈性、屈服應力、無定形含量、吸濕性、粒徑等許多因素都不可避免地影響結塊行為,溫度、濕度、應力、應變率、振動等外部因素也可能對結塊產生很大的影響,這基金項目:1.浙江省自然科學基金一般項目(LY17C200005) 2.浙江省現代食品安全與營養協同創新中心項目(2017SICR107) 3.國家青年科學基金項目(31401557)收稿日期:2018-05-18作者簡介:李延華,女,1979年出生,副教授,主要從事乳品科學與微生物發酵方面研究使得很難可靠地預測粉末結塊的行為[1]。因此,探究食品粉末顆粒間的相互作用,跟蹤評定顆粒中晶體固體的轉化過程對有效控制粉體的結塊現象具有重要意義。1 食品粉體顆粒之間的相互作用食品粉體可能會經歷各種不同的顆粒間力,根據力的相對大小,從最強到最弱順序為:實心橋、液橋、范德華力、靜電力和磁性[3]。然而,這些力不可能自發地導致結塊,通常情況下,在外在因素的干預下,范德華力、靜電力和液體橋等力可以使食品粉體粒子發生接觸,導致彈性變形、塑性變形、表面粗糙度、固體橋形成等現象發生。1.1范德華力范德華力有不同的類別,特定的范德華力是由于分子與永久偶極子的相互作用,色散力是由電子隨機漲落產生分子內部局部極化引起的,這些瞬態的和誘導的力被認為是非特定的相互作用[4]。1.2靜電力食品顆粒沉積加上容器壁上的空氣,可能產生靜電力促進粉末的粉化。然而,幾乎沒有證據表明靜電力對粉末結塊起著重要的長期作用。一個可能的解釋是:部分顆粒之間的潛在差異與結塊所需的時間相比,粒子之間的勢差消散得比較快。然而,在電場的存在下,由于電夾持現象,粒子間的粘附性很強[5]。另一方面,雖然塊狀物的強度通常相對較弱,但電結塊被認為是可能導致結塊的一種可能機制。例如,機械應力的作用會導致晶體中的電荷極化,即所謂的壓電效應,由于加熱或冷卻結晶物料而產生電荷極化,從而促進結塊,熱釋電結塊也會發生。最后,當晶體置于電場中時,可能會發生鐵電結塊。1.3液體橋力液體在散裝食品粉末結塊中起著關鍵作用,可能是由于蒸汽凝結而在顆粒間存在。毛細血管現象是導致顆粒結塊形成的一種初始機制,目前已有許多研究探討了團聚體強度與顆粒間力的關系[6]。液體橋間的靜態力會隨著粒子的分離而變化。當兩粒子分開時,力會受到液體粘度和分離率的影響。此外,當粒子分離時,液體可能會從薄膜注入橋中,從而增加了橋的體積[7]。1.4接觸力學顆粒間的接觸力學是考慮塊狀粉末轉變時不容忽視的一個重要領域。不管最初結合粒子的機制是什么,關鍵是影響粒子間力的參數是接觸面積的大小。顆粒在彈性或塑性上都可能變形,這意味著粒子將各自地完全恢復或永久變形。此外,還應考慮顆粒粗糙度的作用。當施加的應力消除后,彈性變形的粒子就會完全恢復。然而,這一說法的例外是:當彈性變形的表面在相當長的時間內接觸時,由于分子重排而形成的接觸永久鍵,這種結合方式很可能產生弱的結塊,因為彈性變形接觸有足夠的殘余彈性應變能。如果接觸發生塑性變形,材料將無法完全恢復,這將導致更高的接觸面積和更高的附著力,可能導致結塊的形成。當接觸應力大于食品粉體的屈服應力時,接觸會發生塑性變形。塑性變形的程度不一定是顯著的,它會導致塊體粉末強度的急劇增加[8]。應該注意的是:較小的粒子更容易發生塑性變形。這是由于顆粒之間的粘著力與顆粒直徑(d)成正比;然而,接觸面積與d4/3成正比,因此,接觸面積以比粘著力更快的速度減小。食品粉末顆粒的一個有趣的特點是:它們的表面不是非常光滑的,而是凹凸不平的,這將影響顆粒與顆粒之間的相互作用。表。省略部分。 Food & Agriculture, 2011, 91: 2582-2586[29] Le B O, Scher J, Fasquel J P, et al. 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