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        雙向變頻振壓制曲試驗分析

        2014-12-20 02:00:02
        食品與機械 2014年4期
        關鍵詞:振動

        李 宏

        (1.江蘇食品藥品職業(yè)技術學院機電工程系,江蘇 淮安 223005;2.江蘇省食品微生物工程實驗室,江蘇 淮安 223005)

        大曲是白酒生產(chǎn)中的糖化劑、發(fā)酵劑和多種微生物的混合酶制劑[1],大曲釀酒工藝為中國傳統(tǒng)獨特的固態(tài)發(fā)酵釀酒工藝,曲坯提漿程度(水麥膠的提表程度)是大曲生產(chǎn)的一個重要技術指標。傳統(tǒng)人工踩曲的特點是“百腳一坯”、“提漿于表”,所制的曲坯結構致密、提漿好、皮張薄,便于微生物生長[2]。機械制曲作為現(xiàn)代釀酒企業(yè)的發(fā)展趨勢,生產(chǎn)的曲坯大小一致、生產(chǎn)效率高、勞動強度低。按機械制曲的執(zhí)行機構分,有沖壓式、氣動式、液壓式[3-5];按機械制曲的成型次數(shù)分,有單次模壓成型、多次模壓成型[6]。但無論是哪種機制曲,其“皮緊內松”、“提漿差”的現(xiàn)象都沒有得到根本的解決,造成曲坯表皮缺乏營養(yǎng)、保水性能差,對大曲“穿衣”影響很大,導致白酒質量下降。

        為了解決上述問題,提出一種新型的雙向變頻振壓成型制曲方法,該方法的特點是借助于上下模壓板與曲料、曲模成型箱與曲料以及曲料顆粒之間的振動滑移、反復擠揉操作,模擬人工踩曲過程,并分析振動頻率、振動幅度、振動壓力、曲坯含水率等參數(shù)對曲坯密度與提漿性能的影響。

        1 試驗方案與參數(shù)設定

        1.1 雙向變頻振壓制曲成型試驗方案

        為增強松散曲料的“流動性”,解決機械壓曲中存在曲坯“皮緊內松”現(xiàn)象,現(xiàn)采用雙向變頻振壓方式壓制曲坯。其基本原理:曲模成型箱固定不動,采用不同的振動電機作為上、下模壓板的振源,使上模壓板與下模壓板具有不同的振動頻率,在振動的同時對曲坯表面進行加壓的一種壓曲成型方式。由于振動傳播深度有限,本方案采用上下模壓板同時振動。為模擬人工踩曲、表面提漿過程,上模壓板振動時采用凹凸不平的碗狀壓板,對曲坯顆粒反復擠揉。通過變頻器改變振動電機的轉速,改變振動頻率(壓曲成型、拍打提漿采用不同的頻率)和振幅A的大小,使曲坯密度、厚度、壓曲壓力、成型時間等,能按需求進行調整(適合不同的高溫曲和中溫曲)。振動的作用使曲坯表層曲料松散,為保持曲坯形狀與密度均勻,在上下模壓板停止振動后再采用平頭壓板壓曲到位。

        圖1為曲坯雙向變頻振壓成型加工過程示意圖。具體過程:① 曲料在上料過程中,下模壓板邊振動邊上料;② 上料結束后,凹凸不平的碗形上模壓板進行低頻振動,與下模壓板振動頻率不同,使二者的運動產(chǎn)生一個速度差;同時上模壓板向下加壓移動、下模壓板向上加壓移動,對曲料進行壓曲成型;③ 當上下模壓板的移動觸發(fā)了壓力傳感器(根據(jù)曲坯松緊程度控制動作),上下模壓板停止運動,保持原有壓力以較高頻率振動對曲坯表面拍打提漿。④ 上下模停止振動,將凹凸不平的上模碗形壓板改為平頭壓板,上模壓板向下加壓移動,下模壓板向上加壓移動,到與曲模成型箱接觸時完成壓曲運動,保壓后出坯。本方案由于采用振動制曲,使曲坯易于脫模,減化了曲模清洗工序。經(jīng)多次振透壓實、提出面漿,實現(xiàn)了曲坯表面光滑致密、松緊均勻、曲皮薄、穿衣掛霉好。

        圖1 曲坯雙向變頻振壓成型過程示意圖Figure 1 The process of starter-making using bidirectional variable frequency vibration method

        1.2 試驗參數(shù)設定

        根據(jù)某酒廠曲料成份組成,把大麥40%、小麥45%、黃豆5%、豌豆10%按重量嚴格匹配,混合均勻后進行適度粉碎,然后加水充分攪拌。將粉碎度控制在43%~45%,以含水量為30%~50%的混合曲料作為試驗對象。這里曲坯大小取270mm×175mm×80mm,曲模成型箱可根據(jù)各個釀酒企業(yè)曲坯大小設定、一機多模靈活更換。

        雙向雙頻振動壓制曲坯成型,電源為三相AC 380V/50Hz,激振方式為振動電機垂直激振,振動波形為正弦波,振動頻率范圍為5~60Hz,最大振幅為3mm,上下模壓板壓力0.5~8kN,上下模壓板行程可調范圍0~180mm。

        2 結果與分析

        2.1 雙向變頻振壓對曲坯密度的影響

        振動在曲料中進行傳遞,當曲粒獲得的能量超過彼此間的摩擦力和粘結力,不規(guī)則的曲粒由靜變動,大小曲粒互相咬和鑲嵌,又擠出了部分曲料水分,提高了曲坯密度的均勻性。由于曲粒沿振動方向所獲得的能量是不同的,為了使曲坯密度均勻,讓振動傳播得遠一些,在曲模成型箱上料結束后,先采用大振幅小頻率同時加力振壓曲坯(上下模壓板采用不同的頻率)。為了提高曲坯表面拍打提漿效果,再采用小振幅大頻率上下模壓板同時加力振壓曲坯。由圖2可知,振動頻率越高,振幅衰減越大,振幅按指數(shù)形式衰減。

        試驗發(fā)現(xiàn),雙向變頻振壓后曲坯靠近心部的密度較均勻,但與上下模壓板接觸的曲坯最上、最下層、以及與曲模成型箱接觸的曲坯前后左右層,越靠近表面越疏松,且不均勻。為使曲坯整體達到密實均勻、松緊適度(由曲坯發(fā)酵生產(chǎn)工藝可知,并非密度越大越好)。當密度值達到壓力傳感器設定的觸發(fā)值時,上下模壓板振動結束,將上模壓板改為平頭壓板,上下模壓板分別向上向下加壓移動。當上下模壓板與曲模成型箱接觸時完成壓曲運動,曲料經(jīng)保壓后出坯。通過雙向變頻振壓制曲,較好地解決了普通制曲機壓曲過硬,曲料間的空隙小、空氣少、微生物生長缺少空氣繁殖不佳等問題。

        圖2 振幅衰減示意圖Figure 2 The reduction of vibration amplitude

        2.2 含水率對提漿效果的影響

        當含水率不變時,隨著曲坯振動顆粒間距離逐漸變小,被擠出的水游離在顆粒之間。其中一部分又被曲料吸收,另一部分內則通過曲料間的孔隙向曲坯內、外部流動。隨著含水率的增加,由于曲料重新吸收這部分被擠出水的能力有限,在單個振動壓縮周期內,向外部流動占了很大的比例。

        由試驗可知,曲坯的含水率大小對曲坯形態(tài)、松緊度、融氧量均有較大的影響。當最大壓力不變(維持為4kN),振動壓曲頻率為50Hz時,分別對含水率為30%,35%,40%,45%,50%,60%曲坯進行試驗。當含水量為30%時,曲坯顆粒間粘接強度較差,部分皮料有翹曲情況;當含水量增至45%時,皮料翹曲現(xiàn)象基本消失;當含水量增至50%時,曲坯中原來與皮料結合較緊的面料,由于曲坯中擠出水分的流動、沖刷,出現(xiàn)了心部的皮料比例大于外皮的現(xiàn)象,曲料表面出現(xiàn)白漿外溢情況,試驗結果見圖3、4。

        圖3 不同含水率的曲坯心部形態(tài)Figure 3 The shape of the starter with different moisture content

        圖4 含水量50%(頻率50Hz)的曲坯內外形態(tài)Figure 4 The inside and outside shape of the starter with moisture content is 50%(while frequency is 50Hz)

        2.3 振動壓曲頻率對提漿效果的影響

        曲坯含水率不變時,振動頻率越大,單位時間內曲坯中顆粒獲得的能量越多,從曲料中擠出的水越多,水的流動也越快。有的流向曲坯表面、有的流向曲坯內側,時而向外、時而向里。流向表面的水和面料的混合物滯溜在曲坯表層中,而流向心部的混合物又將帶出來的面料重新送回到心部。

        當最大壓力不變(維持為4kN),含水率為40%時,分別以振動壓曲頻率為5,10,15,20,30,40,50,60Hz進行試驗。由試驗可知,振動壓曲頻率越小,曲料中的皮料的被壓彎壓皺的情況越少。當振動壓曲頻率小于10Hz時,大部分皮料顯示被壓制成扁平狀,曲料中皮料與面料之間的貼合較好。當振動壓曲頻率為40Hz時,形成曲坯心部曲料比較均勻,表皮“面漿”較多,試驗結果見圖5。

        圖5 含水量40%(頻率40Hz)的曲坯內外形態(tài)Figure 5 The inside and outside shape of the starter with moisture content is 40%(while frequency is 40Hz)

        當振動壓曲頻率大于60Hz時,皮狀顆粒得不到充分的伸展,曲坯心部皮料的皺裙、彎曲情況較為明顯,甚至可見少量皮料被壓折現(xiàn)象,表皮出現(xiàn)白色懸濁液。這說明只有合適的振動頻率,曲料才會產(chǎn)生較好的提漿效果,過快的振動頻率,降低了混合物的可流動時間,反而對保證曲坯品質是有害的。

        2.4 試驗結果對比

        試驗證明,當混合曲料粉碎度為43%~45%,曲坯含水率為40%,上下模壓力為4kN,成型振動頻率為10Hz,成型振幅為2~3mm;拍打振動頻率為40Hz,拍打振幅為0.9~1.2mm,曲坯雙向變頻振壓成型效果較佳。表1為采用雙向變頻振壓制曲與現(xiàn)有YQ-960型制曲機所生產(chǎn)的曲坯對比情況。

        表1 雙向變頻振壓制曲與YQ-960型制曲機生產(chǎn)曲坯比較Table 1 The comparison of bidirectional variable frequency vibration method with YQ-960starter-making machine

        3 結論

        雙向變頻振壓方式作為曲坯生產(chǎn)的一種創(chuàng)新方式,曲坯成型時從上下兩個方向傳遞交變壓力,對曲坯進行柔性、重復壓制,通過變頻振動把面漿提到了曲坯表面。由于曲料與模盒間的振動,致使曲料不易粘在模盒上,曲模再次使用前無需對模盒進行清洗,簡化了機械制曲工藝。既保證了機制曲坯的成型品質,曲坯密度均勻、孔隙度好、軟硬適中;又使得曲坯易于脫模、外形平正,四角飽滿,獲得了較理想的表面提漿效果,具有一定的實用推廣價值。

        1 任飛,張曉宇.濃香型大曲糖化動力學研究[J].食品與機械,2013,29(1):42~44.

        2 沈怡方.白酒生產(chǎn)技術全書[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,2001.

        3 付捷,王瑛.我國酒廠制曲壓塊機的現(xiàn)狀與發(fā)展方向[J].包裝與食品機械,2005,23(5):29~30.

        4 付捷,劉木華,羅鋼,等.機械制曲成套設備研制[J].釀酒,2007,34(3):42~43.

        5 陳貴林.探索茅臺酒制曲自動化實現(xiàn)途徑[J].釀酒科技,2011(4):65~66.

        6 張靜.多點采壓壓曲機設計及其關鍵結構件仿真研究[D].山西:太原理工大學,2009.

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