臥螺離心機對籽瓜皮瓤混合汁的固液分離效果試驗
行業(yè)動態(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)實現(xiàn)徹底分離，且生產(chǎn)過程間斷、耗時長，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。籽瓜汁營養(yǎng)成分符合微生物發(fā)酵對營養(yǎng)的需求，提取其中糖分數(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)計中，將籽瓜皮瓤混合汁固液分離是一項必要的工藝步驟。臥螺離心機作為固液分離的關(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)備進行清液的分離濃縮，為防止反滲透膜堵塞，對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，得到含固率較低的清液。針對以上問題，本研究對影響清液含固率及還原糖保留率的臥螺離心機機械因素進行了正交試驗分析，旨在得出設(shè)備較佳的參數(shù)配比，使臥螺離心機分離效果較好，為后續(xù)工藝設(shè)計及設(shè)備參數(shù)的選擇提供科學(xué)依據(jù)。
1 臥螺離心機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，基于國內(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。而在目標產(chǎn)品獲取過程中，一項關(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，打破了國內(nèi)對籽瓜的開發(fā)利用僅停留在取籽打漿的現(xiàn)狀，首次將臥螺離心機應(yīng)用于籽瓜皮瓤混合汁的固液分離工藝。臥螺離心機作為固液分離工藝的第一級分離設(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，臥螺離心機在固液分離工藝及整個籽瓜全利用生產(chǎn)線中作用重大。
2 臥螺離心機結(jié)構(gòu)及其工作原理
臥螺離心機由轉(zhuǎn)鼓、螺旋輸送器、進料管、左右軸承座、差速器、傳動部件及機殼等組成。
臥螺離心機有兩個電機驅(qū)動，主電機通過皮帶帶動轉(zhuǎn)鼓及差速器外殼轉(zhuǎn)動，輔電機通過差速器變速后驅(qū)動螺旋，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：當懸浮液進入螺旋輸送器腔內(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，螺旋葉片頂端進入重相沉積層，這時轉(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，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 試驗設(shè)計
3.1 設(shè)備及條件
本試驗以LW450臥螺離心機為試驗設(shè)備，進行固液分離性能試驗研究。
試驗材料為甘肅省靖遠縣的“靖遠一號”，新鮮籽瓜經(jīng)過反復(fù)清洗、除雜，經(jīng)籽瓜破碎去籽機破碎去籽后，瓜皮部分進入瓜皮破碎機進行進一步破碎細化，而后經(jīng)由螺桿泵進入雙道打漿機，瓜瓤部分則直接進入雙道打漿機，皮、瓤在雙道打漿機中經(jīng)過細致的打漿處理混合均勻后形成混合汁。
3.2 試驗方法
通過對實際生產(chǎn)情況的研究和分析，對影響臥螺離心機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，測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 試驗步驟
3.3.1 試驗指標
本次試驗根據(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指標，分別為清液含固率以及清液還原糖保留率。
清液含固率的測定方法：稱取一定質(zhì)量的清液，置于105℃恒溫干燥箱烘干，測定其干質(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。
還原糖保留率的測定方法：用DNS法測定清液還原糖質(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 試驗因素及水平
根據(jù)設(shè)備產(chǎn)能要求及實際生產(chǎn)經(jīng)驗，選擇臥螺離心機轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)鼓與螺旋差轉(zhuǎn)速以及液位半徑為試驗因素，分別記為A、B和C，每個因素分別取3個水平進行正交試驗，本試驗不考慮各因素之間的交互作用。
3.4 試驗數(shù)據(jù)分析
由試驗數(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
臥螺離心機的轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速對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)試驗結(jié)果表明：在較優(yōu)參數(shù)條件下工作的LW450臥螺離心機可使分離清液含固率達到2.28%，還原糖保留率達到96.69%，清液含固率指標達到工藝設(shè)計分離要求，在實現(xiàn)固液分離的同時，極大地保留了還原糖。
