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螺杆挤压膨化全脂大豆的试验研究

王宏立  
【摘要】:我国有丰富的大豆资源,年产量约为1500万t,居世界第四位。与其它农作物相比,大豆中含有丰富的蛋白质和油脂,必需的氨基酸、脂肪酸,卵磷脂的含量也十分丰富,是人类的优质食品和动物的优质、高能、高蛋白饲料。近年来,随着我国畜牧业的发展,对蛋白质的需求量在不断增长,但动物蛋白资源有限,不能满足养殖业的需求,必须寻找植物蛋白资源部分替代动物蛋白资源。而植物蛋白资源中大豆蛋白有其独特的优点,将大豆通过挤压膨化加工后,添加到饲料中,可替代豆粕加油脂的传统方法,且取得了良好的饲喂效果。 目前,挤压膨化技术日渐完善。但现有的大豆膨化机结构复杂,尺寸大,操作维护不便且设备的价格较高,不能满足小型企业及个体户、专业户的需求。对现有膨化机改进设计及试验,研制一种结构简单,价格便宜,易于操作,便于维修的、小型螺杆挤压膨化机,用来加工全脂大豆,促进大豆资源的开发和利用。 为了深入研究大豆膨化技术,改善试验设备的功能,本文分析了挤压膨化机的工作原理,对大豆膨化机理进行了初步探讨。膨化试验中,采用单螺杆挤压膨化机,在现有设备的基础上,对其主要工作部件进行了改进设计及试验研究,并综合分析了影响膨化效果的因素。以生产率和度电产量为试验指标,通过单因素试验,考察和分析了不同大豆含水率、不同螺杆转速、不同膨化温度、不同出口间隙对膨化加工的影响,为二次回归试验设计提供依据。 通过三因素五水平的二次回归正交旋转设计,研究了大豆含水率、螺杆转速和膨化温度等因素对度电产量、生产率和膨化压力的影响。通过建立的数学模型,利用二元函数曲面对影响各个指标的主要因素进行了分析,并用有约束非线性优化理论对工艺参数进行了优化,确定了一组最优参数。 针对本试验中存在的问题,通过理论分析与计算,借助计算机软件,完成了膨化机结构及工艺参数的最优化设计,为机器的改进设计提供了理论指导。 最后,探讨了膨化产品的应用。 通过试验研究得出以下结论: (l)对膨化前后大豆的营养成分分析表明,膨化后的大豆,粗蛋白含 量增加了2.69%,灰分增加了7.45%;粗脂肪基本没有减少,粗纤维减少了 29.11%,脉酶活性降低了69.03%。可见其营养成分有不同程度地提高,而 脉酶等抗营养因子的含量大大降低,利于动物的生长。 (2)膨化后的大豆呈金黄色,多微孔、细粒状,油脂充分暴露表面。 借助电子显微镜观察其微观结构,大豆细胞结构被破坏,撕裂变成絮状纤 维,细胞间距拉大,油细胞破裂,释放出油脂,易于被动物消化和吸收。 (3)通过单因素试验以及三因素五水平的二次回归正交旋转试验,建 立了膨化机度电产量、生产率及膨化压力与其影响因素的数学模型;通过 对模型分析,确定了影响度电产量的因素主次顺序为:螺杆转速物料含水 率膨化温度;影响生产率的因素主次顺序为:螺杆转速物料含水率膨化 温度;影响膨化压力的因素主次顺序为:物料含水率膨化温度螺杆转速。 (4)利用有约束非线性优化理论对大豆膨化工艺参数进行了优化计 算。在保证膨化质量的情况下,得到最优工艺参数为:物料含水率19%, 螺杆转速17一印m,膨化温度14o.c。 研究结论为指导实际生产,提高膨化大豆的品质以及降低生产成本提 供了理论依据。


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