12.3.2 食品捏和机

捏和机也可像粉粒体混合器一样按容器是固定的或回转的来分类。但回转容器式 的捏和机不多，只有球磨机和某种研磨机等几种。所以绝大多数捏和机都是固定容 器型。

固定容器型捏和机按转动件转轴的位置可分水平轴的和垂直轴的，按轴的数目又可 分单轴的和双轴的。

12.3.2.1 水平双轴型捏和机

这类捏和机有双臂式捏和机，密闭捏和机，叶片式捏和机等。

(1) 双臂式捏和机 双臂式捏和机是一种有代表性的，用于可塑物混合的，间歇式 操作的捏和设备，其处理的对象范围广，食品制造上用得很多。

(1)

(2)

图12-44 双臂式捏和机和搅拌臂的运动路线

(1)相切式 (2) 交叉式

1-西格玛形臂 2-快臂 3-慢臂

顾名思义，双臂式捏和机是由两只搅拌 臂做回转运动而进行混合操作的捏和机。 根据两臂之间运动的相关位置关系的不同， 这种捏和机有相切和交叉两种形式，见图 12-44。相切式是普通形式，两搅拌臂的运 动路线互为相切，故互不妨碍运动，从而可 以任意选择它们的相对速度。交叉运动的 形式由于运动路线互相重叠，所以在搅拌臂 的设计上，就不可避免要加限制，要让臂的 速度达到互不相碰的关系。因此速度要加限制，实际上两臂的转速比只能用1：2和1：1， 交叉臂的形状和相切式的不同，基本上是作成平桨状以螺旋形排列的独立臂。从搅拌 臂的形状和速比关系上看，在快速臂追赶慢速臂时，可出现两者之间物料受挤压的 情况。

实际上使用的多数为相切的形式。搅拌臂的形式很多，图12-45举出有代表性的 几种。所谓西格玛形臂是最普通的一种，以此为基础有各种各样的变型。譬如，臂表面 带有凹凸形状态的或孔穴的，螺旋角角度作不同变化的等等。图中(2)中的鱼尾式，适合 于捏和高黏度的物质，这种形式也有许多变型，固体混合中的螺带式实际上是这种变型 之一例。

双臂式捏和机容器的加热方法有用加热剂在夹套中加热的，也有直接用电加热的。 蒸汽夹套加热在一般食品工厂中是可行的。也有用油为加热剂的夹套加热法。冷却方法 有夹套水冷法，冷冻盐水法或直接喷淋冷却法等。

以上所说的加热和冷却夹套是指容器壁上的夹套。另外，也有在搅拌臂内部通过加 热剂或冷却剂进行加热或冷却的方法。

双臂式捏和机排料的方法多数是采用转动倾侧容器的方法，小型设备人工轻轻地操 纵即可，中型或大型则在支承轴上装齿轮，由电动或手动手柄进行操作。此机广泛用于面 包饼干制造业中面粉、水、酵母和其他原料的均匀混合和捏和，随着捏和机的快速回转，赋 予面团以延伸性、柔软性、弹性和黏性。在巧克力制造工业中，用于可可液浆、糖粉和乳粉 等的捏和混合。

(2) 密闭式捏和机 密闭式捏和机也是一种间歇式的捏和机，是高效强力的捏和设 备。图12-46是其结构示意图，两根带扭曲桨叶的转动件在密闭的混合室内以一定的转 速比进行转动。一批物料的进入和排出靠气动操作进行开关。侧器壳和转动件上有的开 内孔，供加热剂或冷却剂循环，特别是为了提高冷却效果，最好采用喷射冷却式器壳。

图12-45 搅拌臂的形式

(1) 西格玛形 (2) 鱼尾形 (3) 单纯形

图12-46 密闭式捏和机

1-转动件 2-冷却喷嘴 3-排出口 4-工作台 5-加料斗 6-气缸

转动件桨叶的重要部分一般焊硬质合金。侧壳内表面大多加用耐磨合金的衬套或硬 质铬镀层。转动件的驱动方式有用联接齿轮单轴传动的，也有用主轴或齿轮单轴传动的。 目前，几乎都是用直联方式驱动。

密闭式捏和机是动力消耗很大的大型捏和机。它的轴封密闭问题是个大问题。为了 高压捏和的目的，防止转轴与器壁之间物料的漏泄而要求改善轴的密封。一般防漏都是 采用两个金属压合面来完成的。密封面的压合靠弹簧力。

(3) 叶片式捏拌机 如图12-47所示，在混合槽内，于并列的两根轴上，装有许多叶 板状的桨叶，成螺旋形。两轴以相反方向旋转，在输送粉体的同时，进行分散混合。前已 述及，捏和作用有四步。叶片式捏拌机主要适合于进行细分化和混合这两步。原料粉体 和水加入后，随着轴的回转，最初是粉体和小块的混合，接着全部变成小块，最后变成一整 块被送去。但从形成一整块以后起，便不断被叶片细分并再次混合。

12.3.2.2 水平单轴型捏和机

这类捏和机有单轴叶片式捏拌机、螺旋式捏拌机、斜式捏和机和刮板式捏和机等。单 轴叶片式捏拌机与上述双轴的相同，主要用于粗混合。通常由叶片式捏拌机制得的细分 化后的物料块，再进入螺旋式捏拌机加捏和力进行脱气泡。

(1) 螺旋式捏拌机 螺旋式捏拌机如图12-48所示，其转轴上设置有连续的螺旋。 从投料口进入已由桨叶捏拌机预先加工的可塑物。在回转螺旋的作用下，一边被搬送，一 边被挤压。挤压过程可分四个区域。最初主要是搬送，挤压力所起作用不大。以后可塑 物靠压缩力互相聚结成为一大块，气泡则穿过可塑物充填间隙从搬送部分逸出到大气中 去。再以后又是挤压，所以对可塑物断面来说，瞬时力的分布是不均匀的。为了使整个断 面上的力均匀化，后面留有无螺旋的一段，作为可塑物的停留区段，使压力均匀稳定。食 品工业上用的挤出机实际上就是螺式捏拌机中的一种，不过它的主要功能在于食品的挤 压成型。

图12-47 叶片式捏拌机

1-粉体加入 2-桨叶 3-转轴

图12-48 螺旋式捏拌机

叶片式捏拌机和螺旋式捏拌机的联合设备亦称真空脱气捏拌机。

(2) 斜式捏和机 螺旋式的捏和机有多种变型。譬如，啮合螺旋式设备的两根互相 啮合的螺旋有的是沿相反方向旋转的，也有的互相靠近而是沿相同方向旋转的。它们都 属于双轴式捏和机。这类捏和机虽然可以获得很大的压缩和剪切力，但由于轴承的设计 很困难，不易制成大型机器。然而，对于单轴的螺旋式捏和机，则可以利用筒壁来达到它 与螺旋之间的相对运动以满足捏和作用的要求。斜式捏和机即为一例。

斜式捏和机的螺杆作连续转动时，又可以同时作轴向的往复运动。一般在加料区只 有一段螺片，而后混合区则有若干段螺片，且每段螺片有几个缺口。此外，混合室器壳的 内侧具有固定的凸齿(图12-49)。这样，当慢速的螺杆在混合室内旋转时，便带动物料 通过混合室。同时，由于轴的往复运动，使固定齿在螺片缺口之间交叉。因其间间隙甚 小，物料在此不仅受到轴向剪力，也受到径向剪力的作用。

斜式捏和机内的物料停留时间较长，且有一定的轴向混合作用，故捏和效果好，适于 处理需较长停留时间的物料，且也可制造大容量型号的设备。它的机壳可做成轴向分裂 式，以便内部进行清理。在食品工业上，为了物料捏和的连续化，这是一种值得推荐的机 种。例如，在巧克力工业上，对于可可液浆、糖粉、乳粉的捏和作业，如果用这种连续设备 代替间歇式设备，可以使巧克力制造工程进一步自动化，斜式捏和机和后道的辊炼用输送 机加以连接，就成为完全自动化的设备。

(3) 刮板式捏和机 刮板式捏和机是单螺旋式的另一种变型，用于人造奶油、冰淇 淋、猪油、石蜡等高黏度物料的加热或冷却捏和操作。如图12-50所示，在夹套的圆筒 内，内筒以300～1000r/min的转速旋转，此转动件的直径约为外圆筒内径的2/3。原料经 加压后进入它们中间的环形部分。转动件上装刮板，当夹套内通入加热剂或冷却剂进行 传热时，圆筒壁面上生成的坚硬料层和界面薄膜被刮下，既改善了传热，又提高了捏和混 合的效果。

图12-49 斜式捏和机

图12-50 刮板式捏和机

1-保温层 2-加热夹套 3-外筒壁 4-外筒上固定齿 5-内筒上转动齿 6-转轴

12.3.2.3 垂直轴型捏和机

这类捏和机有研磨机，钩式捏和机和搅拌研碎机等。

(1) 研磨机 研磨机也叫做轮碾机。它大体上可以 分两类：同时进行粉碎和捏和的;不进行粉碎只进行捏和 的。另外，也可以分碾轮转动的，碾盘转动的和两者都转 动的。对于兼有粉碎和捏和的捏和机，有的是利用加重碾 轮重量，增大挤压压力的，也有从外部对碾轮加压以增加 盘面压力的。相反，只有捏和作用时，碾轮的重量要尽可 能不作用在盘面上。为此，可采取悬挂碾轮或轻质材料制 造碾轮的措施。

研磨机的结构和工作原理大致如图12-51所示。 原料在碾盘铺成环形，由中央垂直转轴带动的研磨轮在 盘底料层上沿圆周滚动。挤压和剪切就发生在碾轮与 盘面之间。碾轮压过物料并使物料压扁扩展之后，再由 后面跟着转动的刮刀将向外扩展的物料重新刮回到轮 子经过的路径上。如此反复进行，达到均匀混合和脱气的目的。

图12-51 研磨机

1-碾盘 2-碾轮 3-刮刀 4-调压弹簧

图12-52 钩式捏和 机结构示意图

糖果食品工业中有使用所谓搅和器(或称拌和器，调和器)的 捏和设备，它的基本原理与研磨机相似。它有一回转的底盘，底 盘之上有随其滚动的用花岗石做成的两只碾轮，碾轮是上悬的， 底盘被加热，并附设特殊的刮刀，将混合物送入碾轮间隙的适当 位置。

(2) 钩式捏和机 这种捏和机的搅拌件呈钩形。钩式捏和机 的器底做成如图12-52中所示的形状，图上标明器底与钩上各点 的相对位置。各点运动路线如图12-53所示。在食品工业上，用 面粉制太妃糖时，为使面粉充分分散不结块，要先将面粉和适量的 炼乳进行干捏，以后再加炼乳赋予流动性。过筛后进此捏和机。 达到上述充分分散而不结块的目的。

钩式捏和机在棉花糖生产中，用以对明胶和熬浓糖浆进行边搅拌、边掺气。但不论什 么时候，搅拌时间和速度都对制品产生很大影响。

(1)

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图12-53 钩式捏和机钩上各点的运动路线

(1) A点轨迹 (2) B点轨迹 (3) C点轨迹 (4) D点轨迹

12.3.2.4 辊式捏和机和球磨机

(1) 辊式捏和机 为了处理高黏度的物料，且在捏和混合中伴有粉碎的效果，还可 以采用一种辊式的捏和机。它是利用辊筒与辊筒之间的稠厚物料因两辊转速不同、方 向相反而产生的剪力而得到均匀分散。图12-54为五辊精炼机，用于巧克力制造工 业。此机将混合好的巧克力原料β-巧克力、糖粉、乳粉、可可脂、卵磷脂等再作混合精 制，获得最佳精制的巧克力微粒体。在精制过程中，要调节精制温度，一般用改变冷却 水温度的方法。如图所示，巧克力浆的供料在最下部的一对辊筒上，展开成薄层，逐次 向上方速度较快的辊筒上移动，最后在转速最快的顶部辊筒上由刮刀刮下而进入斜槽 卸出。辊筒转速自下而上增加很快。例如，五辊精炼机中右面四个辊筒自下而上的转 速分别为32、76、230、265r/min。

(2)球磨机 许多加工工业上球磨机主要用作以摩擦力和冲击力为粉碎力的粉碎设 备。但当它在湿法操作时，其作用不仅有湿法粉碎作用(即微粒化作用)，而且具有很好的 捏和效果。

球磨机(如图12-55所示)由水平慢速转动的圆筒及内装钢球所组成。当圆筒转动 时，圆球因转筒内壁的摩擦作用而被带起，当其上升角超过休止角时，圆球即向下掉落。 物料是靠落球的冲击作用，圆球与筒壁间以及圆球和圆球之间的剪切作用而被粉碎和混 合的。

图12-54 辊式捏和机

图12-55 球磨机

球磨机中所使用的圆球一般是密度最大(=7.8)的钢球。球的硬度愈大，粉碎愈 容易，硬度愈小，愈易磨损。根据经验，用洛氏硬度63～64的合金钢球最好。硬度为 62的球，其磨损速度比硬度为63～64的约大2倍。钢球最合适的磨损速度每年为 8%～10%。放进去的钢球，每隔一年要采取措施使球变整齐，每隔5年进行更换。钢 球工作1年重量约为原重量的一半。譬如，15.88mm(5/8in)的球5年后球径变为 12.7mm(1/2in)。在大球中混入了变小的球，磨损便更加厉害。对不可污染的食品，不 得用不同直径的钢球，必须每隔1年进行筛分，除去减重50%以上的钢球。球的大小 最好采用钢球在机内落下速度为球磨机临界速度下圆周速度的65%为宜。黏度高时 需用较大的球，最好采用如表12-6所列的由黏度来确定球径的方法。由于球磨机的 粉碎和混合作用是因钢球旋转产生剪力引起的，所以粉碎和混合的速度与单位体积内 的球面积成反比。就是说，使用过大的球是不合适的。应当说，使用密度大的小球比用 密度小的大球更好些。

表12-6 球磨机钢球直径与物料黏度的关系(钢球密度为7.85g/cm³)