人造奶油加工设备急冷机的结晶机理与工作原理

在人造奶油或起酥油的急冷工艺中，急冷机的过冷度直接影响油脂晶体的成核，生长及晶型转化，过冷度是结晶温度与熔点的差值，油脂成核需克服自由能屏障，为成核提供化学潜能，使体系产生有序结构，超过临界尺寸r*，体系吉布斯自由能减少，形成晶核。根据熔融体系成核吉布斯自由能计算公式（式1）和成核临界晶体的半径计算公式（式2）可知，增加过冷度，成核自由能减少，晶核尺寸减小。晶体的生长主要受移除体系结晶释放的热量控制，晶体生长速率是过冷度的指数函数。结晶温度也会影响油脂的同质多晶，较低温度的急冷易形成α晶型，缓慢加热熔化α晶体并保持一定的温度，固化形成β晶型，类似方法处理β"晶型也可以得到β晶型。

Avrami方程（式3）中，增加过冷度，会增加t时刻的固体脂肪含量，k值增加，n值减小，成核趋于瞬时成核，晶体尺寸减小。通过以上的理论可知，过冷度对人造奶油的生产过程密切相关，此外冷却速率会影响奶油的结晶过程，冷却速率大，则形成大量的小晶体，而冷却速率慢时，结晶的动力小，形成晶核的速度慢，晶体的热稳定性大，不易熔化。刮板式急冷机的过冷度和冷却速率可以通过控制刀片形式、刀轴间距、刀轴速率进行调节，我们研发的人造奶油刮板式急冷机如图1所示，它的主要结构为：驱动电机经皮带传递带动主轴旋转，主轴上的浮动刮刀在离心力的作用下连续不断地刮削管状热交换筒的内壁。油脂从进料口输入，经过管状热交换器，在高压、冷却、剪切三种状态下迅速冷却并使其微粒化，同时进一步乳化。循环热水由热水旋转接头进入旋转主轴中心，再返回到热水旋转接头出口，周而复始，保证主轴在一定的温度下工作。