专利名称：一种膨化过程的控制方法
技术领域：
本发明涉及膨化加工技术领域，具体地说，涉及一种膨化过程的控制方法。
背景技术：
膨化是一种常用的材料加工办法，通过膨化使材料内部产生气孔，材料体积密度变小，耐冲击性增加。膨化技术广泛用于包装材料的制备上。在食品和饲料加工中，膨化可使食品和饲料的有特殊的口感。
膨化过程是物料在粘流状态时，在膨化剂蒸发气化产生的压力作用下膨胀而形成多孔状的结构的过程。在膨化过程中，膨胀的动力是气化的膨化剂产生的压力，根据通用气体公式，在一定体积的气泡内，体系的压力与气化温度和气体量有关。而气泡内的初始气体量则与体系的过热度和膨化剂的含量有关。随着膨化的进行，气泡内的气体会向周围环境中的空气会相互渗透。
膨化剂和空气的渗透受到两方面因素的影响1、膨化体系气泡内外的膨化剂气体和空气的分压；2、膨化剂气体和空气在膨化体系中的渗透系数。
在膨化初期，膨化体系内部膨化剂分压大于外部环境膨化剂的分压，膨化剂通过膨化物气泡壁向外渗透；而内部空气分压小于外部环境空气分压，空气通过膨化物气泡壁向内渗透。若气体向内渗透的速度和向外渗透的速度不相等，则气泡的压力会因此而变化。影响气泡压力的另外一个因素是温度，随着膨化的进行，膨化物的温度会随着膨化物对外的热传导、膨化剂的气化吸热等的进行而下降，因此，气泡内的压力变化是一个动态过程。在膨化物气体的内外分压不一致的时，由渗透引起的压力变化始终存在，当膨化体系处于粘流态时，此压力差可能容易对膨化和收缩产生显著影响。在通常情况下，膨化剂和空气在膨化物中的渗透性不一致，膨化剂往往比空气对膨化物有更高的通透性，因此，在正常情况下，即使稳定膨化物内的温度在膨化剂的沸点之上的某个点，膨化剂不发生冷凝，膨化物气泡内也可能由于不对称的渗透而产生负压。要控制渗透朝着有益的方向发展，有必要控制环境中的膨化剂气体的分压。
美国专利4486369，4469652，4247276提出了挤出物膨化过程中压力的控制，主要通过控制体系的真空度来促进膨化，但是没有控制膨化过程中周围环境气氛的气体组成而控制膨化的工艺专利和报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有膨化物在膨化过程中存在的问题，提供一种通过控制膨化环境中的膨化剂气体的浓度，达到控制体系的膨化和收缩目的的控制方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种膨化过程的控制方法，其通过控制膨化环境中膨化剂气体的浓度而达到控制膨化体系的膨化和收缩的目的。
在上述控制方法，在控制膨化环境中膨化剂气体的浓度的同时，还调节膨化环境的压力或温度。
在上述控制方法中，所述控制膨化环境中膨化剂气体的浓度是通过控制环境中膨化剂气体的散失或通过向膨化环境中引入膨化剂气体或通过向膨化环境中引入气体和限制环境中已挥发膨化剂气体的散失。
在上述控制方法中，所述控制膨化环境中膨化剂气体的浓度是将物料挤出后，直接引入有一定密封性的容器中，如半封闭容器。
在上述控制方法中，所述控制膨化环境的压力是将物料挤出后，直接引入固定体积的容器中。
在上述控制方法中，所述控制膨化环境的温度是将物料挤出后，直接引入保温容器中，容器内温度高于膨化剂的沸点即可。
在上述控制方法中，包括单纯调节膨化物膨化过程中周围气体的组成，也可以和膨化压力控制结合。也可以气体组成控制与温度控制结合，还可以气体组成控制与温度、压力同时调控。
本发明所采用的膨化装置包括挤压膨化、微波膨化，气流膨化、或者其它公知的膨化方法，或者是它们的组合。膨化剂气体浓度的调节包括使用人工调节、自然调节或者是它们的组合。
人工调节包括通过人工调节膨化物周围的膨化剂含量，达到控制挥发和其在膨化物气泡之间渗透速度的目的。膨化物周围气体的组成调整包括通过引入或者排除膨化物周围气氛中的空气和/或膨化剂气体。
膨化物气体组成调节设备包括一定密封性能的容器或者管道或者其它任何可以全部或者部分限制膨化物周围膨化剂气体自由扩散的装置。
膨化物周围气体的组成在整个膨化段可以是均一的，也可以是分段控制的，也可以是其它任何需要的方式。
气体浓度调节中包括采用空气，膨化剂气体，或者是其他在操作温度下为气体的物质。
控制环境中膨化剂的含量可以采用一个控制膨化剂散发的有一定密封性的装置。此装置可以是由同时具有其它功能的装置改进而成，除了控制膨化物膨化环境中气体组成外，还可以控制温度。
膨化物环境的气氛组成还可以通过在膨化物周围引入一定的组成的气体，该气体可以是含有一定膨化剂的空气，或者是其他气体，或者是它们的混合物。为了高效地应用此气体，可以使用一定的装置循环使用引入的气体，并根据需要控制该气体的温度和/或组成和/或压力。
在挤压膨化过程中，物料的加热是在机筒进行的，膨化剂的气化和向外渗透在其离开口模后开始。在微波膨化中，物料的加热是在开口环境中进行的，膨化剂的气化和向外渗透在加热的时候就开始了，因此，膨化剂的气化控制对于微波膨化更为重要。在真空膨化中，体系的压力调节至自然压力，此时气体向膨化物内的扩散也影响体系的收缩程度。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果本发明通过控制膨化环境中的膨化剂气体的浓度，达到控制体系的膨化和收缩，使得渗透朝着有益的方向发展，得到高质量的产品。
具体实施例方式
比较例1普通玉米淀粉79％(重量分数，下同)，水20.5％，滑石粉0.5％，混合均匀造粒后加入同向转动的双螺杆挤出机挤出膨化，温度分布80℃-120℃-150℃-150℃。螺杆长度70mm。螺杆转速120rpm，口模直径4mm。环境温度25℃，环境湿度70％。淀粉挤出后，用一托盘收集，自然冷却和干燥。干燥后，测定膨化度，气泡密度的采用横切面的单位平方厘米的气泡数目表示。
比较例2普通玉米淀粉75％(重量分数，下同)，水24.5％，滑石粉0.5％，混合均匀造粒后加入同向转动的双螺杆挤出机挤出膨化，温度分布80℃-120℃-150℃-150℃。螺杆长度70mm。螺杆转速120rpm，口模直径4mm，环境温度25℃，湿度70％。淀粉挤出后，用一托盘收集，自然冷却和干燥。
比较例3普通玉米淀粉70％(重量分数，下同)，水29.5％，滑石粉0.5％，混合均匀造粒后加入同向转动的双螺杆挤出机挤出膨化，温度分布80℃-120℃-150℃-150℃。螺杆长度70mm。螺杆转速120rpm，口模直径4mm。环境温度25℃，湿度70％。淀粉挤出后，用一托盘收集，自然冷却和干燥。
实施例1挤压条件同比较例1。物料挤出后，直接引入一体积为20L的半封闭容器中，待膨化物自然冷却干燥后，测定膨化物膨化度和膨化物气泡数密度。
实施例2实施条件同比较例1。物料挤出后，引入一半封闭保温容器中，控制容器内温度在110℃，待膨化物干燥后，冷却，测定膨化物的膨化度和气泡数密度。
实施例3实施条件同比较例2。物料挤出后，直接引入一体积为20L的半封闭容器中，待膨化物自然冷却干燥后，测定膨化物膨化度和膨化物气泡数密度。
实施例4实施条件同比较例2。物料挤出后，引入一半封闭保温容器中，控制容器内温度在110℃，待膨化物干燥后，冷却，测定膨化物的膨化度和气泡数密度。
实施例5实施条件同比较例3。物料挤出后，直接引入一体积为20L的半封闭容器中，待膨化物自然冷却干燥后，测定膨化物膨化度和膨化物气泡数密度。
实施例6
实施条件同比较例3。物料挤出后，引入一半封闭保温容器中，控制容器内温度在110℃，待膨化物干燥后，冷却，测定膨化物的膨化度和气泡数密度。
表1、不同膨化条件对淀粉膨化的影响
表1的数据表明，在材料挤出后，控制膨化环境的气氛，可以提高膨化物的膨化度。
权利要求
1.一种膨化过程的控制方法，其特征是通过控制物料在膨化环境中膨化剂气体的浓度。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在控制膨化环境中膨化剂气体的浓度的同时，还控制膨化环境的压力或温度或同时控制压力和温度。
3.如权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，所述控制物料在膨化环境中膨化剂气体的浓度是通过控制环境中膨化剂气体的散失或通过向膨化环境中引入膨化剂气体或通过向膨化环境中引入气体和限制环境中已挥发膨化剂气体的散失。
4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述控制物料在膨化环境中膨化剂气体的浓度是将物料膨化后，直接引入有密封性的容器中。
5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述密封性的容器为半封闭容器。
6.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述控制膨化环境的压力是将物料膨化后直接引入固定体积的容器中。
7.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述控制膨化环境的温度是将物料膨化后，直接引入保温容器中，保温容器内温度高于膨化剂的沸点。
全文摘要
本发明公开了一种膨化过程的控制方法，其通过控制物料在膨化环境中膨化剂气体的浓度而达到控制膨化体系的膨化和收缩的目的，使得渗透朝着有益的方向发展，得到高质量的产品。
文档编号A23P1/14GK1923062SQ20061012208
公开日2007年3月7日 申请日期2006年9月12日 优先权日2006年9月12日
发明者周家华 申请人:华南农业大学