一种适用于颗粒状食品物料的连续膨化装置的制作方法

本实用新型属于食品机械领域，具体是涉及一种适用于颗粒状食品物料的连续膨化装置。

背景技术：

“物料膨化”作为食品加工领域的一项单元操作，是一个热能转变为使物料变形的机械能的过程，用于食品加工由来已久。例如爆米花即是人们日常比较喜欢的小食品。从食品加工技术角度，传统谷物以及晚近出现的挤压成型的再造米，均可通过这类加工获得膨化的性状，从而在口感风味或复水性方面得到改良。

目前，食品物料的膨化采用的是“气流膨化”技术，老式爆米花机是其典型代表，也是工业化膨化机的原型。爆米花机实际上是压力容器，加工原料(一般为玉米、大米、蚕豆、黄米等常见谷物)放入机内，盖好机盖并用加力杆和加力管共同用力，旋转机头螺杆对机盖加压以利密封腔体，同时将机体的大弯头与机盖的小弯头紧密结合固定。将爆米花机架到支架上，下方用较旺炉火加热，同时通过转动爆米花机(小型设备采用手摇转动，也可借助机械设施实现)，使机内原料均匀受热并软化。由于受热，机内压强慢慢升高，达到所需压强时(不同原料需要的压强不同)停止加热，将爆米花机扭向一侧，机口用诸如麻袋之类的接收物罩住，借助加力管(套在小弯头上) 用力扳动小弯头，使之与大弯头的搭扣松脱，这样在机内压力的作用下，机盖打开，机内的高温高压气体连同加工原料一起喷射出来。喷射过程中，由于外界的压强迅速下降，使得谷物内部气体向外迅速扩张，由此谷物便被爆开了，成为即食膨化物。继续装料封盖，如法炮制，既是一种间歇式膨化生产方式，也是早期的街边谋生手段。

现代食品工厂使用的“气流膨化机”，依然是利用了与老式爆米花机相同的膨化原理，仅仅是对操作设施进行了改进以适应工业化生产，如：体型及单批次产量更大、由煤炉加热改为燃气加热、由手摇转动改为电力驱动等。

现代工业技术，以自动化为特征，而自动化又以连续化为前提。当我们以现代视角进行审视时，“气流膨化机”作为一种间歇式操作的设备，显得过于“古老”了。首先，这种传统的以火焰(煤火或燃气)加热锅体间接加热物料的方式能源利用率较低；第二，间歇式操作意味着较多的人工辅助工作，从而使人工成本增加；第三，人工辅助工作较多往往是产品品质的隐患；第四，操作的环境存在烘烤的灼热和每次开启机盖时的巨大噪音对人体的伤害已是不争事实。

所以，消除以上弊病，实现颗粒状食品物料膨化这一单元操作的连续化、自动化，亦即其现代化，是研发本实用新型的初衷。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题在于提供一种适用于颗粒状食品物料的连续膨化装置，利用风机、空气加热器及旋风分离器的组合，构建一个提供热风高温环境的系统，使食品物料进入后即被短时高温加热而引发内部水份汽化进而实现膨化，并实现膨化过程的连续工业化。

本实用新型提供一种适用于颗粒状食品物料的连续膨化装置，该装置包括依序连接的风机、空气加热器、配有喂料器的进料段和旋风分离器；其中，所述风机的出风口与空气加热器的进气口连通；所述进料段的两端分别通过管道与空气加热器的热风出口和旋风分离器的物料入口连通，且形成楔形风道，使热风通过时形成负压区域，该负压区域的管道壁上还设有喂料口，其通过料斗与喂料器相匹配；所述旋风分离器具有物料出口和热风出口并能实现物料与热风分离。

本实用新型的连续膨化装置，所述空气加热器与进料段之间的连接管道上还设置有温湿度监控元件，其能显示和监控从空气加热器送出并进入进料段的热风温度和湿度。

本实用新型的连续膨化装置，其特征在于，所述喂料器选自具有物料预热功能的震动给料器、螺旋给料器或带式给料器等。

进一步地，例如，所述喂料器包括微波隧道式喂料机和流化床喂料机等。

本实用新型的连续膨化装置，所述旋风分离器物料出口设置有关风器。

本实用新型的连续膨化装置，所述风机为离心式风机。具体地，由于是处理热风，最好选用“耐高温隔热型”风机。

进一步地，所述风机为风压大于500Pa的离心式风机，利于实现吹拂物料颗粒的风速大于物料颗粒的悬浮速度。

一个具体实施方案中。本实用新型提供的用于颗粒状食品物料的连续膨化装置，还包括有轧片机构，其具有至少二个能相向转动的轧辊且轧辊间隙可调，所述轧片机构设于旋风分离器物料出口处，能对来自旋风分离器物料出口的已膨化物料进行辊轧处理。

一个具体实施方案中，本实用新型的连续膨化装置的旋风分离器的热风出口与所述风机的进风口导通，并设置有风量调节阀。该风量调节阀能够根据需要控制经旋风分离器逸出的热风与新鲜空气进入风机的比例。

根据本实用新型的适用于颗粒状食品物料的连续膨化装置，所述颗粒状食品物料可以为谷物颗粒或再造颗粒状食品物料等颗粒物料。

本实用新型所适用的颗粒状食品物料，应当理解为具有适当粒度的食品物料，而对物料粒度的具体尺寸没有特别限制和要求，即，可以是例如完整的谷物颗粒(各种米粒、豆类等)，也可以谷物经过简单破碎的颗粒；当然，再造颗粒状食物原料，例如各类再造米等，其颗粒粒度的理解也是同样的。

本实用新型的连续膨化装置，利用了风机、空气加热器以及旋风分离器的科学组合，以及进料段的“楔形风道”设置，来自空气加热器的热风通过该楔形风道时，实际上是经过了一段由小变大的通道(楔形风道)，热风从截面积小的一端向截面积大的一端流动，并由于空气动力学的原理而产生负压，使该区域成为负压区，通过开设的喂料口，可以将由喂料器连续定量地投入的颗粒状食品物料吸入进料段中，并以“气力输送”方式使物料在热风裹挟下悬浮运动，进入旋风分离器进行气固分离，物料在这一过程中吸收热量并产生膨化。与传统膨化技术采用的“缓慢加热-突然释放”的工艺模式不同，本实用新型的提出是基于“高温短时”工艺模式，物料经过本实用新型装置加工排出时即成为膨化产物，本实用新型装置实现连续膨化所依据的基本原理为：使颗粒物料通过开设于进料段楔形区域的喂料口被吸入，物料与来自空气加热器的热风相遇而呈悬浮状态一起运动，进入旋风分离器并被分离，从关风器排出。在这一过程中颗粒物料与热风进行强烈而均匀的热交换，从而在这一较短的短时间内达到较高温度，物料水份来不及干燥蒸发而在内部汽化，形成众多气泡，使物料得以膨化。

将旋风分离器的热风出口与所述风机的进风口导通，热风则从旋风分离器上部的排风口逸出，并通过调节阀可部分地返回系统参与循环，既节省能耗，也利于调节热风湿度。利用本实用新型的膨化装置，运行过程能使热风在悬浮状态的物料颗粒表面高速掠过，实现热交换过程均匀而强烈，使吸入进料段的物料颗粒短时内被加热，对于“物料膨化”这种特殊的工艺目的而言，实施效果显示相比于传统工艺，这种“高温短时”加热模式更加合理。

针对不同的应用场合，对物料的最终膨化形态也有一系列细化的指标。例如：宏观的膨化度和微观的气泡大小、形状及密度等。本实用新型中，在旋风分离器的物料出口处还设置轧片机构，可以对刚排出的、尚处于湿热状态膨化颗粒进行辊轧处理，从而精确控制其最终的膨化度。膨化后的颗粒物料经轧辊的辊轧处理，会因颗粒中的球形气泡压扁而成盘状，从而在保持气泡原有数量的同时，减小了颗粒的宏观膨化度。这种性状往往具有价值。例如，对复水型方便米饭而言，这意味着较短的复水时间和较大的沉降率(沉降率太小会造成米粒漂浮遮挡注水线，影响定量加水的操作)，利于提升复水效果。

综上，本实用新型提供了一种适用于颗粒状食品物料的连续膨化装置， 通过风机、空气加热器及旋风分离器的组合，构建一个提供热风高温环境的 系统，结合喂料器与进料段及楔形风道设置，确保颗粒物料能以悬浮状态与 热气流进行充分而均匀的热交换，且食品物料能控制实现短时高温加热，即 实现“高温短时”模式，配合轧片机构的设置，更利于精确控制其最终的膨 化度。并且，本实用新型提供的是一种能够以连续化方式工作的装置，产业 化应用具有节约能源、易于实现自动化的优势，并且消除了传统膨化机对人 体的噪音伤害，对于实现膨化过程的连续工业化具有显著的实用价值。

附图说明

图1是本实用新型的连续膨化装置一种实施例的示意图。

图2是本实用新型的连续膨化装置的另一种实施例的示意图。

图1中部件标号：

1-风机；2-空气加热器；3-温湿度仪表；4-喂料口；5-进料段；6- 喂料器；7-旋风分离器；8-关风器；9-调节阀；10——轧片机构。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例详细说明本实用新型方案的设计及实现过程 和有益效果，以有助于阅读者更好地理解本实用新型的设计思路和实施方案， 但不应构成对本实用新型可实施范围的限定，在本实用新型说明书和权利要 求书描述范畴内的任何改变和修饰都应落入本实用新型权利要求定义的保护 范畴。

参考图1，为本实施例中颗粒状食品物料的连续膨化装置的示意图。如图 1所示，该装置中，作为送风机构的风机1的出风口与空气加热器2的进气口相连通，空气加热器的热风出口通过管道与进料段5连通，进料段5是设置于空气加热器2与旋风分离器7连通管道上的一段楔形风道，管道壁上还设有喂料口4，其通过料斗与喂料器6相匹配，楔形风道的设置以使热风通过时形成负压区域；所述旋风分离器7具有物料出口和热风出口并能实现物料与热风分离。

加工和膨化操作时，风机1送入的空气在空气加热器2中被加热后从热风出口进入进料段5的楔形风道，该进料段5沿管道的轴向切面呈楔形(所以也称楔形风道)，热风在此区域从截面积小的一端向截面积大的一端流动并由于空气动力学的原理而产生负压，可以将来自喂料器6的颗粒物料通过喂料口4吸入进料段5，并以“气力输送”方式使物料在热风裹挟下悬浮运动，进入旋风分离器7实现气固分离，分别从上部的热气出口和下端的物料排放口排出旋风分离器。在这一过程中颗粒物料与热风进行强烈而均匀的热交换，从而在这一较短的短时间内达到较高温度，并实现气固分离，物料水份来不及干燥蒸发而在内部汽化，形成众多气泡，吸收热量并产生膨化，膨化产物最终经物料排放口被排出。

参考图1，本实施例的膨化装置的一个实施例中，空气加热器2与进料段 5之间的连接管道上还设置有温湿度监测仪表3，用来显示和监控从空气加热器2送出并进入进料段5的热风温度和湿度。该温湿度监测仪表3是系统热风的温度、湿度显示及自动控制元件，为热风输送和控制操作中常规和标准元器件，检测并处理热风系统的温度和湿度参数，反馈给空气加热器，从而在工作中可以根据加工物料的特性调节控制热风的温度和湿度。

本实施例的连续膨化装置，风机1为系统的风力来源，为满足对各类颗粒物提供的风力悬浮速度要求，推荐选用风压大于500Pa的离心式风机；由于是处理热风，所以风机最好选用“耐高温隔热型”。

风机1送进的气体经过空气加热器2成为设定温度的热风，该空气加热器2的具体参数和性能选择应考虑加工物料的特性，例如，谷物颗粒膨化所需热风温度一般在120～350摄氏度之间，所以相应的加热元件应选用可耐较高温度的“干烧加热管”或电阻加热丝。

进料段5为膨化系统的物料投入区，参考图1，进料段5实际上是一段带有开口(喂料口4)的楔形管路，使热风流动过程产生的负压将投入的颗粒物料吸入进料段5，并以“气力输送”方式使物料在热风裹挟下悬浮运动，对于进料段5的楔形风道结构无特别限制，只要满足气动学要求及所加工物料的处置即可。

本实施例中，喂料器6是膨化系统的供料装置，用于将物料颗粒连续而均匀地定量投入进料段5的喂料口4。喂料器6的具体形式根据工况可能会有不同选择，但都属于本领域技术人员公知的内容，如可以是震动给料器或螺旋给料器、带式给料器等，且最好是具有预热功能。而对一些相对较难膨化的物料，例如：颗粒尺度较大的豆类、挤压成型的再造米等，则可以采用带有预热功能的喂料器，例如：微波隧道喂料机(带式给料器)、流化床喂料机(震动给料器)等。喂料器6可以是一个或多个，根据生产设计的需要进行组配，无论哪种喂料器，与本实用新型加热系统的连接均为常规手段，不做特别限制。

旋风分离器7为膨化系统中实现物料与热风分离的装置，上部是气体排放口，下端是颗粒物排放口，通常装设有关风器或类似功能的部件，以顺利排出物料。如图1中所示，本实施例的旋风分离器7的下端为关风器8用以排出经热风加热已经膨化的颗粒物料；如前述，成悬浮混合状的物料与热风进入旋风分离器7中，物料在重力作用下向底部沉降，当安装关风器8情况下，物料由不断旋转的关风器8排出，从而完成加热过程；而热风由旋风分离器7顶部的管道逸出，可由后续热利用设施取走。依然参考图1，本实施例中，旋风分离器7上端的热风出口与送风机构风机1的进风口导通，并设置有调节阀9。从旋风分离器7上端排出的热风被调节阀9分为两部分，一部分被导入风机1的进风口，继续参与循环；另一部分热风则可排入大气或另配取热设施加以利用。调节调节阀9即可以控制这两部分热风的比例，而这也就是控制进入风机1进风口的热风与新鲜空气的比例。

本实用新型的一个或多个实施例中，在旋风分离器7与风机1之间相导通并设置调节阀9，定量控制物料膨化同时分离出的热气流(热风)循环回系统的量，带来的好处至少有二方面：参与循环的热风因本身的热能利用而使系统能耗降低；另一方面，循环回来的热风会携带物料蒸发的水分，也可调整加热系统热风的湿度。具有一定湿度的热风在与物料接触发生热交换时，能够抑制物料表面水分的蒸发，从而减少温度损失，并使更多的水分在物料内部参与汽化成泡，利于膨化。当然，系统中循环热风的湿度过大，将使膨化后的颗粒过于柔软，造成冷却后膨化气孔回弹收缩，降低最终的膨化率所以，需要通过风量调节元件来控制返回系统的热风用量。

参考图2是本实用新型的另一种实施例，在图1显示实施例的基础上，进一步设置了轧片机构10，在图2的实施例中，轧片机构10设置在旋风分离器的物料排放口处，可对由旋风分离器物料出口排出的已膨化物料进行辊轧处理，从而精确控制其最终的膨化度。轧片机构10的轧辊数量在两个或更多，每对轧辊的间隙可以在设定范围内进行调整；轧辊直径在10-1000毫米之间。膨化生产中，同时驱动轧片机构的每对轧辊相对转动，并根据加工物料的要求调节轧辊间隙和轧辊的转速，对来自旋风分离器的膨化物料进行辊轧处理。本实施例的轧片机构10可以是具有二个或四个轧辊(一对或两对轧辊)的辊轧机，每对轧辊的间隙可在0-20毫米范围内调节设定，轧辊转速可在0-10000rpm之间调控。

设置轧片机构和辊轧工序的作用是，膨化后的颗粒物料经调整至适当间隙的轧辊进行辊轧处理，会因颗粒中的球形气泡压扁而成盘状，从而在保持气泡原有数量的同时，减小了颗粒的宏观膨化度，从而能满足不同膨化产品的应用和加工需求。例如，对复水型方便米饭而言，这意味着较短的复水时间和较大的沉降率(沉降率太小会造成米粒漂浮遮挡注水线，影响定量加水的操作)。当然，根据加工物料的特点和需要，也可以设定较大的轧辊间隙而使膨化物料直接通过。

总之，采用本实施例的加热系统也即连续膨化装置，针对所加工物料的特性确定合适的工艺参数，可以得到满意的膨化产品。对于多数物料，例如谷物颗粒物料，系统运转起来后，操控喂料器6，使物料颗粒通过喂料口4 投入进料段5，开始与热风混合，到由旋风分离器7底部的关风器8排出，结合轧片机构10的辊轧处理，完成一个加热过程，用时很短暂，通常只有十秒钟左右，是典型的“高温短时”模式。除了前面阐述的优点，采用该装置对物料实施“高温短时”加工的一大好处，是可以减少食品物料中营养及风味物质等的对热敏感成份的损失。

操作中，一般要求热风的风速大于或等于颗粒物料的悬浮速度；热风温度(及湿度)应大于或等于物料的膨化温度；同时，物料在热风环境下的滞留时间应能保证其吸收足够的热量，可以结合物料种类和特性，通过实验摸索即可确定，并取得良好的膨化效果。

以下提供二个具体的工艺实施例。

工艺实施例1：膨化黄米

黄米又称黍、糜子。颗粒直径约2毫米，堆积容重0.9，其膨化产品为方便粥。

采用本实用新型实施例的颗粒状食品物料的连续膨化装置，结构参考图1 或图2及前述内容，主要参数为：

设计产量：10Kg/h。

风机1：功率1100W，风压1000Pa，流量2000立米/h(浙江台州银牛风机厂生产，型号：HY1.1KW)。

空气加热器2：10Kw。(北京元亨商业机械厂，KJ-4000)

进料段5口径：160mmx160mm。

旋风分离器7：D600xH1000(北京元亨商业机械厂，SKL-600)。

温湿度仪表3：温湿度控制仪(余姚长江电器厂，XMT-9007-8)，设定温度240摄氏度，湿度40％。

辊轧机10：轧辊间隙可调范围0-20毫米，辊径100，功率750W，开封美菱商机厂生产，型号JYN-GYJ-100C。

喂料器6形式：震动喂料器(北京元亨商业机械厂，LHC-100)。

操作过程：将黄米淘洗晾干，至水份为15％。启动风机1及空气加热器2，控制系统的温湿度至设定值，经震动喂料器6将黄米连续投入进料段5，膨化后的黄米由旋风分离器7下端关风器8连续排出。操控旋风分离器7上端的调节阀9，使部分热风被送入风机1实现循环。

膨化黄米从旋风分离器7的物料排放口排出旋即达到辊轧机10的轧辊间，轧辊间隙10毫米，收集从轧辊间隙直接通过的膨化黄米。

膨化黄米的堆积容重0.45，经辊轧处理呈略扁状颗粒。

取膨化黄米100克放入碗中，加89摄氏度热水300克冲泡，静置5分钟后品尝，口感香糯，与家常黄米粥相近。

工艺实施例2：挤压成型再造米膨化

挤压成型再造米以大米粉为原料，经螺杆挤出机熟化造粒。颗粒接近直径2.2毫米，长度7毫米的圆柱体。堆积容重0.8。其膨化产品为方便米饭。

设备及其参数与工艺实施例1相同，但温、湿度设定为：温度260摄氏度，湿度46％；喂料器6形式为流化床；辊轧机10的轧辊间隙1.7毫米，轧辊转速3000rpm。

操作过程：挤压造粒得到的再造米颗粒，其水份约25％，经干燥处理，水份为降为16％。由流化床将物料预热至110摄氏度，之后连续投入进料段5，膨化后的再造米由旋风分离器7下端的关风器8连续排出，经通过辊轧机 10的轧辊间隙。收集膨化后的膨化再造米，堆积容重0.5。

取膨化再造米100克放入碗中，加89摄氏度热水150克冲泡，静置5分钟后品尝，口感弹滑，与家蒸米饭相近。