人造奶油加工設備急冷機的結晶機理與工作原理

在人造奶油或起酥油的急冷工藝中，急冷機的過冷度直接影響油脂晶體的成核，生長及晶型轉化，過冷度是結晶溫度與熔點的差值，油脂成核需克服自由能屏障，為成核提供化學潛能，使體系產生有序結構，超過臨界尺寸r*，體系吉布斯自由能減少，形成晶核。根據熔融體系成核吉布斯自由能計算公式（式1）和成核臨界晶體的半徑計算公式（式2）可知，增加過冷度，成核自由能減少，晶核尺寸減小。晶體的生長主要受移除體系結晶釋放的熱量控制，晶體生長速率是過冷度的指數函數。結晶溫度也會影響油脂的同質多晶，較低溫度的急冷易形成α晶型，緩慢加熱熔化α晶體并保持一定的溫度，固化形成β晶型，類似方法處理β"晶型也可以得到β晶型。

Avrami方程（式3）中，增加過冷度，會增加t時刻的固體脂肪含量，k值增加，n值減小，成核趨于瞬時成核，晶體尺寸減小。通過以上的理論可知，過冷度對人造奶油的生產過程密切相關，此外冷卻速率會影響奶油的結晶過程，冷卻速率大，則形成大量的小晶體，而冷卻速率慢時，結晶的動力小，形成晶核的速度慢，晶體的熱穩定性大，不易熔化。刮板式急冷機的過冷度和冷卻速率可以通過控制刀片形式、刀軸間距、刀軸速率進行調節，我們研發的人造奶油刮板式急冷機如圖1所示，它的主要結構為：驅動電機經皮帶傳遞帶動主軸旋轉，主軸上的浮動刮刀在離心力的作用下連續不斷地刮削管狀熱交換筒的內壁。油脂從進料口輸入，經過管狀熱交換器，在高壓、冷卻、剪切三種狀態下迅速冷卻并使其微粒化，同時進一步乳化。循環熱水由熱水旋轉接頭進入旋轉主軸中心，再返回到熱水旋轉接頭出口，周而復始，保證主軸在一定的溫度下工作。