基于豆蛋白隔离流量属性的双螺杆挤压机冷却模具的配置设计和数值模拟研究

科学领域:

• 食品科学与技术 食品科学与技术
• 材料科学 材料科学 材料科学
• 化学工程是化学工程的重要组成部分.

背景情况:

• 植物性肉类替代品需要改进的纹理和纤维结构,以便消费者接受.
• 蛋白质挤出是创建类似肉质的纹理的关键过程,但控制结构仍然具有挑战性.

研究的目的:

• 开发和评估优化的冷却模具配置,以改善蛋白质挤出物中的纤维结构.
• 为了研究模具几何和冷却通道设计对豆蛋白分离物 (PPI) 挤出的影响.

主要方法:

• 通过数值模拟,分析了六种不同截面形状和流通道布局的冷却模具设计.
• 描述了豆蛋白分离物 (PPI) 的物理特性,包括其剪切稀释行为和粘度随温度变化的特性.
• 评估了关键性能指标,如温度差异,传热系数,粘度比率和剪切率.

主要成果:

• 豆蛋白分离物 (PPI) 显示出显著的剪切稀释行为,随着温度从35°C上升到135°C,粘度下降超过85%.
• 矩形输出口与蛇形冷却通道相结合,产生了最佳性能,实现了12.4°C的中心至墙壁温度差和35%更高的传热系数.
• 这种最佳设计导致了更高的墙壁对中心粘度比率 (7.4) 和最大的墙壁切割率 (3.42 s-1),促进了更好的纤维对齐.

结论:

• 带有蛇形通道的优化矩形模具有效地提高了从中心到墙壁的温度和剪切梯度,这对于改善纤维形成至关重要.
• 这种配置为控制植物性肉类生产中的纤维对齐和纹理提供了一种实用且理论上有基础的方法.
• 这些发现为设计先进的挤出模具提供了宝贵的见解,以满足对高质量的植物性肉类替代品日益增长的需求.