如今商品化社會競爭日益激烈，在利益驅(qū)使下，奶粉安全事件的頻繁發(fā)生，對奶粉的選擇尤為的謹(jǐn)慎；奶粉中一定的水分含量可保持食品品質(zhì)，大大延長食品的保質(zhì)期。原料（如全脂牛奶、脫脂牛奶）的變化以及加工工藝的變化導(dǎo)致了奶粉成品種類繁多。奶粉成品包括嬰兒配方奶粉、脫脂奶粉、酪蛋白粉、乳清蛋白粉和乳糖粉。本文介紹并討論了測定Warren Spring內(nèi)聚強(qiáng)度和奶粉粉壁摩擦角的方法。測量采用Anton Paar模塊化緊湊型流變儀進(jìn)行。
由于奶粉具有黏性，當(dāng)奶粉從噴霧干燥塔或容器中排除時(shí)，常常會出現(xiàn)問題，出現(xiàn)不希望出現(xiàn)的拱橋效應(yīng)或鼠洞。黏性對于最終的干燥步驟也是至關(guān)重要的，因?yàn)樗鼤绊懥鲃有�，從而影響奶粉粉體流化態(tài)所需的能量。
Anton Paar的粉體流化單元能夠進(jìn)行不同的測量，適用于質(zhì)量控制和研究，用以預(yù)測上述問題。
測量系統(tǒng)
圖2：帶有暴露支撐板（WESP）流變儀和裝有粉體樣品的粉體流化單元
測量采用Anton Paar的模塊化緊湊型流變儀（MCR） 和粉體流化單元來進(jìn)行。圖2為安裝了粉體流化單元的MCR流變儀，填充了粉體的粉體流化單元的測量玻璃為涂有氧化銦錫的硼硅酸鹽玻璃。
圖3：Schematic view of the Warren Spring measuring geometry
用Warren Spring內(nèi)聚強(qiáng)度來表征流化特性，即黏接的粉體開始流動的點(diǎn) 。樣品制備通過透氣活塞進(jìn)行， 這確保了此方法的重現(xiàn)性�；钊捎靡�(guī)定的法向應(yīng)力（這里為9kPa）壓縮粉體樣品。如圖3
圖4：法向力和剪切應(yīng)力關(guān)系曲線中計(jì)算壁摩擦角
壁摩擦角在很大程度上決定了粉末是否能夠均勻地從料斗中排出。如圖7所示，可以預(yù)測兩種不同的流動模型
核心流：材料被夾持在料斗的壁上，只有位于容器中心處的材料容易排出，這是有問題的，因?yàn)樗斐闪耸紫冗M(jìn)去的料最后被排出來。因此，不同批次的粉體混合不均勻。
質(zhì)量流：粉體樣品均勻排出。這是理想的粉體流動模型。
圖5：9 kPa 的固結(jié)應(yīng)力下，脫脂奶粉和嬰兒奶粉Warren Spring內(nèi)聚強(qiáng)度
圖5為Warren Spring內(nèi)聚強(qiáng)度的測量結(jié)果。剪切前用9kPa壓縮樣品嬰兒配方奶粉的Warren Spring內(nèi)聚強(qiáng)度平均值為5.72±0.24Pa，脫脂奶粉的Warren Spring內(nèi)聚強(qiáng)度平均值為2.24±0.05Pa.嬰兒配方奶粉的內(nèi)聚強(qiáng)度遠(yuǎn)高于脫脂奶粉，說明和脫脂奶粉相比，如果讓嬰兒配方奶粉流動需要更大的力。
壁摩擦角
圖6：9 kPa 的法向力下，使用涂有聚四氟乙烯涂層的測量系統(tǒng)測量嬰兒奶粉和脫脂奶粉的壁摩擦角
圖6顯示了壁摩擦角測量的結(jié)果。結(jié)果為法向力為9kPa（未顯示3和6kPa）的嬰兒配方奶粉和脫脂奶粉，使用涂有聚四氟乙烯的測量系統(tǒng)。壁摩擦角越大，壁面摩擦越大。脫脂奶粉的扭矩明顯高于嬰兒配方奶粉，說明脫脂奶粉的壁摩擦力較大。總的來說，根據(jù)圖6所示的結(jié)果，與脫脂奶粉相比，嬰兒奶粉的壁摩擦角更小。
這是由于兩種表面的粗糙度和化學(xué)成分不同造成的，此次測量使用的不銹鋼表面測量系統(tǒng)的表面粗糙度為2.26μm，而PTFE是一種大多數(shù)物質(zhì)不會黏附在他表面的氟化聚合物，他的表面還是非常光滑的。如圖7所示，測得的壁摩擦角和漏斗角可用于預(yù)測給定粉體的質(zhì)量流和核心流。
圖7：質(zhì)量流/核心流的壁摩擦角和漏斗角示意圖
Anton Paar的粉體流化單元能夠?qū)δ谭鄣奶匦赃M(jìn)行不同的流變測量。Warren Spring內(nèi)聚強(qiáng)度可以作為粉體流動性能的一種判斷方法，因而可以用于粉體的質(zhì)量控制。壁摩擦角可根據(jù)不同材料來確定。在這里，我們發(fā)現(xiàn)嬰兒配方奶粉比脫脂奶粉具有更大的內(nèi)聚強(qiáng)度，因此更難流動。這可能會影響一些干燥步驟和/或氣動輸送能力的計(jì)算。相反，嬰兒配方奶粉顯示出比脫脂奶粉更低的壁摩擦角，因此能夠更均勻的從儲罐或漏斗中排出。這些差異可歸因于樣品的生化成分。蛋白質(zhì)含量的定量和定性變化可能起主要作用。此篇文章的研究結(jié)果可用于優(yōu)化奶粉生產(chǎn)的生產(chǎn)工藝、運(yùn)輸和存儲工藝。
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