關鍵詞：操作參數；優化；統計模型；雙螺桿食品擠壓機；比容 雙螺桿擠壓機是一種高效的機械設備，能夠同時完成物料輸送、混合、剪切、殺菌、蒸煮、成型等多項食品加工中的單元操作，具有生產效率高、能耗低、產品質量好等優點，廣泛地應用于食品的擠壓膨化加工中。 雙螺桿擠壓機是一個多輸入、多輸出系統，擠壓加工受多種因素影響。目前有關雙螺桿擠壓機加工食品原料的擠壓理論還不完善，還沒有應用于雙螺桿食品擠壓機的精確的數學模型，很難從物料特性、擠壓機的結構參數和加工條件來預測擠壓機的工作情況和加工結果。近年來研究人員對擠壓加工過程進行了大量的仿真研究，這對于深入認識食品的擠壓加工過程和合理地確定擠壓機的結構參數和操作參數具有重要意義，但鑒于擠壓加工過程的復雜性以及仿真模型的過于簡化，仿真研究結果往往與實際加工結果有很大的誤差。目前，實驗研究在雙螺桿擠壓機的食品擠壓加工研究中仍然占有重要地位。 本文以玉米面為加工對象，通過實驗研究了螺桿轉速、機筒溫度和喂料速度對產品質量（以比容衡量）的影響規律，并建立了相應的統計模型，目的在于探索食品的擠壓加工機理，促進擠壓加工技術的發展。本文的研究對于雙螺桿擠壓機擠壓加工過程中操作參數的確定具有指導作用。 1 實驗部分 1.1 物料與實驗設備 實驗加工物料為玉米面，其水分含量為17%。 采用德國Brabender公司生產的全嚙合、同向旋轉DSE25型雙螺桿食品擠壓膨化機。該機的螺桿采用當今最流行的分段組合式，具有反向螺旋和剪切環。螺桿轉速、溫度、模口壓力、扭矩、供料速度等多項參數均可以曲線和數值的形式實時顯示在計算機屏幕上。 1.2 實驗設計 1.3 實驗參數的測定 2 結果與分析 2.1 實驗結果 實驗中針對每種配方取樣8次，分別測量比容值，然后取其平均值。實驗結果見表2。 2.2 結果分析 2.2.1 各因素對比容影響分析 1）機筒溫度對產品比容的影響。 圖1和圖2表明，隨著機筒溫度的升高，比容呈上升趨勢。 比容值的大小與物料擠出過程中，在機筒內的糊化程度有很大關系，當糊化度增大時，產品的比容增大。機筒溫度升高，物料在擠出過程中吸收的熱量多，有利于促進淀粉的糊化，所以隨著機筒溫度的升高，比容呈上升趨勢。另外，溫度升高能夠加快物料的熔融過程和提高物料的熔融程度，在螺桿的攪拌、剪切作用下，物料中的淀粉顆粒容易被破壞，機械強度降低，容易被膨化。但是，不能隨意地增大溫度，因為溫度過高會使物料“焦化”，影響產品質量，并且當溫度過高時，物料中的蛋白質會發生“美拉德”反應，造成營養成分的損失。根據筆者的經驗，對于玉米面的擠壓膨化來說，溫度不宜超過185℃。 2）供料速度對產品比容的影響。 在螺桿轉速不變的情況下，供料速度增大會使機筒內物料的填充程度得到提高，物料所受剪切和摩擦作用加強，有利于淀粉顆粒的破壞，提高膨化程度。另外，供料速度增大時，模口處形成的壓力增加，與模口外大氣壓之間的壓差增大，物料從模口處擠出時膨化程度增大。但是，供料速度進一步增大會使物料在機筒內攪拌不均勻，造成物料從機筒處吸收熱量的不均，以至于淀粉糊化和熔融程度不相同，在擠出物中存在“硬質團”，影響膨化程度和口感。圖1和圖3表明了供料速度對比容的影響情況。 3）螺桿轉速對產品比容的影響。 螺桿轉速對比容的影響較復雜。當螺桿轉速較小時，物料的停留時間延長，有利于從機筒吸收熱量，促進淀粉的糊化。但是，此時螺桿對物料的剪切作用小，物料中淀粉顆粒的破壞程度不夠，擠出的產品僵硬干癟，比容小。隨著螺桿轉速的增大，物料所受剪切和摩擦作用增強，但由于物料在機筒內停留時間減小，影響其吸收熱量，會減小淀粉的糊化度，造成擠出的產品比容小，膨化效果不好。所以，加工過程中螺桿轉速不宜過高或過低。圖2、3表明了螺桿轉速對比容的影響情況。 3 結語 本文對雙螺桿擠壓機的螺桿轉速、機筒溫度、供料速度對產品比容的影響進行了研究，得出以下結論： （1）各因素對目標函數的影響較復雜，各因素除單獨作用外，其交互作用也對比容產生影響。 （2）隨著機筒溫度的升高，產品比容呈上升趨勢，但過高的溫度會使物料產生“焦化”；螺桿轉速和供料速度對比容的影響較復雜，與比容之間呈非線性關系。