大豆蛋白液喷涂系统及雾化规律的研究

摘要

近年来，随着人们生活品质的提升，产品的包装越来越受到人们的重视，特别是食品的包装。但目前应用于食品的包装材料大部分是石油基包装材料，存在难以自然降解、不可回收等诸多问题，加上我国人口众多、对包装材料的消耗量相对较大，不仅加大了石油等不可再生能源的消耗，而且对人们赖以生存的环境造成严重的污染。为此国家提倡加大绿色环保、可食包装材料的研发及应用，蔬菜纸因具有原料来源丰富、可自然降解可再生等诸多优点，具有很好地实用价值。但纯蔬菜纸因不具有热封性能无法直接作为包装材料使用，本课题科研团队提出了以纯蔬菜纸为基材进行大豆蛋白液喷涂覆膜制备大豆蛋白膜-蔬菜复合纸，使具备热封性能。在蔬菜复合纸制备过程中喷雾系统的选择及大豆蛋白液喷涂雾化规律对蔬菜复合纸质量有重要影响，本文在天津市自然科学基金重点项目“大豆蛋白液流变学特性及其雾化规律的研究”的支持下，针对大豆蛋白液具有高粘稠度的特点，研究了专用大豆蛋白液喷涂雾化系统，并对大豆蛋白液雾化规律进行测量分析。
　　本文首先根据蔬菜复合纸喷涂覆膜的工艺要求及设备环境，选择扇形电子脉冲喷涂雾化型喷嘴，其能在低耗气率下雾化高粘度液体且雾化质量较好。对喷涂系统中控制器工作原理、PWM流量调节技术以及喷涂参数PID闭环反馈调节技术进行了简单介绍。其次，对大豆蛋白液喷涂雾化粒度场进行了测量，并分析了不同喷涂参数对大豆蛋白液喷涂雾化颗粒粒度分布的影响。实验采用了5种不同粘度的大豆蛋白液作为喷涂基液，利用天津大学研制的L-Ⅲ激光粒度仪测量不同喷涂气压、喷涂液压大豆蛋白液喷涂雾化场中雾化颗粒的索特平均直径分布（SMD），并对实验结果进行分析对比。研究表明：对大豆蛋白液喷涂雾化场轴向距离30cm、径向距离0cm处，随着喷涂气压的增大，大豆蛋白液喷涂雾化颗粒粒径呈减小趋势，其他参数不变，喷涂气压从0.12MPa增加到0.20MPa时，大豆蛋白液喷涂雾化颗粒的索特平均直径（SMD）从40.44μm减小到28.02μm，随着喷涂气压的进一步增大，雾化颗粒的索特平均直径（SMD）变化相对缓慢；随着喷涂液压的增大，大豆蛋白液喷涂雾化颗粒的索特平均直径先有较为明显增大趋势然后趋于稳定，喷涂气压0.20MPa，喷涂液压分别为0.12MPa、0.16MPa、0.20MPa、0.24MPa时，喷涂雾化颗粒的索特平均直径（SMD）为22.86μm、27.57μm、28.02μm、28.92μm；当喷涂参数一定时，随着大豆蛋白液粘度的增大，喷涂雾化颗粒的索特平均直径呈减小趋势；大豆蛋白液粘度、喷涂参数相同时，在喷涂雾化场中，随着轴向距离的增加，雾化颗粒的索特平均直径呈现减小趋势，且减小速率先急后缓；随着径向距离的增加，雾化颗粒的索特平均直径也是呈现减小趋势。最后，对大豆蛋白液喷涂雾化颗粒速度场进行测量。利用高速摄像机采集不同喷涂气压、喷涂液压、喷涂流量等喷涂参数下的大豆蛋白液喷涂雾化场图像，运用自编MATLAB数字图像互相关程序，获得大豆蛋白液喷涂雾化场速度矢量图。运算结果表明，大豆蛋白液喷涂雾化颗粒速度随着喷涂气压的增大呈现先减小后增大的趋势，而随着喷涂流量的增加呈先增大后减小的趋势，喷涂液压增加时喷涂雾化颗粒有明显的增大趋势。在相同的喷涂参数下，喷嘴正下方30cm处喷涂雾化颗粒速度较喷嘴正下方10cm处偏小，而且受喷涂参数改变的影响较小，主要是在喷涂雾化场中喷嘴正下方30cm处的大豆蛋白喷涂雾化颗粒受环境中空气阻力的影响较大。

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第一章 前 言

1.1 选题背景、依据及意义

1.2喷涂雾化系统国内外研究现状

1.3喷涂雾化规律的国内外研究动态

1.4本论文主要工作

第二章 大豆蛋白液喷涂雾化系统

2.1大豆蛋白液喷涂雾化系统要求

2.2喷嘴结构选择

2.3喷涂雾化参数控制方法

2.4喷涂系统其他部件选取

2.5本章小结

第三章 大豆蛋白液喷雾粒度场测量的试验研究

3.1 喷涂雾化粒度特性的评价指标

3.2喷雾粒度分布试验装置与方法

3.3试验结果对比与分析

3.4本章小结

第四章 大豆蛋白液喷雾速度场测量的试验研究

4.1流度测量方法

4.2喷雾速度场测量实验装置与方法

4.3试验结果对比与分析

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

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致谢