如今商品化社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈,，在利益驅(qū)使下,，奶粉安全事件的頻繁發(fā)生,，對(duì)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(zhǎng)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(cè)定Warren Spring內(nèi)聚強(qiáng)度和奶粉粉壁摩擦角的方法,。測(cè)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(huì)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(duì)于最終的干燥步驟也是至關(guān)重要的，因?yàn)樗鼤?huì)影響流動(dòng)性,，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(cè)量，適用于質(zhì)量控制和研究,，用以預(yù)測(cè)上述問題,。
測(cè)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(cè)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(cè)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(dòng)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,。活塞采用規(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(cè)兩種不同的流動(dòng)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(dòng)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(cè)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(dòng)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(cè)量系統(tǒng)測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量使用的不銹鋼表面測(cè)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(huì)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(cè)得的壁摩擦角和漏斗角可用于預(yù)測(cè)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(cè)量,。Warren Spring內(nèi)聚強(qiáng)度可以作為粉體流動(dòng)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(dòng),。這可能會(huì)影響一些干燥步驟和/或氣動(dòng)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(chǔ)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(chǔ)工藝,。
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