فصل ۸: واحدهای صنعتی اختلاط و کاهش اندازه ذرات

۱. تیتر

اصول اختلاط، انواع مخلوط‌کن‌ها، اصول کاهش اندازه ذرات، تجهیزات و کاربرد در صنایع غذایی

۲. محتوا

این فصل به دو عملیات واحد مهم می‌پردازد: اختلاط (Mixing) برای ترکیب یکنواخت مواد و کاهش اندازه ذرات (Size Reduction) برای تغییر خصوصیات فیزیکی مواد.

۲.۱. اختلاط (Mixing)

• هدف: ایجاد همگنی در مخلوط مایعات، جامدات در مایعات، گازها در مایعات یا گازها در گازها.
• انواع اختلاط:
• مایع در مایع:
• لایه ای (Laminar Flow): برای مایعات با ویسکوزیته بالا؛ حرکت منظم.
• آشفته (Turbulent Flow): برای مایعات با ویسکوزیته کم؛ حرکت نامنظم و سریع.
• جامد در مایع: ایجاد سوسپانسیون یا پراکنده کردن ذرات.
• گاز در مایع: حل کردن گاز در مایع (مانند کربناسیون نوشابه).
• انواع مخلوط‌کن‌ها (Mixers):
• میکسر پره‌ای (Paddle Mixers): برای مواد با ویسکوزیته بالا.
• میکسر ملخی (Propeller Mixers): برای مایعات کم‌ویسکوزته؛ ایجاد جریان محوری.
• میکسر توربینی (Turbine Mixers): برای جریان‌های آشفته، کاربرد وسیع.
• میکسر هلیکال (Helical Mixers): برای ویسکوزیته‌های بسیار بالا.
• میکسر هوایی (Air Mixers): برای جلوگیری از رسوب‌گذاری یا هموژنیزاسیون.

۲.۲. کاهش اندازه ذرات (Size Reduction)

• هدف: افزایش سطح تماس، بهبود خواص رئولوژیکی، تسهیل فرآیندهای بعدی (استخراج، اختلاط، هضم).
• انواع روش‌ها:
• خرد کردن (Crushing): جداسازی قطعات بزرگتر.
• آسیاب کردن (Grinding): کاهش اندازه ذرات ریز.
• هموژنیزاسیون (Homogenization): کاهش شدید اندازه ذرات و پراکنده کردن یکنواخت (مانند شیر).
• برش (Cutting): با تیغه‌ها (مانند خردکن‌ها).
• انواع تجهیزات:
• آسیاب چکشی (Hammer Mill): با ضربات چکشی.
• آسیاب گلوله‌ای (Ball Mill): با غلتیدن گلوله‌ها.
• آسیاب غلتکی (Roller Mill): برای مواد نرم (مانند شکلات).
• هموژنایزرهای فشار بالا: عبور مایع با فشار زیاد از یک شکاف باریک.
• کاتر (Cutter): با تیغه‌های چرخان سریع.

۲.۳. کاربردها در صنایع غذایی

• نان و شیرینی: آرد کردن غلات، مخلوط کردن مواد اولیه.
• نوشیدنی‌ها: کربناسیون، هموژنیزاسیون شیر، مخلوط کردن طعم‌دهنده‌ها.
• محصولات گوشتی: خرد کردن و مخلوط کردن مواد.
• سس‌ها و چاشنی‌ها: هموژنیزاسیون برای پایداری.
• شکلات: آسیاب و مخلوط کردن مواد.

۳. مثال

هموژنیزاسیون شیر:

شیر با فشار بالا (مثلاً ۱۵۰-۲۰۰ بار) از یک شکاف بسیار باریک عبور داده می‌شود. نیروی برشی شدید باعث خرد شدن ذرات چربی و پراکنده شدن یکنواخت آن‌ها در فاز آبکی شیر می‌شود. این کار از جدا شدن چربی (خامه بستن) جلوگیری کرده و بافت لطیف‌تری به شیر می‌دهد.

۴. تمرین پایان فصل

۱. تفاوت اختلاط لایه‌ای و آشفته را توضیح دهید.

۲. چهار عامل مؤثر بر طراحی یک مخلوط‌کن را نام ببرید.

۳. مکانیزم هموژنیزاسیون چیست؟

۴. چرا کاهش اندازه ذرات در تولید شکلات یا پودر قهوه اهمیت دارد؟

۵. نکات کلیدی

• اختلاط برای دستیابی به یکنواختی و کیفیت محصول ضروری است.
• کاهش اندازه ذرات سطح تماس را افزایش داده و خواص محصول را بهبود می‌بخشد.
• انتخاب تجهیزات مناسب به خواص مواد (ویسکوزیته، جامدات) و هدف فرآیند بستگی دارد.