第二节　食品机械分类

由于食品工业原料和产品的品种繁多，加工工艺各异，因此食品企业的机械设备也是品种十分繁杂。我国目前尚未制定食品机械分类标准，各部门根据工作方便常有不同的分类方法。

一、按产品分类

食品加工专用机械按加工对象或生产品种不同可分为制糖机械、烟草加工机械、饮料加工机械、糕点加工机械、糖果加工机械、豆制品加工机械、果品加工机械、蔬菜加工机械、果蔬保鲜机械、屠宰机械、肉类加工机械、乳制品加工机械、蛋品加工机械、水产品加工机械、制盐机械、酿酒机械、调味品加工机械、油脂加工机械、罐头食品加工机械、方便食品加工机械、淀粉加工机械等。

二、按设备功能分类

原料处理机械：包括去杂、清洗、选别等各种机械设备。

粉碎和分切、分割机械：包括破碎、粉碎、研磨、分割、分切等机械设备。

混合机械：包括粉料混合和捏和机械设备。

分选机械：指粉料及块料的分选机械。

成型机械：如饼干、糕点、糖果的成型等。

多相分离机械：如过滤机、离心机等。

搅拌及均质机械：主要指液状物料的混合处理设备，也可包括胶体磨等。

蒸煮煎熬机械：包括蒸煮、杀菌、杀青、熬糖、煎炸等机械设备。

蒸发浓缩机械：升膜式和降膜式浓缩机械设备，单效和多效浓缩机械设备。

干燥机械设备：包括各种常压和真空干燥机械。按机器形式可分为箱式、隧道式、回转圆筒式、链带式、喷雾式、管道式、流化式等。按使用的热源可分为烟道气加热、燃油加热、可燃气加热、蒸汽加热、电加热、远红外加热、微波加热、高频加热等。

烘烤机械：包括固定箱式、回转式、链带式等。

冷冻和冻结机械：包括各种速冻机和冷饮品冻结机械，也可以包含制冷机械。

定量机械：包括在工艺流程中的各种液体和固体的定量，容积式的或是重量式的。

包装机械：包括各种固体和液体物料的装罐、装瓶、装袋机械。

挤压膨化机械设备和其他机械难以归类的机械设备。

另外还有一些通用设备，如输送机械，包括皮带输送机、斗式提升机、气力输送机、各种泵类以及换热设备和容器等，也都是食品工厂中常用的机械设备。

综上所述，从研究设计、制造和设备选购配套角度看，以上两种分类方法对生产的发展都有一定的指导意义。既要研究各种食品生产工艺中各种作业机械的内部联系，以利于发展配套生产线，又要研究各种单元操作的生产效率和机械结构，在技术上得以局部突破带动全面。

三、食品设备发展趋势

为了满足消费市场不同层次的人群对食品的更高要求，充分利用现有食物资源，推动食品工业持续、快速向前发展，食品工程技术装备工业必须紧紧依靠科技进步，利用国内外先进技术，研制开发新型食品工程技术装备产品，填补国内空白。

1.粮油副产品深加工设备

粮油副产品深加工设备包括利用低温脱溶和脱毒处理大豆粕、花生粕、菜子粕、棉籽粕及玉米粕等的加工设备，以及米糠、麸皮等综合利用的加工设备。在这方面，许多工艺性问题已获得突破，但是，如何将实验室的科研成果推向工业化应用，有待于开发和创新。

2.油脂加工膨化浸出设备

“膨化浸出机”是目前国际上油脂加工中的先进技术，可替代传统油脂浸出成套设备中破碎、软化、轧坯、浸出四个工序中的部分设备。以100t/天膨化浸出机为例，可节约动力96kW/h，使大豆出油率从14.5%提高到15.5%，提高生产能力30%，可使豆粕中的蛋白质含量从41%提高到44%，具有明显的经济效益和社会效益。我国目前大、中、小油脂加工厂有4000余家，除极少数企业外，绝大部分工厂仍采用传统的油脂浸出工艺和设备，因此该设备拥有广阔的市场。

3.大型玉米深加工综合利用成套设备

美国等发达国家对玉米的综合利用率达99%，可同时生产30余种主、副产品，这些产品广泛地应用于食品、化工、制药、生物等领域。我国在这方面的差距很大，主要原因是加工设备不配套。我国是世界上第二大玉米生产国，食品技术装备工业理应担负起开发玉米深加工设备的任务，以满足行业经济的发展。

4.大型淀粉加工成套设备

我国已能制造淀粉加工小型成套设备，但技术指标和生产规模远不能适应食品工业发展的需要。大型淀粉加工成套设备目前依赖于进口。国内应尽快在大型淀粉加工成套设备研制方面取得突破，并努力迈上新的台阶。

5.高度自动化水果加工成套设备

发达国家的水果加工机械早已实现高度自动化控制管理，这样不仅节省劳力，也大大提高了产品质量。其中包括电脑水果分级机、坏次果自动剔除设备、柑橘剥皮机、橘子分瓣机、果实去核机等。而我国目前在这方面仍大量采用人工操作，因此，这方面的技术开发和设备国产化问题也应早日解决。

6.蔬菜深加工设备

近几年我国大、中城市已经开始净菜供应，蔬菜制品深加工发展迅速，但蔬菜深加工食品占全国蔬菜总产量仍不到10%，因此需要大量的蔬菜深加工设备。

7.肉及肉制品加工配套设备

按照全国食品工业科技发展纲要的重点要求，当前除继续采用速冻、低温杀菌和低温保藏、流通冷冻链等适用的新技术，加快发展冷却肉、配菜或调理肉食、火腿肠等熟肉制品外，还需要进一步发展完善屠宰动物的内脏、血液、皮、骨、羽毛和各种腺体等的综合利用技术和设备，并应用分离、提纯技术处理废弃物，开发具有功能性和生理活性的物质。

8.方便食品加工设备

随着现代生活节奏的加快与旅游业的兴旺发达，方便食品体现出这一时代的特征和食品工业的一个发展趋势。不但副食、小吃食品实现方便化，而且主食也要方便化，如方便面条、方便米饭、方便粥、方便水饺以及东方式传统方便食品，因此，食品工业需要大量的方便食品加工设备。

9.食品冷杀菌设备

传统的高温杀菌方法容易破坏食品的原有风味和维生素C，使酶特性发生变化。美国食品与药物管理局（FDA）1995年7月通过了Coolpure公司的冷杀菌法。该法适用于液态或可泵送食品的杀菌，采用短时高电压脉冲杀灭液体和黏性食品中的微生物。目前，每小时处理3000～10000L的工业化生产设备已进入使用阶段。

还有一种冷杀菌技术是高压杀菌法。压力高达100～200MPa。该技术可使塑料袋包装鳄梨的保鲜期从8～10天延长至30～45天。近年来，日本已将高压技术应用于水果酸乳酪、水果甜点、果酱、果汁、香肠和鱼产品等。

此外，超声波杀菌设备已在美、日、欧洲等发达国家获得普遍应用，该设备利用聚能式超声波产生的强烈空化效应，能有效地破坏体积较小的微生物细胞壁，延长保鲜期，且不损害食品的原有风味。

10.超临界萃取设备

超临界萃取设备是利用略高于物质的临界温度且接近临界点的状态，采用一定的气体，在超临界状态下，使天然原料中的有效成分不断抽取到超临界气体中。该项设备可广泛应用于天然食用色素、香料、香精、油脂、药用动植物和中草药等的萃取加工。该设备具有低温萃取和惰性气体保护的特点，萃取物不含有机溶剂的残留成分，保持了萃取物的天然性，不产生“三废”污染环境。

11.超声波均质机细化设备

传统的高压式均质机已不可能靠继续提高压力的方法来取得进一步细化物料的效果，普通超声波均质机对纤维状结构和脂肪球的破碎效果不理想。美国目前已研制成功新一代聚能式超声波均质机，使用单个声头功率为150W，据称能使果汁饮料中的固形物尺寸细化到0.1～0.5μm，且不像高压均质机那样因升温而改变物料特性。

12.超滤分离设备

微滤、超滤和反渗透等膜分离设备的发展，为工程化食品提供了非常有效的加工方法，根据被分离的溶液物质的分子质量，运用相应的分离膜材料或相应孔径的膜，并采用不同的膜组件，通过压力的推动，在不破坏营养成分和风味物质的情况下，便可完成物质的分离、提纯、除菌、除浊、浓缩过程，改变产品质构。特别是生物型中空纤维超滤装置已应用于食品有效成分的浓缩和食品工厂的废水处理中。

13.真空设备

真空设备在食品工业的应用具有很大潜力。目前食品工业普遍采用真空浓缩、真空包装、真空充氮包装、真空贴体包装、真空干燥、真空油炸、真空熏蒸、真空输送、真空浸渍、真空冷却等技术。

四、食品设备金属材料

1.碳钢和铸铁

普通碳钢和铸铁耐腐蚀性都不好，易生锈，更不宜直接接触有腐蚀性的食品介质，一般用于设备中承受载荷的结构。在承受干物料的磨损构件中，钢铁是理想材料，因为铁碳合金通过控制其成分和热处理，可以得到各种耐磨的金相结构。铁质本身对人体无害，但遇单宁等物质，会使食品变色。铁锈剥落于食品中也会造成人体的机械损伤。

钢铁如作为与食品直接接触的构件，常需要采用表面涂层，如镀锌的白铁皮、镀锡的马口铁。马口铁热镀锡厚度为3μm，有时表面有细孔，会造成铁-锡电池产生腐蚀，用作罐头包装会影响味、色和产生气体。现在用电解法镀锡，覆盖层厚度为0.35～1.8μm，减少了用锡量，镀层也均匀，但仍然难以避免细孔，表面还要覆盖其他涂料。

食品工业可以用涂搪瓷的钢铁容器。搪瓷的原料有长石、石英砂、硼砂、碱、萤石以及其他成分。搪瓷最大的优点是对有机酸和无机酸都耐腐蚀，并且搪瓷表面光滑，易于清洗和保持卫生。搪瓷的致命缺点是在碰撞压力或温度的作用下，釉可能碎裂，只要极少量碎片落入食品物料中，就有可能造成严重后果，因此搪瓷设备在食品工厂的使用越来越少，现在代替搪瓷材料的有各种无毒树脂涂料，涂层耐腐蚀而不会产生碎片。

2.不锈钢和耐酸钢

不锈钢是指耐大气腐蚀的合金钢材，而耐酸钢则是指在各种无机和有机酸介质中能够耐腐蚀的合金钢材。但是平时也常统称为不锈钢或不锈耐酸钢。

不锈钢具有耐蚀、不锈、不变色、不变质和附着食品易于去除以及良好的高、低温机械性能等优点，因而在食品机械中广泛应用。因为它几乎能抵抗所有食品介质的腐蚀，而且可以得到很低的表面粗糙度，完全满足食品工业对机械设备的卫生要求。

不锈钢的基本金属为铁-铬合金和铁-铬-镍合金，另外还可以添加其他元素，如钛、铌、钼、钨、铜、氮等，以提高耐腐蚀稳定性、机械性能和物理性能以及加工工艺性质。由于成分不同，耐腐蚀的性能也不同。铁和铬是各种不锈钢的基本成分，当钢中含铬量在12%以上时，就可以抵抗各种介质的腐蚀，但一般不锈钢中的含铬量不超过28%。

随着成分比例和热处理的不同，不锈钢的金相组织可以分为铁素体型、马氏体型、奥氏体型、奥氏体-铁素体型等，它们的性质也各不相同。

不锈钢通常可按化学组成、性能特点和金相组织进行分类。对不锈钢的标识规则有所了解更为实用。所谓标识即对不锈钢型号的命名规则。各国对不锈钢的命名标准有所不同。我国现有国家标准对不锈钢标识的基本方法：化学元素符号与含量数字组合。这种标识符号中，铁元素及含量不标出，而主要标示出反映不锈钢防腐性和质构性的元素及其含量。例如，Cr18、Ni9分别表示不锈钢中铬和镍的质量分数是18%和9%。但是，碳元素及含量的标示较特殊，其元素符号“C”不标示，而只标示代表其含量的特定数字，并且放在其他元素标识符序列的前面。例如，1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9和00Cr17Ni14Mn2三种铬镍不锈钢标志代号中，第一个数字1、0和00分别表示一般含碳量（≤0.15%）、低碳（≤0.08%）和超低碳（≤0.03%）。其后的元素符号及数字分别表示含铬18%、18%和17%，含镍9%、9%和14%，含锰2%。

国际上，一些国家常采用三位序列数字对不锈钢进行标识。美国钢铁学会分别用200、300和400系来标示各种标准级的可锻不锈钢。一些不锈钢型号的国内外标识对应关系如表1-1所示。

200 系列——铬-镍-锰奥氏体不锈钢。

300 系列——铬-镍奥氏体不锈钢。

型号 301——延展性好，用于成型产品。也可通过机械加工使其迅速硬化。焊接性好。抗磨性和疲劳强度优于 304不锈钢。

型号 302——耐腐蚀性同304，由于含碳相对要高因而强度更好。

型号 303——通过添加少量的硫、磷，使其较304更易切削加工。

型号 304——通用型号；即18/8不锈钢。GB牌号为0Cr18Ni9。

型号 309——较之304有更好的耐温性。

型号 316——继304之后，第二个得到最广泛应用的钢种，主要用于食品工业和外科手术器材，添加钼元素使其获得一种抗腐蚀的特殊结构。由于较之304其具有更好的抗氯化物腐蚀能力，因而也作“船用钢”来使用。SS316则通常用于核燃料回收装置。18/10级不锈钢通常也符合这个应用级别。

型号 321——除了因为添加了钛元素降低了材料焊缝锈蚀的风险之外，其他性能类似 304。

400 系列——铁素体和马氏体不锈钢。

型号 408——耐热性好，弱抗腐蚀性，11%的Cr，8%的Ni。

型号 409——最廉价的型号（英美），通常用作汽车排气管，属铁素体不锈钢（铬钢）。

型号 410——马氏体（高强度铬钢），耐磨性好，抗腐蚀性较差。

型号 416——添加了硫，改善了材料的加工性能。

型号 420——“刃具级”马氏体钢，类似布氏高铬钢这种最早的不锈钢。也用于外科手术刀具，可以做得非常光亮。

型号 430——铁素体不锈钢，装饰用，如用于汽车饰品。良好的成型性，但耐温性和抗腐蚀性要差。

型号 440——高强度刃具钢，含碳稍高，经过适当的热处理后可以获得较高屈服强度，硬度可以达到58HRC，属于最硬的不锈钢之列。最常见的应用例子就是“剃须刀片”。常用型号有三种：440A、440B、440C，另外还有440F（易加工型）。

500 系列——耐热铬合金钢。

600 系列——马氏体沉淀硬化不锈钢。

型号 630——最常用的沉淀硬化不锈钢型号。

不锈钢的抗腐蚀能力的大小是随其本身化学组成、加工状态、使用条件及环境介质类型而改变的。一些型号的不锈钢一般情况下有优良的抗腐蚀能力，但条件改变后就很容易生锈。表1-1所列的304型和316型不锈钢是食品接触表面构件常用的不锈钢，前者可以满足一般的防腐要求，但耐盐（主要是其中的氯离子）性差，后者因成分中镍元素含量较前者高而具有良好的耐蚀性。因此，食品机械中，耐腐蚀要求较高的接触表面材料，多采用316型或316L型不锈钢。

3.铜和铜合金

纯铜亦称紫铜，其特点是导热系数特别高，所以常被用作导热材料，可以制造各种换热器。

紫铜的冷压及热压加工性能都好，而且对许多食品介质都具有高的耐腐蚀性能，能抗大气和淡水腐蚀，对中性溶液及流速不大的海水都具有抗腐蚀性能。对于一系列的有机化合物，如醋酸、柠檬酸、草酸和甲醇、乙醇等各种醇类，紫铜都有好的抗蚀稳定性。

当处理介质中存在氨、硫化氢以及氯化物时，紫铜腐蚀快，对无机酸、硫化物都不耐腐蚀。

铜制设备和容器不适于加工和保存乳制品，当乳或乳制品中含铜量达1.5×10-9时，就带有不适味，奶油会很快酸败，加热时也会加快氧化。

铜对维生素C有影响，极少量的铜也会促成维生素C很快分解，所以处理富含维生素C的蔬菜汁和水果汁时，忌用铜制设备。以前曾采用铜面镀锡的办法，但目前宁可采用导热系数较小的不锈钢代替。

青铜是常用铜合金，是在铜中加入锡、铝、锰、硅等以调整其性能，以上这些成分对食品无害。食品机械设备中主要用锡青铜，也可用铝青铜和硅青铜。含有铅和锌的青铜不允许和食品接触。

锡青铜铸造性好，容积收缩率小，可铸造带剧烈变截面的零件，在一般干湿大气中腐蚀速度很慢，但在无机酸中不耐腐蚀。

铝青铜在大气和碳酸溶液以及大多数有机酸（醋酸、柠檬酸、乳酸等）中有高耐性稳定性。铝青铜中如加入铁、锰、镍等成分，可影响合金的工艺性和机械性能，但对耐蚀性影响不大。铝青铜的浇铸性好，但是收缩率大。铝青铜不易焊接。

硅黄铜具有良好的浇铸性和冷热冲压性能，在低温下不降低塑性，适于低温使用。硅黄铜可与钢和其他合金焊接，焊接性能良好，耐腐蚀性能也好，加入1%锰的硅黄铜还可以用来制造压力容器。

4.铝和铝合金

铝的特点是相对密度小，导热系数高，具有较好的冷冲压和热冲压性，焊接性好，但机械性能和铸造性较差。在不要求高强度的炊具、容器、热交换器及冷冻设备中应用范围很广，允许工作温度在150℃以下。

铝的一般腐蚀产物为Al2O3，白色，无毒，所以不影响食品安全。铝和铝合金在许多浓度不高的有机酸（如醋酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸、葡萄糖酸、脂肪酸等）中，以及在酸性的水果汁、葡萄酒中，腐蚀是微弱的，但草酸和甲酸是例外。铝在各种无机酸及碱溶液中被迅速破坏。

在食品机械中采用的铝合金主要有压力加工铝合金及成型铸造铝合金两类。成型铸造铝合金用来制造批量较大的小型食品机械的机身，可以得到良好的造型和光洁美观的表面。较多使用的压力加工铝合金为硬铝，强度高，加工性好，焊接时要采用惰性气体保护。但由于含有铜的成分，耐腐蚀性不如纯铝，因此在食品机械中的使用不如工业纯铝。目前在要求高强度的机械设备中宁可使用不锈钢而不用硬铝。

防锈铝中含有镁、锰或铬的成分，具有较高的耐腐蚀性。经过退火的防锈铝塑性好，焊接性好，并且抗疲劳强度高。在耐腐蚀性或强度要求不太高的食品机械设备中可以使用防锈铝代替高价的不锈钢。

食品机械设备中的铝铸件可采用不含铜的硅铝合金，铸造性好，并具有较高的耐蚀性。

铝材食品机械设备的适应范围主要包括碳水化合物类、脂肪类、乳类等制品。

思考题

一、判断题

1.我国已经正式颁布食品机械设备分类标准。（　　）

2.食品加工机械设备目前多为零散不成套设备。（　　）

3.食品加工机械设备应当全为316或316L不锈钢制造。（　　）

4.所有不锈钢材料在恶劣环境中都会生锈。（　　）

5.各种不锈钢的基本金属为铁-铬-镍合金。（　　）

6.当钢中含铬量在12%以上时，就可以抵抗各种介质的腐蚀，但一般不锈钢中的含铬量不超过28%。（　　）

7.食品设备所有容器都是由不锈钢制造。（　　）

8. 316不锈钢继304不锈钢之后，第二个得到最广泛应用的钢种，主要用于食品工业和外科手术器材。（　　）

9. 316不锈钢中镍含量为9%（　　）

10.具有高压和高温的容器设备应设置安全阀、泄压阀等安全泄压装置。（　　）

11.机械设备安全操作参数可以不包括额定压力、额定电压、最高加热温度等。（　　）

12.为控制噪声污染，食品加工机械设备噪声不应该超过85dB。（　　）

13.冷热缸设备夹层内严禁采用玻璃纤维等作为绝热材料。（　　）

14.设备选择三原则，即选取技术上先进、经济上合理、生产上适用的新设备。（　　）

15.聚四氟乙烯不适合做食品模具。（　　）

16.食品机械设备耐腐蚀要求较高的接触表面材料，多采用316型或316L型不锈钢。（　　）

二、填空题

1.食品设备选择“三原则”细化为十个参数，　　　、　　　、　　　、　　　、　　　、　　　、　　　、　　　、　　　、　　　。

2.食品机械是把食品原料加工成　　　　的机械。

3.研究和设计新的食品机械的指导思想，归根到底，就是力求用　　　的成本造出最适用的食品生产机械设备，并能用这些机械设备以　　　的成本制造出最合乎要求的各种食品。

4.单位生产能力这是指机械设备生产食品产品的　　　，也就是生产某种食品的　　　。

5.消耗系数是指机器设备生产每单位重量或单位体积的产品所需耗费的　　　及　　　，包括　　　　　　　　　　　　等。

6.机械设备的价格影响到食品工厂投资的　　　。一般情况下，如果能达到同样的或相近的工艺效果，应该采用　　　的设备。

7.设备管理费用包括　　　、　　　以及　　　等。

8.食品机械的设计要求包括满足既定的食品工艺要求，反映工艺的　　　和　　　；机械结构的　　　、　　　和　　　；机器的能耗和卫生要求。

9.食品加工专用机械分类一般是按照　　　分类或按　　　分类，本教材是按照　　　分类进行设计编写的。

10.食品挤压机的螺杆和套筒与物料相对运动的速度不高，但工作压力可以高达　　　，工作温度也可以高达　　　左右，因此不仅要有较高的抗扭强度，而且要有很高的耐磨强度。

三、选择题

1.从研究设计、制造和设备选购配套角度看，食品机械设备的两种分类方法对生产的发展都有一定的指导意义。既要研究各种食品生产工艺中各种作业机械的　　联系，以利于发展配套生产线，又要研究各种单元操作的生产效率和机械结构，在技术上得以局部突破带动全面。

A.内部

B.中部

C.外部

D. A和C

2.蒸煮、杀菌、杀青、熬糖、煎炸等机械设备按单元操作划分属于　　。

A.原料处理机械

B.混合机械

C.蒸煮煎熬机械

D.蒸发浓缩机械

3.美国目前已研制成功新一代聚能式超声波均质机，使用单个声头功率为150W，据称能使果汁饮料中的固形物尺寸细化到　　，且不像高压均质机那样因升温而改变物料特性。

A. 0.1～0.5μm

B. 0.1～1.0μm

C. 0.5～1μm

D. 1～5μm

4.高压处理设备是通过高压处理蛋白质等生理活性物质，形成蛋白质的可逆性变性作用，以达到杀菌目的的一种现代食品加工设备。在　　压力下使蛋白质变性，一旦解除压力即可恢复蛋白质原来未变性的状态。利用这种设备来保藏果蔬和肉糜类食品，可有效地保存食品的色、香、味和营养。

A. 50～100MPa

B. 100～200MPa

C. 200～300MPa

D. 300～500MPa

5.　　是以生命科学为基础，利用生物体系（组织、细胞及其组分）和工程原理加工食品的设备。

A.基因工程设备

B.细胞工程设备

C.生物工程设备

D.酶工程设备和发酵工程设备

6.食品机械材料的机械物理性能和化学性能有时发生矛盾，难以十全十美，可以通过　　的方法来加以解决，这样不论是抗腐蚀还是抗磨损，都有可能发挥不同材料的优点。

A.提高耐腐蚀性

B.降低强度

C.提高物理性能

D.复合材料或表面涂层

7.马口铁热镀锡厚度为3μm，有时表面有细孔，会造成铁-锡电池产生腐蚀，用于罐头包装会影响味、色和产生气体。现在用电解法镀锡，覆盖层厚度为　　μm，减少了用锡量，镀层也均匀，但仍然难以避免细孔，表面还要覆盖其他涂料。

A. 0.3～0.5μm

B. 0.35～1.8μm

C. 0.5～0.8μm

D. 1～10μm

8.一般不锈钢中的含铬量不超过　　。

A. 8%

B. 18%

C. 28%

D. 38%

9.同一种金属浸于浓度不同的溶液中，也会形成不同的电位。如果在盛装介质的容器中，各部分介质的浓度不同，此时即可形成浓差电池。食品物料常是不均一的成分，各部分的水分含量和其他成分都不均匀，易形成　　。

A.浓差电池

B.浓度不同

C.电位

D.电池

10.设备中的死角造成的液流停滞，会形成浓差电池造成腐蚀，如果使用不同材料的混合结构，腐蚀情况会　　。

A.减慢

B.停止

C.不变化

D.更严重