第四节 压榨机械
压榨是通过机械压缩力从固液两相混合物中分离出液相的一种单元操作。压榨过程中液相流出而固相截留在压榨面之间。压榨的压力由压榨面移动产生，而不像过滤那样由于物料泵送到一个固定空间而产生。
压榨与过滤目的相同，都是为了将固液相混合物分离。流动性好、易于泵送的混合物可采用过滤分离，不易用泵输送的混合物应采用压榨分离。为了将过滤操作滤饼中的液体除得更彻底些，可采用压榨操作。由于机械脱水法通常较热处理法更经济，压榨常被用作某些生产过程的预干燥手段。
食品工业中应用压榨操作的例子有：从植物油籽或果仁（如可可豆、椰子、花生、棕榈仁、大豆、菜籽）榨取油脂，从甘蔗中榨取糖汁，榨取（苹果和柑橘之类）水果汁，豆制品压榨脱水成型，腌菜脱水等。
压榨过程主要包括加料、压榨、卸渣等工序。有时，由于进料状态要求，或为了提高压榨效率，需对物料进行必要的预处理，如破碎、热烫、打浆等。
压榨设备按操作方式有间歇式和连续式两类。
一、间歇式压榨机
间歇式压榨过程的加料、压榨和卸渣等操作工序均是间歇进行的。这些设备具有结构简单、安装费用低、操作压力易控制、能满足压力由小到大逐渐增加的压榨工艺要求等优点。
间歇式压榨机有多种型式，按装料容器形式分类，有箱式、板式、缸式、筐式和笼式等；按施压方式分类，有：机械螺杆型、液压型和气压型三大类；按加压面的运动方向可分为立式和卧式两类。
以下分别介绍目前食品工业中较常见的一些间歇式压榨机。
（一）立式压榨机
图4-33 豆腐压榨机
立式压榨机主要由机架，压榨机构、压榨容器等构成。压榨机构由装在横梁可上下活动的压榨板及推进压榨板构成，压榨容器可根据需要做成多种形式。食品行业典型的立式压榨机有豆制品压榨机和立式榨油机等。
图4-33所示的豆腐压榨机是一类典型的立式压榨机，主要由机架、压榨框、压榨驱动机构等构成。压榨过程是，点好卤的豆浆浇入衬有滤布、垫在底板上的多孔不锈钢压榨框内，将滤布折起盖在豆浆上，然后使压榨板由上向下移动，将豆浆中多余水分挤压出，使豆浆体积压缩凝结成为豆腐块。将压榨块向上提起，连同底板将压榨框移出，并取走压榨框，便可得到压榨成型的整板豆腐（或豆腐干）。
有些榨油机（图4-34）和酱菜脱水机（图4-35）也采用立式压榨机构型。这类压榨机常称为筐式压榨机，它们采用的（多孔或栅栏）筒形或箱形压榨容器，由梯形截面木条、钢条或多孔钢板制成，必要时，容器内可加适当形式的过滤介质，如滤布。加压时液体流出筒壁，沿筒壁外侧流向压榨机底座的集液槽，或排入废水沟槽。食品工业中，这类压榨机还可用于果汁、菜汁的生产。用于葡萄汁压榨时，最终的压榨压力一般为0.3～0.4MPa，最高时可达1.2～1.6MPa。筐式压榨机也用于鲸脂、鱼脂以及其他不需高压的油脂压榨。
（二）卧篮式压榨机
卧篮式压榨机也称布赫（Bucher）榨汁机，最初是瑞士Bucher公司用来生产苹果汁的专用设备。最大加工能力8～10t/h苹果原料，出汁率82%～84%，设备功率24.7kW，活塞行程1480mm。图4-36所示为一种卧篮式压榨机的外形。
图4-34 立式榨油机
图4-35 酱菜脱水机
图4-36 布赫榨汁机外形
卧篮式压榨机的结构如图4-37所示，关键部件是可获得低浑浊天然纯果汁的滤芯（也称为滤绳）。滤芯结构如图4-38所示，由强度很高的柔性材料制成，沿其长度方向有许多贯通的沟槽，其表面缠有滤网。一台榨汁机滤芯可多达220根。挤压时，物产随动压盘向前（同时绕轴运动）移动受到压缩，汁液经滤网过滤后进入（已经发生螺旋状弯曲的）滤芯沟槽，沿弯曲滤芯通过静压盘流出至汁槽，这种压榨过程颇类似于拧干湿毛巾的过程。滤芯由弯曲再随动压盘（挤压面）复位而逐渐伸直，可使浆渣松动、破碎，有利于再次挤压。
布赫榨汁机的主要工序如图4-39所示，包括：①装料：水果碎块由泵充填压榨室，充填过程中压缩室的旋转有助于改善预排汁，通过一次性或多次性装料可以优化装料过程；②压榨：当充填量达到额定值后，动压盘作向前运动挤压物料，产生汁液；③复位松渣：动压盘向后动，使滤芯重新伸直，使压榨后的果渣松动。第②和③步可根据需要进行重复，并且可在③步中加水，以提高再次压榨的出汁率；④排渣：完成最后一次压缩后，使压榨筒与静压盘脱开，动压盘继续向前移动，将渣推入下方的集渣斗。
图4-37 卧篮式压榨机结构
图4-38 尼龙滤芯结构
图4-39 布赫榨汁机的主要工序
目前，布赫榨汁机已发展成为可适合多品种果蔬榨汁的通用型筐式榨汁机，可用于仁果类（苹果、梨）、核果类（樱桃、桃、杏、李）、浆果类（葡萄、草莓）、某些热带水果（菠萝、芒果）和蔬菜类（胡萝卜、芹菜、白菜）的榨汁。
（三）气囊压榨机
气囊压榨机又称为维尔密斯（Willmes）压榨机，出现于20世纪60年代，最先用于葡萄酒厂的葡萄榨汁、酒醪过滤和压缩。实际上它可用于压榨任何（甚至黏性的）果汁。
图4-40 早期气囊压榨机截面
早期气囊式压榨机的截面示意如图4-40所示，其基本结构是一个可旋转卧式圆筒，内侧有一个过滤用的滤布圆筒筛，滤布圆筒筛内装有一个能充压缩空气的橡胶气囊。待榨物料置于圆筒内后，通入压缩空气将橡胶气囊充胀起来，给夹在橡胶气囊与圆筒筛之间的物料由里向外施加压力。这时整个装置旋转起来，使空气压力均匀分布在物料上，最大压榨压力可达0.63MPa。其施压过程逐步进行。用于榨取葡萄汁时，起始压榨压力为0.15～0.2MPa，然后放气减压，转动圆筒筛使葡萄浆料疏松，分布均匀，再重新在气囊中通入压缩空气升压，然后再放气减压，疏松后再升压。只有在大部分葡萄汁流出后，才升压至0.63MPa。整个压榨过程为1h，逐步反复增压5～6次或更多。
一种新型气囊式压榨机外形如图4-41所示，其主体也是一个可转动的压榨圆筒。圆筒壁大体可分为两半，一半沿轴贴内壁安排有若干（与多条助滤芯相连的）排汁管（图4-42），另一半贴壁固定可充气膨胀和吸气收缩的气囊，筒内与排汁管相连的助滤芯的另一端，分别固定在适当对应位置的气囊上。圆筒开有两个方形进出料口，并带有可滑动开闭的盖子。
图4-41 新型气囊压榨机
图4-42 压榨筒内排汁管与助滤芯布置
这种新型气囊压榨机的工作过程如图4-43所示。①装料：压榨筒的进出料口朝上，盖打开，通过适当方式将待压榨浆料注入筒内。②加盖定位：待榨物料装满压榨筒后，滑动进料口盖，将进料口盖上，随后转动压榨筒，使排汁管所在筒面朝下，而气囊所在的筒面朝上。③充气压榨：气囊充气膨胀，压缩浆料，汁液通过助滤芯流入排汁管，从筒端流出。④放气复位：气囊放气收缩，同时助滤芯复位伸直，使滤渣松动。同样，第③和④步可以根据需要重复进行，并且可以在第④步加水，以提高出汁率。⑤卸渣：最后一次压缩完成后，可打开进出料口的盖子，同时转动压榨圆筒，使进出料口朝后，让果渣落入下方的果渣收集槽内，排空的圆筒即可进入下一次装料压榨。
图4-43 新型气囊压榨机操作过程
二、连续式压榨机
连续式压榨机操作过程的进料、压榨、卸渣等工序是连续的。食品工业中，最有代表性的这类压榨设备是螺旋压榨机，其他还有带式压榨机和辊式压榨机等。辊式压榨机主要在榨糖操作中应用，这里不作介绍。以下介绍螺旋压榨机和带式压榨机。
（一）螺旋压榨机
螺旋压榨机是使用比较广泛的一种连续式压榨机，很早就用来榨油、水果榨汁及鱼肉磨碎物的压榨脱水等方面。
螺旋压榨机的外形和结构如图4-44所示，主要由压榨螺杆、圆筒筛、离合器、压力调整机构、传动装置、汁液收集斗和机架等构成。
图4-44 螺旋压榨机
图4-45 压榨螺杆
压榨螺杆轴两端的轴承支承在机架上，传动系统使螺杆在圆筒筛内作旋转运动。螺杆结构如图4-45所示，其螺旋内径沿进料端到出渣端方向逐渐增大，而螺距沿同方向逐渐缩小，从而逐渐增加螺旋作用于物料的轴向分力，径向分力则逐渐减小，这样有利于推进物料，也可使物料进入榨汁机后尽快受到压榨。螺杆的这种结构特点，使得螺旋槽容积逐渐缩小，其缩小程度用压缩比来表示。压缩比是从进料到出渣方向第一个螺旋槽的容积与最后一个螺旋槽容积之比。例如，国产GT6GS螺旋连续榨汁机的压缩比为1∶20。
螺旋也有做成两段的：第一段叫喂料螺旋；第二段叫压榨螺旋。两段螺旋间螺旋叶片是断开的，转速相同而转向相反。经第一段螺旋初步预挤压后发生松散，松散后的物料进入第二段螺旋，由于转向相反使物料翻了个身，第二段螺旋结构可对物料施加更大的挤压力，从而可提高出汁率。圆筒筛一般由多孔不锈钢板构成，为了便于清洗及维修，通常做成上、下两半，用螺钉固定在机壳上。圆筒筛孔径一般为0.3～0.8mm，开孔率既要考虑榨汁的要求，又要考虑筛体强度。螺杆挤压产生的压力可达1.2MPa以上，筛筒的强度应能承受这个压力。
具有一定压缩比的螺旋压榨机，虽对物料能产生一定的挤压力，但往往达不到压榨要求，通常采用调压装置来调整榨汁压力。一般通过调整出渣口环形间隙大小来控制最终压榨力和出汁率。间隙大，出渣阻力小，压力减小；反之，压力增大。利用调整构机使得压榨螺杆沿轴向左右移动，可实现环形间隙的调节。
螺旋压榨机具有结构简单、外形小、榨汁效率高、操作方便等特点。该机的不足之处是榨出的汁液含果肉较多，要求汁液澄清度较高时不宜选用。
（二）带式压榨机
带式压榨机也称带式榨汁机。这种压榨机在食品工业中的使用始于20世纪70年代。
带式榨汁机有很多型式，但其工作原理基本相同。如图4-46所示，它们的主要工作部件包括两条同向、同速回转运动的环状压榨带及驱动辊、张紧辊和压榨辊。压榨带通常用聚酯纤维制成，本身就是过滤介质。借助压榨辊的压力挤出位于两条压榨带之间的物料中的汁液。带式压榨机一般可分为三个工作区：重力渗滤或粗滤区，用于渗滤自由水分；低压榨区，在此区域压榨力逐渐提高，用于压榨固体颗粒表面和颗粒之间孔隙水分；高压榨区，除了保持低压榨区的作用外，还进一步使多孔体内部水或结合水分离。
图4-46 带式压榨机原理
福乐伟（FLOTTWEG）压榨机是一种典型的带式压榨机，具外形和结构分别如图4-47（1）和（2）所示，主要由料槽、压榨网带、一组压辊、高压冲洗喷嘴、导向辊、汁液收集槽、机架、传动部分以及控制部分等组成。所有压辊均安装在机架上，一系列压辊驱动网带运行的同时，从径向给网带施加压力，使夹在两网带之间的待榨物料受压而将汁液榨出。工作时，经破碎待压榨的固液混合物从喂料盒中连续均匀地送入下网带和上网带之间，被两网带夹着向前移动，在下弯的楔形区域，大量汁液被缓缓压出，形成可压榨的滤饼。当进入压榨区后，由于网带的张力和压辊作用将汁液进一步压出，汇集于汁液收集槽中。以后由于压辊直径递减，使两网带间的滤饼所受的表面压力与剪力递增，保证了最佳的榨汁效果。为了进一步提高榨汁率，该设备在末端设置了两个增压辊，以增加线性压力与周边压力。榨汁后的滤饼由耐磨塑料刮板刮下从右端出渣口排出。为保证榨出汁液能顺利排出，该机专门设置了清洗系统，若滤带孔隙被堵塞，可启动清洗系统，利用高压喷嘴洗掉粘在带上的糖和果胶凝结物。工作结束后，也由该系统喷射化学清洗剂和清水，清洗滤带和机体。
图4-47 带式压榨机（福乐伟）
该机的优点是，逐渐升高的表面压力可使汁液连续榨出，出汁率高，果渣含汁率低，清洗方便。但是压榨过程中汁液全部与大气接触，所以，对车间环境卫生要求较严。