香菇雙螺桿擠壓膨化機的設計與試驗

王明友，宋衛東，丁天航，王教領，周德歡，吳今姬

·農產品加工工程·

香菇雙螺桿擠壓膨化機的設計與試驗

王明友，宋衛東※，丁天航，王教領，周德歡，吳今姬

（農業農村部南京農業機械化研究所，南京 210014）

針對現有雙螺桿擠壓膨化設備生產香菇膨化產品時存在物料堵塞、預熟度低、作業參數缺失等問題而導致生產的產品膨化率低、吸水性差、硬度高等缺陷，該研究設計了一種香菇雙螺桿擠壓膨化設備，并對設備中的關鍵部件喂料攪拌防堵裝置、預熟調質裝置與雙螺桿結構參數進行了設計與確定。同時，為探究設備中的作業參數對產品膨化性能的影響，研究了設備的螺桿轉速、膨化溫度、物料含水率對產品的膨化率、硬度、脆度、吸水性的影響。結果表明：影響膨化率的顯著性順序依次為螺桿轉速、物料含水率、膨化溫度；影響硬度的顯著性順序依次為螺桿轉速、膨化溫度、物料含水率；影響脆度的顯著性順序依次為膨化溫度、物料含水率、螺桿轉速；影響吸水性的顯著性順序依次為膨化溫度、物料含水率、螺桿轉速。其次，結合各因素交互作用的影響規律與目標優化結果，得出設備的最佳作業參數為：螺桿轉速167.23 r/min，膨化溫度151.68 ℃，物料含水率16.83%，此時，產品的膨化率、硬度、脆度、吸水性分別為4.04%、18.61 N、?8.46 mm/cm2、313.86%。將優化后的參數值在設備中進行了生產性應用，得到生產值與優化值的誤差均小于4%，最大生產率為165 kg/h。與揚州大學機械工程學院實驗室內的現有設備相比，在提高物料送料的連續性與調質熟化度的基礎上，膨化率提高了25.00%，硬度降低了48.21%、脆度提升了40.55%、吸水性提高了62.35%。因此，該機的設計可為香菇膨化產品的開發提供了一種較為成熟的技術裝備。

農產品；加工；膨化機；香菇；擠壓；設計

0 引 言

中國自1987年以來一直為世界上最大的香菇生產國和出口國[1]，2017年總產量達925.89萬t，約占全世界香菇總產量與香菇外銷市場的90%與92%。當前，中國香菇加工主要有以干制品、調味品和罐頭等初加工為主。隨著香菇中的活性成分逐步被公眾所認知，含有香菇成份的休閑食品與功能性食品越來越被大眾所接受[2-4]。張宇凡等[5]將香菇和大豆蛋白質添加到淀粉中，開發了香菇營養薯片，不僅營養豐富，口感酥脆，并且具有香菇特殊的香氣。張梅[6]利用香菇柄制作香菇松，具有氣味濃郁芳香，口感質地脆嫩。但是，香菇的高附加值加工產品仍處于試驗與推廣階段，與深加工產品相配套的加工技術裝備也僅處于示范推廣階段，產品研發力度與百姓接受度還處于較低水平，還需進一步加強攻關與宣傳推廣。

擠壓膨化技術是一種高溫高壓短時的處理工藝，而大部分抗營養因子是熱敏性物質，因而在高溫高壓下可以使其失活[7-9]。因此，通過雙螺桿擠壓膨化設備的加工處理，可以很好地降低和消除香菇中的抗營養因子，并提高成型后產品的消化吸收率[10-13]。當前，國內對擠壓膨化機的試驗研究主要多以擠壓膨化工藝參數與螺桿構建模型為主，對雙螺桿擠壓膨化設備的整機結構與關鍵裝置研究相對較少，對食用菌膨化產品的專用擠壓設備研究更是缺乏。因此，本研究針對現有雙螺桿擠壓膨化機在香菇粉混合物料的輸送與加工中存在的輸送堵塞、預熟度低及擠壓膨化作業參數缺失等問題，設計了專用的混合物料攪拌防堵裝置與蒸汽預熟調質裝置，并對雙螺桿中的主要參數進行了確定。同時，為得到香菇擠壓膨化過程中的最佳作業參數，分析了設備的螺桿轉速、膨化溫度、物料含水率等參數對產品的膨化率、硬度、脆度、吸水性的影響規律并對參數進行了驗證，以期為香菇膨化產品的開發提供合適設備。

1 整機結構與工作原理

1.1 整機結構

香菇雙螺桿擠壓膨化機主要由機架、攪拌裝置、送料裝置、調質裝置、加熱裝置、擠壓膨化裝置和旋切裝置等部件組成，并配以相應的冷卻系統、潤滑系統、傳動系統、控制系統和壓力檢測系統等，如圖1所示。整機結構中的執行裝置（攪拌、送料、調質、膨化和旋切）均采用變頻調速控制，方便混合物料在輸送加工過程中的線性調節；加熱裝置采用三區獨立線圈加熱，以滿足不同區域對加熱溫度的要求；在擠壓膨化模頭處裝有壓力與溫度傳感器，通過信號傳輸實時顯示香菇膨化產品在模頭處的壓力與溫度，便于調控整機結構中執行裝置的具體參數，使其始終保持穩定的壓力和溫度，以便生產出高質量的香菇擠壓膨化產品。

1.機架 2.攪拌裝置 3.送料裝置 4.調質裝置 5.加熱裝置 6.擠壓膨化裝置 7.旋切裝置 8.蒸汽發生器 9.冷卻水箱 10.潤滑油箱 11.傳動箱 12.控制系統

1.2 工作原理與技術參數

香菇雙螺桿擠壓膨化機工作時，先開啟加熱裝置，使其達到設定的三區不同溫度值時，啟動潤滑系統對齒輪箱進行供油，待供油穩定后啟動擠壓膨化電機對雙螺桿進行緩慢增速。并在執行裝置開啟前啟動冷卻系統對機筒Ⅰ區溫度進行降溫處理，以防Ⅰ區溫度過高造成物料在機筒前端內出現焦糊黏結現象，影響后續物料在機筒的移動。待執行裝置全部開啟后，將預設比例的香菇粉與玉米粉混合物料放置于攪拌裝置內進行混勻，經送料裝置輸送到帶有蒸汽預熟功能的調質裝置中進行預熟調質，調質后的預熟物料輸送至雙螺桿擠壓裝置腔內進行擠壓膨化，膨化后的產品按所需長度進行旋切，冷卻干燥后包裝。香菇雙螺桿擠壓膨化機的技術參數如表1所示。

表1 香菇雙螺桿擠壓膨化機的主要參數

2 關鍵部件設計與參數確定

2.1 喂料攪拌防堵裝置設計

連續穩定喂送是擠壓膨化機連續工作并生產穩定高品質產品的前提條件[14]，本文設計的香菇雙螺桿擠壓膨化機采用在喂料裝置內增設攪拌防堵機構以實現物料在裝置內的均勻攪拌與穩定送料。喂料攪拌防堵裝置主要由攪拌電機、攪拌葉片、防堵旋轉翅、送料螺桿及送料電機等組成，如圖2所示。混合物料進入料筒后，在攪拌葉片的旋轉帶動下，克服物料在料筒中的“架橋”或阻塞現象，并在防堵旋轉翅的轉動下將物料輸送到送料裝置內，實現攪拌裝置的攪拌防堵功能。同時，攪拌裝置內的防堵旋轉翅轉速與送料裝置內的送料螺桿轉速均由送料電機驅動，且轉速相一致，防止物料在攪拌裝置內的堆積，實現攪拌裝置的防堵與穩定送料功能。

1.送料螺桿 2.送料電機 3.防堵旋轉翅 4.攪拌葉片 5.攪拌裝置 6.攪拌箱蓋板 7.攪拌電機 8.進料斗

2.2 攪拌裝置內攪拌葉片夾角設計

為使混合物料在喂料裝置內平穩順暢的移動到送料裝置內，需對攪拌裝置內的攪拌葉片結構進行分析，將瞬間移動的物料簡化為質點，則物料受力如圖3所示。

注：α為葉片與水平面夾角，(°)；β為葉片的傾斜角，(°)；F為葉片對物料的推力，N；F1和F2分別為推力垂直和水平方向的分力，N；f為物料與葉片的摩擦力，N；f1和f2分別為摩擦力垂直和水平方向上的分力，N；D為攪拌軸到攪拌葉片的距離，mm。

為保證混合物料向下移動，需滿足1>1，由圖3分析可得

cos>cos（1）

其中，=arctan，式（1）進行簡化，得出sin>cos由cos=sin(π/2?)，則

因此，設計攪拌裝置內的攪拌葉片夾角時，必須滿足上述式（2）的條件。

2.3 蒸汽預熟調質裝置設計

蒸汽預熟調質裝置在提高雙螺桿擠壓機生產能力與提升產品加工品質等方面具有重要的調控作用[15-16]。調質過程中的預熟蒸汽可提高香菇粉混合物料溫度，并與水及蒸汽充分吸收滲透，降低物料在擠壓膨化過程中的摩擦阻力，降低能耗、提高產量。本文設計的蒸汽預熟調質裝置由蒸汽調節口、蒸汽入口、調質雙絞龍、電機等組成，并配以相應的電蒸汽發生器。工作時，啟動調質裝置中的變頻電機與攪拌裝置電機、膨化電機轉速相匹配，以保證物料的均勻穩定送料。具體的操作方法如下：物料進入調質裝置之前，開啟蒸汽發生器，調節蒸汽壓力到0.3 MPa，物料通過調質裝置入料口進入到調質絞龍內，在調質絞龍的緩慢攪拌下，物料與蒸汽進行充分混合。混合后的物料在調質腔內進行充分調質，并保證物料在調質腔內的時間大于1 min。最后，經充分調質過的物料經過漏料口進入雙螺桿擠壓膨化腔內進行膨化。在蒸汽調質過程中，通過蒸汽調節口的大小來控制物料的熟化程度，如圖4所示。

1.入料口 2.蒸汽調節開關 3.蒸汽入口 4.調質機架 5.調質攪龍 6.漏料口 7.觀察口 8.電機

2.4 雙螺桿結構參數確定

主要由螺桿、螺套、模頭等組成，其中雙螺桿均為左旋，同向旋轉。螺桿由4段組合而成，螺距分別為28、24、20、16 mm，其中螺桿輸送段導程設計為28與24 mm兩段，熔融段導程設計為20 mm，計量均化段導程設計為16 mm。螺紋為梯形螺紋，單頭螺旋。模頭為圓柱型，膨化后香菇產品為圓形，如表2所示。

表2 螺桿主要參數

3 材料與方法

3.1 材料與儀器設備

為驗證設備的膨化性能，2018年6月在江蘇南京農業機械化研究所實驗室內進行了香菇擠壓膨化性能試驗。試驗用香菇為南京市批發市場內購買的鮮香菇，經電熱恒溫鼓風干燥箱烘干后進行粗粉，粗粉后的香菇粉經氣流式超微粉碎機進行粉碎，使其粒度到達80目以上。玉米粉為批發市場購買，經80目過篩使用。其他試驗設備有電子分析天平（上海精密科學儀器設備有限公司FA2204B）；101A-2E型數顯式電熱鼓風干燥箱；氣流式超微粉碎機（北京科偉永興儀器有限公司）；雙螺桿擠壓膨化設備（農業農村部南京農業機械化研究所研制）；MB27快速水分測定儀（奧豪斯儀器上海有限公司）；數顯千分尺（禾木五金機械設備公司）；Ta-XT2i/50物性測定分析儀（北京奧德盛世科技有限公司）。

3.2 試驗方法

依據香菇膨化食品加工工藝[17-18]，選取顯著影響物料理化性質與內部結構的3個參數（螺桿轉速、膨化溫度、物料含水率）為試驗因素，以香菇膨化后的膨化率、硬度、脆度與吸水性為試驗值, 綜合驗證香菇雙螺桿擠壓膨化設備的主要性能。

產品膨化率以香菇膨化后產品直徑與模口直徑的比值表示，其中香菇膨化產品直徑采用游標卡尺進行10組測定，并取平均值。

產品膨化脆度和硬度測定[19]；用質構儀對香茹擠壓膨化產品進行質構分析，取樣品測定產品的硬度和脆度，采用HDP/3PB探頭，測前速度為1.0 mm/s，測試速度為1.0 mm/s，測后速度為10.0 mm/s，測10次取平均值。

產品吸水性測定；將膨化樣品研磨粉碎后過60目（180m）篩，稱取2 g（0）放入已知質量的離心管1，加入10 mL蒸溜水，震蕩，直至膨化物完全分散，靜置15 min，使水分被物料充分吸收，于4 200 r/min再離心15 min，將上清液全部倒入已知質量為2的干燥稱量瓶中，在105 ℃電熱鼓風干燥箱中烘干至恒質量，稱量質量為3，離心管加沉淀質量為4，則吸水性公式為

每個樣品進行3次測定；取平均值。

3.3 試驗設計

徐興陽等[20]研究發現，純香菇粉擠壓膨化后的產品又細又短，基本達不到膨化食品的要求，且膨化后的產品無法達到酥脆性，顏色偏深，具有很濃的糊香味。通過試驗得出，混合物料中香菇粉的最佳質量分數為25%，因此，本研究以香菇粉100 g，總物料400 g混合物料進行試驗，以螺桿轉速、膨化溫度、物料含水率3個因素進行單因素試驗，考察3個因素對產品擠壓膨化度、硬度、脆度、吸水性的影響，各因素水平如表3所示：

1）物料含水率：通過快速水分測定儀測定原料中玉米粉含水率為12.7%，香菇含水率為9.5%。混合物料中的水分填加量按如下公式計算：

合并得出：

式中為玉米粉質量，g；為香菇粉質量，g；（固定值100 g）；為水的添加量，g；為混合物料含水率，%。

2）機筒溫度：鄧力等[21]通過前期試驗發現，Ⅰ區、Ⅱ區溫度的變化對擠出物料的物理化性質影響不大。王亮等[22-23]研究表明，影響擠壓物料參數的決定性區域是Ⅲ區，因此將Ⅲ區溫度（以下稱為膨化溫度）作為研究因素是具有代表性的。因此，在試驗過程中將Ⅰ區溫度設定為60 ℃，Ⅱ區溫度設定為比Ⅲ區溫度低10 ℃的范圍之內。

表3 單因素試驗因素水平

根據單因素試驗結果，選取螺桿轉速1（150、170、190 r/min）、膨化溫度2（140、150、160 ℃）、物料含水率3（15%、17%、19%）3個因素作為試驗因素，以膨化率、硬度、脆度和吸水率作為響應值，進行響應面試驗，試驗因素水平編碼如表4所示。

表4 響應面試驗因素水平

3.4 數據統計

每次試驗設3個平行，取平均值。利用Design-Expert8.0.6.1軟件進行設計試驗，按照中心組合響應曲面設計試驗方案，運用響應面分析法探究樣機膨化效果各影響因素的相關性和交互作用規律。

4 結果與分析

4.1 試驗因素對膨化性能的影響

4.1.1 螺桿轉速對香菇膨化性能的影響

當擠壓膨化溫度為150 ℃，物料含水率為17 %，螺桿轉速為130～210 r/min時，產品膨化率隨螺桿轉速先升后降，硬度和脆度逐漸升高，而吸水性變化較小，如圖5a所示。螺桿轉速較低時，物料受到的擠壓剪切力小，物料熔融效果較差，物料間的水分子不易發生溶脹，致使膨化效果不佳，進而導致硬度與脆度不高。螺桿轉速超過170 r/min時，物料在機筒內的停留時間變短，造成物料受熱不均勻，導致產品的膨化度開始下降。

4.1.2 膨化溫度對香菇膨化性能的影響

當螺桿轉速為170 r/min，物料含水率為17%，膨化溫度為130～170 ℃時，產品硬度與吸水性逐漸降低，膨化率先升后降，脆度則一直升高，如圖5b所示。隨著機筒溫度的持續升高，物料在成型腔內的熔融程度繼續增加，物料中的蛋白質和淀粉發生變性，水分快速蒸發，造成膨化度與硬度下降，脆度升高。

圖5 各試驗因素對膨化性能的影響

4.1.3 物料含水率對香菇膨化性能的影響

當螺桿轉速為170 r/min，擠壓膨化溫度為150℃，物料含水率為13%～21%時，產品吸水性和脆度隨著物料含水率的增加而逐漸增大，而香菇膨化率和硬度則先增加后降低，如圖5c所示。當物料含水率超過19%時，物料中的水分減弱了物料所受到的剪切作用以及物料對螺桿和膨化腔體內部的摩擦力，降低了出料模口處物料的壓力，致使香菇膨化度和硬度降低。

4.2 響應面法試驗結果分析

以膨化率、硬度、脆度和吸水性為指標，采用響應面法分析指標對香菇雙螺桿擠壓膨化設備產品性能的影響。采用Design- Expert8.0.6.1中心組合設計[24-25]，設計三因素三水平共17個試驗點的響應面，結果如表5所示，并進行多元回歸擬合，對其進行方差分析（表6）。

表5 響應面試驗設計及結果

注：為膨化率；為硬度；為脆度；為吸水性。

Note:is expansion rate;is hardness;is brittleness;is water absorption.

由方差分析可知，4個模型整體值均小于0.01，說明模型4個因素水平項總體顯著，即可用4個模型代替試驗真實點對試驗結果進行分析。4個模型失擬項的值分別0.426 2、0.065 5、0.080 9、0.283 1，都大于0.05，說明未知因素對試驗結果干擾很小，說明該方程與實際數據之間擬合性好。此外，通過統計學可知，4個模型的決定系數2分別為0.900 7、0.901 5、0.929 4、0.924 1，表明4個模型擬合度較高，響應面分析結果可信度高。模型的變異系數值分別為1.87%、1.27%、6.83%和1.24%，表明模型的精密度好，本模型可預測與分析香菇雙螺桿擠壓膨化設備作業質量的變化情況。

表6 試驗結果方差分析

注：<0.01（極顯著，**），<0.05（顯著，*），下同。

Note:<0.01( means highly significant, **),<0.05(means significant, *), the same below.

各因素對香菇膨化產品膨化率的顯著性依次為1、3、2；對香菇膨化產品硬度的顯著性依次為1、2、3；對香菇膨化產品脆度的顯著性依次為2、3、1；對香菇膨化產品吸水性的顯著性依次為2、3、1。

三維立體圖形的坡度大小反應了響應值對于所處條件的敏感程度[26]。由圖6a可知，當香菇物料含水率處于0水平時，膨化率隨螺桿轉速增加先增大后減小，這是因為螺桿轉速的大小與香菇物料受到的擠壓力和剪切力呈正相關。隨著螺桿轉速的增加，香菇物料受到的擠壓剪切力也隨之增大，產品的膨化度逐步增大。當螺桿轉速增加到170 r/min時，物料在機筒內的停留時間變短，致使物料受熱不均勻，導致物料的熔融性變差，擠壓膨化產品的膨化度開始降低。膨化率隨膨化溫度的升高先增后降，隨膨化溫度的升高，物料熔融程度加快，致使膨化率升高。當溫度大于150℃時，物料在機筒內消耗水分較多，導致黏度減小，膨化度降低，且易出現結塊現象。由圖6b可知，螺桿轉速與物料含水率存在交互作用。在擠壓膨化溫度處于0水平時，膨化率隨著物料含水率的增加先增加后降低，是因為隨著物料含水率的增大，物料熔融充分，當物料擠出瞬間，水分快速蒸發，導致產品的膨化度增大。當含水率超過17%以后，因水分過大，導致物料在機筒內的停留時間變短，熔融不充分，致使膨化度開始下降。由圖6c可知，擠壓膨化溫度與物料含水率同樣存在交互作用。在螺桿轉速處于0水平時，膨化率隨著擠壓膨化溫度與物料含水率的增加均先增加后降低，且變化較為明顯。

圖6 各因素交互作用對膨化率響應

4.3 參數優化與驗證

為使香菇雙螺桿擠壓膨化設備作業性能達最佳，根據香菇擠壓膨化設備工作條件、性能要求和上述模型分析結果，利用Design-Expert8.0.6.1軟件對建立的數學模型進行優化求解，

根據雙螺桿擠壓膨化設備實際生產要求，確定產品膨化率指標要求大于3.8%，硬度指標在15.00～25.00 N，脆度指標在?12.00～?2 mm/cm2，吸水性指于大于300%，其他試驗因素根據單因素試驗結果限定其取值范圍。

優化得到3個因素水平分別為：螺桿轉速為167.23 r/min，膨化溫度為151.68 ℃，物料含水率為16.83%時，模型曲面綜合響應值最小，香菇膨化產品膨化率達4.04%，硬度達18.61 N，脆度達?8.46 mm/cm2、吸水性達313.86 %。

為驗證響應面結果的可靠性，2018年8月中旬，在江蘇省揚州市揚州大學機械工程學院實驗室內進行了香菇擠壓膨化的驗證試驗與實驗室現有設備的對比試驗。實驗室內設備為普通雙螺桿擠壓膨化設備，無混合物料攪拌防堵裝置與蒸汽預熟裝置。工作時，需人工提前對香菇物料進行混合，然后放入輸送裝置內進行輸送喂入，且輸送過程無蒸汽預熟工藝處理，直接進入擠壓膨化腔內進行擠壓膨化。

將兩臺設備工作參數都設置為螺桿轉速170 r/min，膨化溫度150 ℃，物料含水率17%，同時進行生產率測定，如圖7所示。根據上述設定的試驗條件，通過3次試驗，測得香菇雙螺桿擠壓膨化設備的最大生產率為165 kg/h，最小為132 kg/h，符合樣機生產率設計要求，結果如表7。

圖7 性能試驗

表7 試驗對比結果

通過表7的試驗結果可知，在設定的試驗參數組合下，香菇的膨化率4.00%，硬度17.97 N，脆度?8.81 mm/cm2，吸水性302.84%，試驗值與模型預測的優化值相對誤差均小于4%，基本達到預期目的，參數優化模型合理。同時，香菇雙螺桿擠壓膨化設備與實驗室內的現有設備相比，在提高物料送料的連續性與調質熟化度的基礎上，膨化率提高25.00%，硬度降低48.21%、脆度提升40.55%、吸水性提高62.35%，測試試驗如圖7所示。

5 結 論

1）設計的喂料攪拌防堵裝置與蒸汽預熟調質裝置實現物料穩定送料與均勻調質，提高設備產品產量與質量。

2）通過Design-Expert軟件進行三因素三水平響應面試驗分析，得出影響香菇膨化率的顯著性順序依次為螺桿轉速、物料含水率、膨化溫度；影響香菇硬度的顯著性順序依次為螺桿轉速、膨化溫度、物料含水率；影響香菇脆度的顯著性順序依次為膨化溫度、物料含水率、螺桿轉速；影響香菇吸水性的顯著性順序依次為膨化溫度、物料含水率、螺桿轉速。

3）對回歸方程多目標函數優化分析，得出設備最佳工作參數組合為：螺桿轉速為167.23 r/min，膨化溫度為151.68 ℃，物料含水率為16.83%，在此最佳工作參數下的香菇膨化率4.04%，硬度18.61 N，脆度?8.46 mm/cm2、吸水性313.86%。將優化后參數應用于香菇擠壓膨化加工設備上進行生產驗證，現有設備相比，在提高物料送料的連續性與調質熟化度的基礎上，膨化率提高25.00%，硬度降低48.21%、脆度提升40.55%、吸水性提高62.35%，表明優化后的參數可指導香菇擠壓膨化機的實際生產。

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Design and test of twin screw extruder for Lentinus edodes

Wang Mingyou, Song Weidong※, Ding Tianhang, Wang Jiaoling, Zhou Dehuan, Wu Jinji

(210014,)

China is the largest producer and exporter of Lentinus edodes in the world. To improve its market value, twin-screw extrusion and expansion machine has been developed to further process the Lentinus edodes. To resolve the problems of blockage, low prematurity and missing operation parameters of this machine in producing Lentinus edodes pufferent, we presented an improved twin-screw extrusion and expansion machine in this paper to lower puffer ability, improve water absorption and reduce its hardness. The equipment consists of a frame, a mixing device, a feeding device, a tempering device, a heating device, an extruding and bulking device and a rotary cutting device. It is equipped with a cooling system, a lubricating system, a transmission system, a control system and a pressure detection system. Design and determination of the anti-blocking device for the feed mixing device, the pre-maturing and tempering device, and the structural parameters of the twin screw were conducted. In order to investigate the influence of operation parameters on swelling performance of the product, the Box-benhnken combined test method was used to study the working parameters of the double screw extruder. The effects of screw speed, extrusion temperature and water content on the swelling rate, hardness, brittleness and water absorption of the expanded product were analyzed, and the determinants were optimized. The results showed that, based on the level of the significance, 1) factors affecting the expansion rate were ranked in material water content > expansion temperature > screw speed, 2) factors affecting hardness were ranked in material moisture content > screw speed > swelling temperature, 3) factors affecting brittleness were ranked in material moisture content > screw speed, 4) factors affecting water absorption were ranked in material moisture content > swelling temperature > screw speed. The optimal operating parameters were: screw speed 167.23 r/min, swelling temperature 151.68℃, material moisture content 16.83%. Under these conditions, the swelling rate, hardness, brittleness and water absorption of the product were increased by 4.04%, 18.61 N, -8.46 mm/cm2and 313.86% respectively, compared to the traditional machine. Practical application of the optimized parameters revealed that the error between the optimized productivity and real productivity was less than 4%, with the maximum productivity being 165 kg/h. Compared with the existing equipment in the laboratory at School of Mechanical Engineering in Yangzhou University, the designed machine increased the swelling rate, brittleness, water adsorption and brittleness by 25.00%, 40.55% and 62.35% respectively, while reducing the hardness by 48.21%. Therefore, the design of this machine can provide relatively mature technical equipment for the development of mushroom swelling products.

agricultural products; processing; machines; Lentinus edodes; extrusion; design

2019-07-31

2020-01-20

中國農科院創新工程特色農產品干制與加工團隊、中央級公益性科研院所基本科研業務費（S201617）聯合支持。

王明友，助理研究員，主要從事食用菌生產與加工技術裝備研究。Email：wmyss@126.com

宋衛東，研究員，主要從事食用菌生產加工技術裝備研究。Email：songwd@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.05.034

TS203; TS201.1

A

1002-6819(2020)-05-0293-09

王明友，宋衛東，丁天航，王教領，周德歡，吳今姬. 香菇雙螺桿擠壓膨化機的設計與試驗[J]. 農業工程學報，2020，36(5)：293－301. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.05.034 http://www.tcsae.org

Wang Mingyou, Song Weidong, Ding Tianhang, Wang Jiaoling, Zhou Dehuan, Wu Jinji. Design and test of twin screw extruder for Lentinus edodes[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(5): 293－301. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.05.034 http://www.tcsae.org