食品加工新技术之――超微粉碎技术

食品加工新技术第一章超微粉碎技术植物花粉，被誉为“微型营养宝库”，对人体有优良的保健作用，但花粉的单体都具有坚硬的外壳，直接服用则无法被人体吸收。而经过超微粉碎，使花粉破壁，有效成分得以完全释放，可直接被人体所吸收。超微粉体技术是近几十年来新兴的一门科学技术，它源自古老的传统粉碎技术。所谓“超微粉体”，通常的习惯做法是小于30um以下的粉体，即称之为“超微粉体”。独特的物理化学性能：分散性、吸附性、亲和力、溶解性等。改善食品的口感：从感觉上消失了不良的颗粒感。食品成分被充分利用：骨、壳、纤维等也可以通过超微粉化而被人体吸收或利用。食品的改进或创新：日果味凉茶、冻干水果粉、超低温速冻龟鳖粉等。食品加工过程或工艺产生革命性的变化：如速溶茶。超微粉碎是指利用机械或流体动力的方法克服固体内部凝聚力使之破碎，从而将3毫米以上的物料颗粒粉碎至10-25微米的操作技术。超微细粉末是超微粉碎的最终产品，具有一般颗粒所没有的特殊理化性质，如良好的溶解性、分散性、吸附性、化学反应活性等。定义本章内容1.2.湿法粉碎技术与设备3.超微粉碎技术及其应用食品粉碎方式与理论4.干法粉碎技术与设备第一节食品粉碎方式与理论粉碎是用机械力的方法来克服固体物料内部凝聚力达到使之破碎的单元操作。将大块物料分裂成小块物料的操作称为破碎将小块物料分裂成细料的操作称为磨碎或研磨，两者又统称粉碎食品粉碎的目的减小固体尺寸01控制多种物料相近的粒度02减小体型，加快干燥脱水速度03保证粉料和粒料的容积质量04使原料颗粒内的成分进行分离05粗粉碎粉碎中粉碎微粉碎超微粉碎根据被粉碎物料和成品粒度的大小成品粒度在10-25μm以下食品粉碎方式挤压粉碎弯曲折断粉碎剪切粉碎撞击粉碎粉碎方式研磨粉碎物料粉碎时的主要作用力挤压力冲击力剪切力弯曲、扭转作为附带的作用力在实际粉碎操作中，是上述几种力的综合。粉碎消耗能量物料粉碎的机理？作用力由粉碎机的部件传给物料当局部积蓄的变形能超过某临界值时，裂解就发生在脆弱的断裂线上物料受各种力作用后，首先产生各种应变并以各种形式的变形能积蓄于物料内部包埋法粉碎需要的能量裂解发生后出现新表面所需的表面能裂解发生前的变形能为什么粉碎操作随着粒度减小而粉碎愈加困难？到达临界状态的变形能之所以与颗粒的体积有关，是因为体积越大，脆弱点存在的可能性愈大。故大颗粒所需的临界压力就比小颗粒小，因而消耗的变形能也就较少。粉碎规则与粉碎操作基本原则：粉碎物料只需粉碎到需要的或适于下一工序加工的粉碎比，后应立即使物料离开粉碎机。在粉碎操作的前后，都要过筛，以免引起过度粉碎，降低粉碎机的生产能力。当所需粉碎比较大时，应分成几个步骤进行粉碎，实验证明当粉碎比在4左右时，操作效率最高。操作过程尽可能单一，不应添加其他操作。首先要考虑的是采用何种粉碎方法或设备，取决于被粉碎物料的大小和所要求的粉碎比及物料的物性，而其中物料的硬度和破裂性是最为重要的考虑因素。粉碎操作开路粉碎干法粉碎操作闭路磨碎滞塞进料自由压碎开路磨碎物料加入粉碎机中经过粉碎作用区后，即作为制品卸出，粗粒不再循环。制品粒度分布很宽，能量利用不充分。自由压碎可以保持物料在作用区的停留时间很短，限制了不必要细粒的粉碎，减小了过细的粉末形成。滞塞进料利用机器出口插入筛网，限制制品的卸出。因物料在粉碎作用区停留时间长，细粒会受到过度粉碎，功率消耗大。闭路破碎是从粉碎机出来的物料先经分粒系统，分出过粗的物料粒，再重新回入粉碎机，粉碎机的工作只是针对较大的颗粒，物料在粉碎作用区中的停留时间短。湿法破碎：被处理的物料悬浮于载体液流中进行粉碎载体水（同时能作为硬度降低剂）表面活性剂湿法粉碎与干法粉碎的优缺点优点湿法粉碎更易获得更细的制品缺点湿法粉碎能耗大，设备的磨损较严重对象：在常温下有热塑性或非常强韧、粉碎有困难的物料，当其冷却到低温时，物料成为脆性物料可进行相应的粉碎。低温粉碎助磨剂PD-2粉体助磨改性剂概念：在粉碎中，能够显著提高粉碎效率或降低能量消耗的化学物质（固态、液态或气态化学物质）助磨剂在超微粉碎中的意义特别大超微粉碎的能量消耗较高，能量利用率很低助磨剂的作用原理吸附降低硬度学说列宾捷尔效应威斯特沃德效应矿浆流变学调节学说两种学说助磨剂的分类与应用液体气体固体选择助磨剂的条件具有选择性的良好分散作用能够调节浆料的粘度具有较强的抗Ca2＋，Mg2＋的能力受pH的影响较小助磨剂的分子结构要与物料的物理化学环境相适应助磨剂尚未在粉碎工业推广使用经济因素环保要求只有在粉碎粒度细，研磨浓度高或浆料粘度大大增加时，使用才能取得显著的效果大多数助磨剂的用量要求较严，用量的控制粉碎过程相当复杂，助磨剂的添加缺乏规范的实验技术。第二节干法粉碎技术与设备锤式粉碎技术与设备供料装置排料装置机体转子筛片齿板系统组成粉碎过程物料从喂料口进入粉碎室，受到高速回转锤片的打击而破裂，以较高的速度飞向齿板，与齿板撞击进一步破碎，如此反复打击、撞击，使物料粉碎成小碎粒。在打击、撞击的同时物料还受到锤片端部与筛片的摩擦、搓擦作用而进一步粉碎。工作过程由两方面构成物料受锤片的冲击作用锤片和物料、筛片和物料以及物料间的摩擦作用脆性物料——受冲击作用而粉碎韧性大的物料——受摩擦作用而粉碎提高锤式粉碎机生产性能的手段提高筛子的筛落能力在结构设计上，要尽可能破坏物料的环流层，使细粒能及时排出，避免重复而无效的过度粉碎供料装置粉碎机对喂入量的要求是均匀连续地供料，以保证粉碎机在额定负荷下稳定工作。包括:螺旋供料器电磁震动供料器自动控制给料器作用：保证物料顺利喂入粉碎室，防止颗粒向进口飞溅的反料和物料喂入粉碎室的架空现象，同时将被粉碎直穿过筛孔的物料归集，使之从下部排料口顺利排出机壳材料低碳钢中碳钢特种铸铁表面硬化处理的材料锤片齿板的作用：阻碍环流层的运动，降低物料在粉碎室内的运动速度，增强对物料的碰撞、搓擦和摩擦作用齿板及筛片自重落料气力输送机械输送排料装置气流粉碎技术与设备气流粉碎的原理利用空气、水蒸气或其它气体通过一定压力的喷嘴喷射产生高度的湍流和能量转换流，物料颗粒在这高能气流作用下悬浮输送，相互发生剧烈的冲击、碰撞和摩擦，加上高速喷射气流对颗粒的剪切冲击作用，使得物料颗粒间得到充分的研磨而粉碎成细小粒子。处理量大，产品粒度细且均匀气流粉碎分级机QLM-3型气流粉碎分级机QLM-6型气流粉碎分级机QLM-10型气流粉碎分级机QLM-20型气流粉碎分级机QLM-40型气流粉碎分级机粉碎比大，粉碎颗粒成品的平均直径在5μm以下粗粒由于受到离心力作用不会混到细粒成品中，保证了成品粒度的均匀一致。粉碎设备结构紧凑、磨损小，易实现无菌操作卫生条件好压缩空气膨胀使会吸收很多能量产生制冷作用造，所以适应于对热敏性物料的超微粉碎的加工易实现多单元联合操作气流粉碎的特点环形喷射式气流粉碎机（通过喷嘴形成的射流）气流粉碎设备叶轮式气流粉碎机（通过叶轮形成的循环气流产生冲击和碰撞等力将物料进行粉碎）叶轮式气流粉碎机的特点功率消耗降低设有内分级叶轮和排渣机构，极大地提高了成品的纯度整个系统可在负压下操作操作简便振动粉碎技术与设备破碎比高，粉碎时间很短在影响粉碎的主要因素中，振动幅度等可任意改变，可获得期望的粒度适应性强缺点：进料粒度不能过大优缺点依靠磨机系统的振动，使研磨体得到加速度运动而冲击和研磨物料的一种超细磨设备。第三节湿法粉碎技术与设备适用范围：Title粉碎对象为固液混合体系时，如将其干燥后粉碎，既增加了加工的能量消耗，另外，许多物料在液体体系中处于溶胀状态，质地柔软，易于加工高压均质机胶体磨胶磨自分离磨胶搅拌磨湿法粉碎设备超声均质机多组分的液体体系质地柔软的固体体系固液分离的加工湿法超微粉碎加工原理高压均质技术与设备利用高压使得液料高速流过狭窄的缝隙物料受到强大的剪切力、对金属部件高速冲击而产生强的撞击力以及因静压力突降与突升而产生的空穴爆炸力等综合力的作用把原先颗粒比较粗大的乳浊液或悬浮液加工成颗粒非常细微的稳定的乳浊液或悬浮液的过程作用大大提高食品的匀细度，防止或减少液体食品物料的分层，改善外观、色泽及香度，提高食品质量，增加经济效益。胶体磨（分散磨）及其磨浆设备一个固定的磨体（定子）一个高速旋转的磨体（转子）胶体磨工作构件两磨体之间有一个可以调节的微小间隙物料通过两转子之间的间隙时工作原理产生了急剧的速度梯度，而使物料受到强烈的剪切、摩擦和湍动附着于转子面上的物料速度最大，而附着于定子面上的物料速度为零可通过调节两磨体间隙，达到控制成品粒径的目的在极短时间内实现对悬浮液中的固体进行超微粉碎作用，同时兼有混合、搅拌，分散和乳化作用效率和产量高加工精度较高结构简单、操作方便，占地面积小胶体磨的特点用胶体磨加工的品种：红果酱胡萝卜酱果汁实用油巧克力牛奶豆奶山楂糕桔皮酱调味酱料乳白鱼肝油自分离式磨浆机工作原理123物料进入两个相对高速转动的磨盘之间部分受到磨纹的碾磨，大部分由于物料本身的相互挤压、摩擦而破碎浆料最后经精磨区流出，由于精磨区的间隙较小而使物料进一步细化良好的磨浆机在具体结构设计方面必须满足以下几点：物料必须连续而均匀地供入磨浆机一物料在磨碎过程中必须布满盘面空间，并连续运动二磨盘必须耐磨，以延长使用周期三磨盘上的气孔座尽量少，最好无气孔，以方便清洗和防止细菌污染四要求主轴和间磨室壳体有足够的刚度，磨盘要有足够的动平衡，机座要紧固五必须要有冷却措施六搅拌磨与超声波均质机搅拌磨粉碎原理研磨介质基本组成在分散器高速旋转产生的离心力作用下研磨介质和液体颗粒冲向容器内部，产生强烈的剪切、摩擦、冲击和挤压等作用力使浆料颗粒得到粉碎。玻璃珠、钢珠、氧化铝珠、天然砂子研磨容器、分散器、搅拌轴、分离器、输料泵超声波均质机利用超声波在遇到物体时会迅速地交替压缩和膨胀的原理实现物料在超声波的作用下，当处在膨胀的半个周期内，物料受到拉力呈气泡膨胀当处在压缩的半个周期内，气泡则收缩，当压力变化幅度很大且压力差低于气泡承受的最大压差时，被压缩的气泡会急剧崩溃，在料液中会出现空穴现象，这种现象又随着振幅的变化和外压的不平衡而消失在空穴消失的瞬时，液体周围引起非常大的压力和温度增高，起着非常复杂而强力的机械搅拌作用，以达到均质的目的原理超微粉碎的技术特点4速度快,时间短,可低温粉碎，最大限度地保留粉体的生物活性成分1235粒径细且分布均匀，增加了微粉的比表面积,使吸附性、溶解性等亦相应的增大节省原料,提高利用率减少污染提高发酵、酶解过程的化学反应速度6利于机体对食品营养成分的吸收粉碎极限在一定的粉碎条件和粉碎环境下，经过一定的粉碎——团聚的动态平衡过程，在这种情况下，超微物料的粉碎速度趋于缓慢，即使延长粉碎时间（继续施加机械应力），物料的粒度也不再减少，甚至出现“变粗”的趋势。粉碎过程机械化学效应超微粉碎过程不仅仅是粒度减少的过程，同时，还伴有随着粉碎物料晶体结构和物理化学程度的变化超微粉碎的过程特点超微粉碎过程最主要的特点第四节超微粉碎技术的应用我国对于牡蛎等海产品的加工仅仅局限于其可食用的肉部分，对于质量占牡蛎60％以上的牡蛎壳的加工却很少涉及。贝壳中含有极其丰富的钙，在牡蛎的贝壳中，含钙量就超过90％以上。利用超微粉碎技术，将牡蛎壳粉碎至很细小的粉粒，促使粉粒的表面性质发生变化，可以达到牡蛎壳更好的被人体吸收利用的目的。我国年产花生约1000万吨，而花生壳、菜壳约占总重的25％以上，其中含粗蛋白质4.9％、粗纤维68.4％。经过处理加工成膳食纤维以后，可以用作蜜糖的载体，加工特效食品等，最常见的是用于制作膳食纤维的饼干、加工高纤维低热量的面包、加工韧性良好的面制品。膳食纤维已受到世界各国营养学家的关注，被列为“第七大营养素”。膳食纤维是指不被人体消化的、以多糖碳水化合物与木质素为主体的高分子物质的总称。巧克力属于超微颗粒的多相分散体系，糖和可可以细小的质粒作为分散相分散于油脂连续相内。巧克力细腻滑润的口感特性起决定性作用的因素是巧克力配料的粒度。配料的平均力度在25微米左右，且其中大部