第一章-超微粉碎

食品工程新技术•粉碎造粒新技术--微粉碎超微粉碎、微胶囊造粒技术•能源新法应用--远红外、微波、油炸、过热蒸汽•包装杀菌新技术--高频电阻焊制罐、无菌包装、蒸煮袋与软罐头、超高温杀菌、欧姆杀菌和高压杀菌•分离新技术--膜分离、超临界萃取、液膜分离•保鲜新技术--气调保鲜、电离辐射保鲜•冷冻关联技术--冷冻浓缩、冷冻干燥、流化速冻、冷冻粉碎•质构调整技术--蒸煮挤压、气流膨化•生物技术--酶反应、微生物反应、细胞培养、基因工程、蛋白质工程本课程主要内容第一章微粉碎和超微粉碎技术第二章微胶囊造粒技术第三章远红外线应用第四章微波应用第五章水油混合深层油炸和真空油炸第六章蒸煮袋和软罐头第七章食品超高压技术第八章气调保鲜技术第九章流化速冻第十章蒸煮挤压与气流膨化教材与参考书教材：《现代食品工程高新技术》高福成主编中国轻工业出版社主要参考书：《食品工业新技术》《高压食品加工技术》《膜分离技术基础》《微波技术在食品工业中的应用》《食品杀菌新技术》《果蔬采后生理》第一章微粉碎和超微粉碎超微粉碎是近20年迅速发展起来的一项高新技术，能把原材料加工成微米级甚至纳米级的微粉，已经在各行各业得到了广泛的应用。如：巧克力、膳食纤维、功能性食品物料等第一节关于粉碎的一般问题一、粉碎的定义•粉碎：是用机械力或流体动力的方法来克服物料内部凝聚力使之破碎的单元操作。•习惯上有时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粉的操作称为磨碎或研磨，两者又统称粉碎。•超微粉碎：利用机械或流体动力的方法克服固体内部凝聚力将物料加工粉碎至超微粉体大小的过程。一般将加工0.1-10μm超微粉体的粉碎技术称为超微粉碎。•超微粉体是超微粉碎的最终产品，按大小超微粉体包括微米级、亚微米级和纳米级的微粒：•微米级：粒径1～100μm的粉体•亚微米级：0.1～1μm的粉体•纳米级：0.001～0.1μm(1～100nm)。•一般所指的超微粉体是指粒径小于25μm的粉体•工业上所称的超微粉体为d97＜10μm的粉体。•超微粉体颗粒的比表面积、表面能、孔隙率大，因此超微粉体具有独特的物理和化学性质，如良好的溶解性、分散性及吸附性等。•不可消化部分被加工成超微粉体后就可能被人体吸收。•超微化食品具有很强的表面吸附力和亲和力，因此具有很好的固香性、分散性和溶解性，也容易为人体所吸收消化。•目前，日本、美国市场上销售的果味凉茶、冻干水果粉及超低温速冻龟鳖粉等食品都是应用超微粉碎技术加工而成的。国内从20世纪80年代开始也将此技术应用于花粉破壁。二、粉碎的分类根据被粉碎物料和成品粒度的大小，粉碎可分为：•粗粉碎原料粒度在40～1500mm范围内，成品颗粒粒度约5～50mm；•中粉碎原料粒度10～100mm，成品粒度5～10mm；•微粉碎(细粉碎)原料粒度5～10mm，成品粒度100μm以下；•超微粉碎原料粒度0.5～5mm，成品粒度在10μm以下。三、超微粉体的特性粉体物料最主要和最重要的质量指标之一是其粒度。超微粉体的特点：•颗粒细微•物料比表面积和孔隙率大幅度的增加•具有独特的物理和化学性质，如良好的溶解性、分散性、吸附性、沉降速度、流变性、化学反应活性等，超微粉碎加工对食品物料性能的影响•提高植物原料中有效成分的释放速度和释放量。超微粉碎的物料基本上无完整的细胞存在•提高原料中有效成分的生物利用度。可溶性和不溶性成分的吸收率•赋予产品细腻的口感。如巧克力、牛奶、植物蛋白饮料等•提高产品的稳定性如巧克力、牛奶、植物蛋白饮料等•改善原料的加工性能。如早籼米超微粉糊化温度、糊化液透光率和冻融稳定性降低；酶解速度、糊化液热稳定性、冲调性能、溶解度提高。经超微粉碎的食品在人体内的吸收较快、较充分。如：常规方式粉碎颗粒粒度大，造成三难（难释放、难吸附、难吸收），使营养成分或活性成分生物利用度降低。超微粉碎后，仅有极少量完整细胞存在，形成三易三高（易释放、易吸附、易吸收、释放速度高、释放量高、吸收率高）。四、超微粉碎技术在食品工业中的应用在食品应用中的分类：•水果蔬菜类：桔子粉、苹果粉、梨粉、胡萝卜粉、南瓜粉、芹菜粉、菠菜粉等•肉类：牛肉粉、鸡肉粉、猪肉粉、虾粉等•香辛调味料类：姜粉、蒜粉、胡椒粉、辣椒粉、香菇粉等•粮食淀粉类：糯米粉、玉米淀粉、黄豆粉、绿豆粉、红豆粉、麦麸粉、花生粉等•营养强化类：骨粉、海带粉、胡萝卜粉、花粉等•叶类：茶叶粉、桑叶粉、银杏叶粉、绞股兰粉等•药食兼用中药材保健食品类：甘草类、菊花粉、陈皮粉、麦冬粉、杏仁粉、首乌粉、当归粉等例1：贝壳类产品、畜骨粉加工•贝壳中含有极其丰富的钙，在牡蛎的贝壳中，含钙量超过90％以上。利用超微粉碎技术，将牡蛎壳粉碎至很细小的粉粒，用物理方法促使粉粒的表面性质发生变化，可以达到牡蛎壳更好地被人体吸收利用的目的。此外来源于节肢动物的蟹壳、虾壳、虾皮等也可以采用超微粉碎的方法来进行粉碎得到超微粉末，用于补钙产品或其他用途。如采用工艺：壳类原料→清洗→干燥→初步粉碎→超微粉碎→产品•超微骨粉•采用工艺：鲜骨→清洗→破碎→粗碎→细碎→脱脂→超微粉碎→干燥灭菌→产品•超微骨粉不仅Ca、P等矿质元素含量高，生物利用率高，而且蛋白质含量高、脂肪含量低例2：膳食纤维的加工•膳食纤维按其溶解的特性可分为水溶性纤维和水不溶性纤维两大类。水溶性纤维是指植物细胞壁内的贮存物质和分泌物，主要包括果胶、树胶、葡聚糖、瓜尔豆胶等；水不溶性纤维主要是细胞壁的组成成分，包括纤维素、半纤维素、木质素等。•膳食纤维经过超微粉碎后持水力和膨胀力增加。不溶性膳食纤维的溶肠通便的能力增加，水溶性膳食纤维溶解性和分散性增加，品质、口感和吸收性能明显改善。制备膳食纤维的一般工艺（以甘蔗渣为例）：•原料清理→粗粉碎→浸泡漂洗→脱除异味→漂白脱色→脱水干燥→微粉碎→功能活化→超微粉碎→膳食纤维超微粉•备选原料：甘蔗渣、苹果渣、蔬菜渣等。例3：巧克力的生产•巧克力属于超微颗粒的多相分散体系，糖和可可作为分散相分散于油脂连续相内。•巧克力一个重要的质构特征是口感特别细腻滑润，这主要取决于配料的粒度。巧克力生产的工艺流程：•可可豆→发酵→干燥→分级→清理→焙炒→簸筛→初粉碎(初磨)→混合配料→精磨(超微粉碎)→精炼→调温→浇模→振模→硬化→脱模→包装→成品例4：调味料的生产•对调味料的细微化可以在保证发挥风味的条件下减少用量。而且，超微粉碎后的调味料粒度细、分布窄、质量均匀、表面活性高、溶解性大、分散性好，其流动性、溶解速度和吸收率均有所增大，入味效果也得到改善，大大提高了其使用效果。•调味品微粉的众多孔隙可以造成集合孔腔，吸收容纳的香气经久不散，这是重要的固香方法之一，因此超微粉调味品的香味和滋味更浓郁、突出。例5：软饮料的生产•利用超微粉碎技术，可开发出不同的软饮料，如速溶粉茶、豆类固体饮料、速溶豆精等。•传统的饮茶方法是用开水冲泡茶叶，但是人体并没有完全吸收茶叶的全部营养成分，一些不溶性或难溶的成分，诸如维生素A、K、E及绝大部分蛋白质、碳水化合物、胡萝卜素以及部分矿物质等，都大量留存于茶渣中，大大影响了茶叶的营养及保健功能。•在速溶茶生产中，传统的方法是通过萃取将茶叶中的有效成分提取出来，然后浓缩、干燥制成粉状速溶茶。•如果将茶叶在常温、干燥状态下采用超微粉碎仅需一步工序便可得到超微粉茶产品，大大简化了生产工序。•超微茶粉就是用中低档茶鲜叶，经蒸汽杀青、烘干等工艺处理后，再超微粉碎成纯天然茶叶超微细粉。•超微茶粉不仅可以直接冲饮，还可加入主料中制成茶面包、茶蛋糕、茶米粉、茶糖果、茶冰棋淋等食品，改“饮茶”为“食茶”。•在牛奶生产过程中，利用均质机能使脂肪明显细化。若98％的脂肪球直径在2μm以下，则可达到优良的均质效果，口感好，易于消化。•植物蛋白饮料是以富含蛋白质的植物种子和各种果核为原料，经浸泡、磨浆、均质等操作单元制成的乳状制品。磨浆时用胶体磨将颗粒磨至粒径为5～8μm，再均质为1～2μm。在这样的粒度下，可使蛋白质固体颗粒、脂肪颗粒变小，从而防止蛋白质下沉和脂肪上浮。第二节粉碎理论一、物料的力学性质•硬度：在固体表面产生局部弹性变形所需的能量，有软、硬之分。是粉碎作业程序、选择设备类型和尺寸的主要依据。对于特别硬的物料用挤压和冲击比较有效。•强度：物料抵抗塑变的能力，有强、弱之分。通常以物料破坏时单位面积上所受的力即N/m2或Pa来表示。按材料内部的均匀性和有否缺陷分为•理论强度：指不含任何缺陷的完全均质材料的强度，它相当于原子、离子或分子间的结合力。•实际强度：材料的实际强度往往远低于其理论强度，一般地，实测强度为理论强度的1/100-1/1000。•脆性：从变形方面看，脆性反映了物料塑变区域的长短。有脆性和可塑性之分。对于脆性物料以劈裂、冲击为宜。•韧性：是一种抵抗物料裂缝扩展能力的特性。韧性越大，则裂缝末端的应力集中就越容易得到缓解。对于韧性大的物料以研磨和剪切较好。对于具体物料来讲，强度越大、硬度越高、韧性越大、脆性越小的物料，其破坏所需的变形能就越大，物料不容易粉碎和研磨。纤维含量高的物料，具有什么典型的力学性质？采用何种粉碎力适宜？二、粉碎力的种类和形式绝大多数固体物质都是借助于化学键将质点联系在一起的，因此其变形与破坏也必然与化学键的类型及其力学性质有密切关系。物料粉碎时所受到的作用力包括挤压力、冲击力和剪切力（摩擦力）根据施力种类与方式的不同，物料粉碎的基本方法包括：•压碎：物料受两平面间缓慢增加的压力作用，使之由弹性变形或塑性变形而至破裂粉碎。•这种粉碎方式多用于脆性大块物料，具有韧性或塑性的物料，则可产生片状，例如轧制麦片、米片以及油料轧片等。•劈碎：物料受楔状工具的作用而被分裂。•多用于脆性物料的破碎。•拆断（或剪碎）：被粉碎的物料两个工作面之间相当于承受集中载荷的两支点或多支点梁，当物料内的弯曲应力达到物料的弯曲强度极限时而被拆断。•多用于硬、脆性大块物料的破碎，例如榨油残渣油饼的粉碎。•磨碎：物料在两个研磨体之间受到摩擦、剪切作用而被磨削为细粒。•是一种既有挤压又有剪切的复杂过程•多用于小块物料或韧性物料的粉碎，如对辊磨粉的磨碎过程。•冲击破碎：物料在瞬向受到外来的冲击力而被破碎。•适用于质量较大的脆性物料，且从较大块的破碎到微细粉碎均可以使用，而且可以粉碎多种物料。•最典型的锤式粉碎机在食品工业中用得很多。第三节超微粉碎的方法•干法超微粉碎•气流式•高频振动式•旋转球磨式•转辊式•湿法超微粉碎•搅拌磨•行星磨•胶体磨•均质机气流式以压缩空气或过热蒸汽，通过喷嘴产生的超音速高湍流气作为颗粒的载体，颗粒与颗粒之间或颗粒与固定板之间发生冲击性积压、磨擦和剪切等作用从而达到粉碎的目的。2AB10型气流粉碎机AB10型气流粉碎机球磨机搅拌磨振动磨冷冻粉碎利用物料在低温状态下的“低温脆性”，即物料随温度的降低，其硬度和脆性增加，而塑性和韧性降低。在一定温度下用一个很小的力就能将其粉碎。对含油脂、糖分、水分多的物料特别有效第四节粒度分布与测定•粉体：就是大量固体粒子的集合系。它表示物质的一种存在状态，既不同于气体、液体，也不完全同于固体。•粒径：是粉体最重要的物理性能，对粉体的比表面积、可压缩性、流动性和工艺性能有重要影响。一、粉体颗粒的粒度•粒度：颗粒所占空间的线性尺寸。•粒度的表示方法：等效粒度•体积直径：某种颗粒所具有的体积用同样体积的球来与之相当，这种球的直径，就代表该颗粒的大小，即体积直径。•表面积直径：某种颗粒所具有的表面积用同样表面积的球来与之相当，这种球的直径，就代表该颗粒的大小，即表面积直径。•Stoke’s直径：某种颗粒所具有的沉降速度用同样沉降速度的球来与之相当，这种球的直径，就代表该颗粒的大小，即Stoke’s直径。•电阻直径：在相同条件下与实际颗粒产生相同电阻效果的球形颗粒的直径。库尔特法所测的粒径为电阻直径。二、粉体颗粒的粒度分布•粒度分布：用特定的仪器和方法反映出的不同粒径颗粒占粉体总量的百分数。分为频率分布和累积分布。•频率分布：表示与各个粒径相对应的粒子占全部颗粒的百分含量。•累积分布：表示小于（或大于）某