《超微粉碎上课用》PPT课件.ppt

第一章食品粉碎 造粒新技术 微粉碎与超微粉碎冷冻粉碎微胶囊造粒技术 粉碎操作在食品工业中的意义 减小粒度 加快溶解速度或提高混合均匀度 或重新赋形以改进食品的口感 增加表面积 减小体型 以加快干燥脱水速度 控制多种物料相近的粒度 防止各种物料混合后再产生自动分级的离析现象 选择性粉碎使原料颗粒内的成分进行分离 1 粉碎 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的单元操作 第一节粉碎理论 一 基本概念 2 粒度物料颗粒的大小称为粒度 对于球形原料来说 其粒度即为直径 对于非球形颗粒 则有以面积 体积或质量为基准的各种名义粒度表示法 3 粉碎级别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40 1500mm 成品粒度5 50mm 中粉碎 原料粒度10 100mm 成品粒度5 10mm 微粉碎 原料粒度5 10mm 成品粒度100 m以下 超微粉碎 原料粒度0 5 5mm 成品粒度10 25 m以下 4 粉碎比 度 粉碎前后的粒度比 粉碎比 3 30 超微粉碎比 300 1000对于一定性质的物料来说 粉碎比是确定作业程度 选择设备类型和尺寸的主要根据之一 5 粉碎规则基本原则 只需粉碎到所需的粉碎程度 而不作过度粉碎 具体粉碎规则如下 1 对粉碎物料只需粉碎到需要的或适合于下一工序加工的粉碎比 达到此程度后 立即使物料离开粉碎机 2 粉碎操作前后都要过筛 凡是能通过所需大小筛孔的物料 就不使它再通过粉碎机粉碎 以免引起过度粉碎 降低粉碎机的生产能力 3 当所需粉碎比较大时 应采取分级粉碎 4 粉碎过程尽可能单纯 不应合并其它操作 6 粉碎操作的方法 1 按照粉碎设备有无筛网及分粒循环系统 开路粉碎自由粉碎滞塞进料粉碎闭路粉碎 2 按照粉碎时物料的状态 干法粉碎湿法粉碎低温粉碎 二 粉碎理论1 粉碎力的种类与形式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 三种 根据施力种类与方式的不同 物料粉碎的基本方式包括压碎 劈碎 折断 磨碎和冲击破碎等形式 5 1 2 3 4 图1 1粉碎的基本方法 1 压碎 2 劈碎 3 折断 4 磨碎 5 冲击破碎 2 物料的力学性质 1 硬度物料硬度有硬与软之分 硬度越高表明物料抵抗弹性变形的能力越大 2 强度它是根据物料弹性极限应力的大小来划分的性质 有强与弱之分 强的材料抵抗塑变的能力越大 3 脆性它是根据物料塑变区域长短来划分的性质 有脆性和可塑性之分 4 韧性它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 3 物料在粉碎过程中的变化 1 粉碎至少需要两方面的能量 一是裂解发生前的变形能 二是裂解发生后出现新表面所需的表面能 2 作用力没有超过物料的弹性极限 物料就被迫变形或受到应力 当作用力超过弹性权限时 颗粒就会被粉碎 3 当粉碎发生时力的作用点就转移 释放出的应力能量一部分供给了新产生的表面 超过的部分表现为热 4 最有效的磨碎机只利用了不到1 的能量去粉碎颗粒和产生新表面 其余的能量则消耗于以下几个方面 未破碎颗粒的弹性变形 物料在粉碎室内的来回运转 颗粒之间的摩擦 颗粒和粉碎机之间的摩擦 发热 振动的噪音 传动机件和电动机的无效能耗 三 粒度分布的测定 1 筛选法2 显微镜法3 沉降法4 激光粒度测定法 第二节超微粉碎和微粉碎 一 超微粉碎的特点 速度快可低温粉碎粒径细且分布均匀节省原料 提高利用率减少污染 干法 超 微粉碎的种类 根据产生粉碎力的原理不同 干法超微粉碎可分为气流式 高频振动式 旋转球 棒 磨式 转辊式 锤击式和自磨式六大类 其中后五类又统称机械式 各种不同类型的超微粉碎 又包括若干种不同形式的具体设备 二 超微粉碎的原理 通过对物料的冲击 碰撞 剪切 研磨等手段 施于冲击力 剪切力或几种力的复合作用 达到超细粉碎的目的 其工艺过程有一次粉碎和二次粉碎 一次粉碎 是在一台设备上同时完成粉碎 筛选 分离 再粉碎的过程 二次粉碎 是先对物料进行粗粉碎 然后再采用超细粉碎机完成超细粉碎加工 其工艺流程大致为 原料 筛选 清洗 干燥 粗粉碎 超细粉碎 风选分级 超细粉体 三 超微粉碎的方法 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挤压 磨擦和剪切等作用从而达到粉碎的目的 AB10型气流粉碎机 气流式超微粉碎的特点 1 粉碎比大 粉碎颗粒成品的平均粒径在5 m以下 2 粉碎设备结构紧凑 磨损小且维修容易 但动力消耗大 3 在粉碎过程中设置一定的分级作用 粗粒由于受到离心力作用不会混到细粒成品中 这保证了成品粒度的均匀一致 4 压缩空气 或过热蒸汽 膨胀时会吸收很多能量产生致冷作用造成较低的温度 所以对热敏性物料的超微粉碎有利 5 易实现多单元联合操作 可利用热压缩气体同时进行粉碎和干燥处理 在粉碎同时能进行物料混合并可喷入所需的包裹溶液对粉碎颗粒进行包囊处理 6 易实现无菌操作 卫生条件好 三 超微粉碎的方法 借助与运动的研磨介质 磨介 所产生的冲击 以及非冲击式的弯折挤压和剪切等作用力 达到物料颗粒粉碎的过程 磨介式粉碎过程主要为研磨和摩擦 即挤压和剪切 其效果取决于磨介的大小 形状 配比 运动方式 物料的填充率 物料的粉碎力等特性 球磨机 搅拌磨 振动磨 高频振动式 1 磨介材料与形状研磨介质有钢球 钢棒 氧化铝球和不锈钢珠等 可根据物料性质和成品粒度要求选择磨介材料与形状 为提高粉碎效率 应尽量先用大直径的磨介 一般说来 磨介尺寸越小 则粉碎成品的粒度也越小 2 磨介的充填率振动磨磨介的充填率一般在60 80 范围内 物料充填率在100 130 之间 物料充填率与粉碎率 以单位时间内的比表面的增加来表示 之间的关系如图 当物料充填率高则粉碎率下降 但振动磨筒体内新生总表面积与粉碎率 纵坐标 和物料充填率 横坐标 的乘积成正比 物料充填率增加时 单位时间内新生的总表面在一定范围内仍是增加的 图1 6振动磨物料充填率与粉碎率的大致关系 旋转球 棒 磨式1 基本原理利用水平回转筒体中的球或棒状研磨介质 后者由于受到离心力的影响产生了冲击和摩擦等作用力 达到对物料颗粒粉碎的目的 它与前述高频振动式超微粉碎引发研磨介质产生作用力方式上存在差异 2 球 棒 磨机的优点 1 结构简单 设备可靠 易磨损的零构件的检查更换比较方便 2 粉碎效果好 粉碎比大 可达到300以上 粉碎物最小平均粒度可达到20 40 m以下 而且可迅速准确地加以调整粉碎物进度 3 应用范围广 适应性强 能处理多种物料并符合工业化大规模生产需求 4 能与其它单元操作相结合 5 干湿法处理均可 3 球 棒 磨机的缺点 1 粉碎周期长 效率低且单位产量的能耗大 2 研磨介质易磨损破碎 筒体也易被磨损 3 操作时噪音大 伴有强烈振动 4 湿法粉碎时不适合于粘稠浆料的处理 5 粉碎物粒度较振动磨的大 通常在40 100 m左右 因此更常用于微粉碎场合 四 超微粉碎的应用 通过对纤维的微粒化 能明显改善纤维食品的口感和吸收性 从而使食物资源得到了充分的利用 而且丰富了食品的营养 动物骨 壳 皮等通过超微粉碎后得到的微粉属有机钙 比无机钙容易被人体吸收 利用 蟹壳 虾壳 蛆 蛹等的超微粉末可用作保鲜剂 持水剂 抗氧化剂等 改性后还有许多其他功能特性 改善食品品质 改变传统工艺 降低生产成本软饮料加工 茶粉 植物蛋白饮料等巧克力生产 巧克力配料的精磨中药生产 促进药材成分的溶出 提高药效水产品深加工和水产饲料生产 食品资源的利用 一 超微或微粉碎技术在巧克力生产上的应用1 巧克力的组成成分连续相 油脂 分散相 糖 可可大部分可可 糖 乳等物质粒度在20 30 m之间 2 巧克力配料的粒度细腻滑润的口感 配料的平均粒度在25 m左右 粒径在15 20 m 当平均粒度 40 m时 就可明显感到粗糙感 这样巧克力的品质就明显变差 3 巧克力的生产流程 可可豆 发酵和干燥处理 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 4 可可豆的研磨可可豆肉是一种很难磨细的物质 豆肉大小不等 磨细一般分阶段进行 第一阶段 可先将可可豆肉单独磨成初浆料 称为初粉碎 或称初磨 浆料颗粒的粒度一般在50 120 m之间 第二阶段 初磨产品与其它配料混合 再次研磨至巧克力所需要的精细程度 此过程称为精磨 超微粉碎 5 影响巧克力细腻度的因素 1 精磨方式精磨方式主要是指精磨设备类型和操作程序 精磨设备的性能效率直接影响精磨过程的总效果 效率高的精磨设备一般都兼有以下特点 设备的材质应达到很高的硬度和耐磨性 较高的转速 较高的加工精密度和配备自动控制系统等 目前常用的设备是五辊和三辊精磨机 精磨的操作程序 调节摩擦间距 调节物料粘度 调节物料喂给量 控制操作温度 控制物料卸料量和控制物料细度等 2 精磨程度对设备而言 产品的细度与单位时间内获得的数量之间存在着相对平衡的关系 在精磨过程中 准确控制物料的精磨程度意味着在单位时间内能取得最高数量的优质产品 精磨程度不足或过度都会影响这一平衡关系的建立 在巧克力整个生产过程中 初磨和精磨均属于粉碎操作 精磨时间通常持续16 22h 此外 精炼时间持续24 72h 二 超微粉碎技术在功能性食品基料生产上的应用1 功能性食品就是强调其成分对人体能充分显示身体防御功能 调节生理节律 预防疾病和促进康复等有关功能的工业化食品 2 功能性食品基料功能性食品中真正起作用的成分称为生理活性成分 富含这些成分的物质即称为功能性食品基料 或称生理活性物质 具有生物活性的基料有 膳食纤维 真菌多糖 功能性甜味料 多不饱和脂肪酸酯 复合脂质 脂肪替代品 维生素 微量活性元素 活性肽 活性蛋白质 乳酸菌等十多大类 3 超微粉碎在膳食纤维生产上的应用 1 膳食纤维的生理功能 预防便秘 结肠癌 肠憩室 痔疮和下肢静脉曲张 降低血清胆固醇 预防由冠动脉硬化引起的心脏病 改善末梢神经组织对胰岛素的感受性 能调节糖尿病人的血糖水平 是一种无能量填充料 能防治肥胖症 膳食纤维的缺乏或不足还与某些疾病的发病率与发病程度有很大的关系 2 以蔗渣为原料生产膳食纤维的生产工艺流程蔗渣清理 粗粉碎 浸泡漂洗 异味脱除 二次漂洗 漂白脱色 脱水干燥 微粉碎 功能活化 超微粉碎 清理可使用的清理手段包括筛选 风选和磁选等 粗粉碎清理后的原料用粉碎机进行粗粉碎 粗碎蔗渣粒径控制在1 2mm以内 不可太细以利于后道处理的顺利进行 浸泡漂洗的目的在于软化蔗渣纤维 洗去残留在蔗渣上的可溶性糖分 浸泡时要不时搅拌 以利于残留糖分的溶出 异味脱除蔗渣带有明显的异味 异味脱除的方法有加碱蒸煮法 加酸蒸煮法 减压蒸馏脱气法等 漂白脱色经碱煮后的蔗渣色泽很深 可使用的脱色剂包括H2O2或C12等对其进行脱色 微粉碎经上述处理后的蔗渣通过离心或过滤后可得浅色湿滤饼 干燥至含水6 8 后进行微粉碎 以扩大纤维颗粒的外表面积 然后进行功能活化处理 活化处理包括两方面的内容 一是纤维内部组成成分的优化与重组 二是纤维某些基团的包囊 以避免这些基团与矿物元素相结合 影响人体内的矿物代谢平衡 超微粉碎降低粒度增大比表面积 这样产品的持水力和膨胀力会增大 同时又不致于造成粗糙的口感特性 五 前景展望 进一步开发保健滋补中药超微粉体开发新型的超微细中药散剂逐步开发超微细中药粉体疗效型化妆品及日用品促进食品工业的深加工 提高产品附加值 第三节湿法超微粉碎 湿法粉碎 将原料悬浮于载体液流 常用水 中进行粉碎 主要是用胶体磨和均质机粉碎 1 胶体磨 图1 18卧式 左 和立式 右 胶体磨结构示意图1 进料口2 转动件3 固定件4 工作面5 出料口6 锁紧装置7 调节环8 皮带轮 胶体磨又称分散磨 DispersionMill 工作构件由一个固定的定子和一个高速旋转转子所组成 两磨体之间有一个可以调节的微小间隙 当物料通过这个间隙时 由于转子的高速旋转 使附着于转子面上的物料速度最大 而附着于定子面的物料速度为零 这样产生了急剧的速度梯度 从而使物料受到强烈的剪切 摩擦 产生了超微粉碎作用 2 均质机均质机主要由均质阀和高压泵两部分组成 当高压物料在阀盘与阀座间流过时产生了急剧的速度梯度 速度以缝隙的中心为最大 而附于阀盘与阀座上的物料流速为零 由于急剧的速度梯度产生强烈的剪力 使液滴或颗粒发生变形和破裂以达到微粒化的目的 图1 9均质阀示意图1 进料口2 阀座3 挡板环4 弹簧5 调节阀柄6 阀盘7 出料口8 第一级阀9 第二级阀 第四节冷冻粉碎 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 冷冻粉碎技术 是利用冷冻与粉碎两种技术相结合 使食品原料在冻结状态下进行粉碎制成干粉的技术 一 冷冻粉碎的原理 物料的 低温脆性 与玻璃化转变现象密切相关 首先使物料低温冷冻到玻璃化转变温度或脆化温度以下 再用粉碎机将其粉碎 在食品和农产品快速降温过程中 会造成内部各部位不均匀的收缩而产生内应力 在内应力的作用下 物料内部薄弱部位微裂纹 并导致内部的结合力降低 在外部较小作用力就使内部裂纹迅速扩大而破碎 二 食品冷冻处理产生的变化 三 制冷剂的选择 制冷剂又称制冷工质 它是在制冷系统中不断循环并通过其本身的状态变化以实现制冷的工作物质 特点 1 沸点低 单位容积制冷能力大 2 安全性高 不燃烧 爆炸 无腐蚀性 处理方便 3 直接接触食品时 不影响食品的组成和品质 4 价格低廉 制冷剂的要求 凝固温度低 蒸发温度低 常用的低温液化气体 NH3 F 12 氮 四 冷冻粉碎的工艺流程 对含油脂 糖分 水分多的物料特别有效 2 粉碎机 锤式粉碎机 中硬或纤维物料 盘击式粉碎机 软质物料的中细和纤维质的解碎 辊齿粉碎机 辊磨机 用于胶质或粘稠度高的物质粉碎 附属设备 真空冷冻升华机 五 冷冻粉碎技术在食品中的应用 1 冷冻粉碎的优点 a 可以粉碎常温下难以粉碎的物质 b 可以制成比常温粉粒体流动性更好 粒度分布更理想的产品 c 不会发生常温粉碎时因发热 氧化等造成的变质现象 d 粉碎时不会发生气味逸出 粉尘爆炸 噪音等 2 冷冻粉碎在食品工业中的应用 谷物 产品粒度更细 水产品及畜产品 鱼贝类 内脏 皮腱等 果蔬类 冷冻粉碎后 进行连续冷冻干燥后处理制成干粉 其它 大豆 花生 可可豆 胡椒粉 杏仁等种籽类材料的冷冻粉碎 第五节微胶囊造粒技术 微胶囊 指一种具有聚合物壁壳的微型容器或包物 其大小一般为5 200 不等 形状多样 取决于原料与制备方法 微胶囊化 制备微胶囊的过程称为微胶囊化 微胶囊化技术 指将固体 液体或气体包埋在微小而密封的胶囊中 使其只有在特定条件下才会以控制速率释放的技术 其中 被包埋的物质称为芯材 包括香精香料 酸化剂 甜味剂 色素 脂类 维生素 矿物质 酶 微生物 气体以及其它各种饲料添加剂 包埋芯材实现微囊胶化的物质称为壁材 可用作微胶囊包囊材料的有天然高分子 半合成高分子和合成高分子材料 微胶囊 指一种具有聚合物壁壳的微型容器或包物 其大小一般为5 200 不等 形状多样 取决于原料与制备方法 微胶囊化 制备微胶囊的过程称为微胶囊化 微胶囊化技术 指将固体 液体或气体包埋在微小而密封的胶囊中 使其只有在特定条件下才会以控制速率释放的技术 其中 被包埋的物质称为芯材 包括香精香料 酸化剂 甜味剂 色素 脂类 维生素 矿物质 酶 微生物 气体以及其它各种饲料添加剂 包埋芯材实现微囊胶化的物质称为壁材 可用作微胶囊包囊材料的有天然高分子 半合成高分子和合成高分子材料 微胶囊 指一种具有聚合物壁壳的微型容器或包合物 微胶囊化 制备微胶囊的过程称为微胶囊化 微胶囊化技术 指将固体 液体或气体包埋在微小而密封的胶囊中 使其只有在特定条件下才会以控制速率释放的技术 基本概念 微胶囊的形状一般呈球形 肾形 粒状 块状等 囊壁可以是单层结构 也可以是多层结构 囊壁包埋的核心物质可以是单核的 也可以是多核的 微胶囊颗粒的大小一般都在5 200 m范围内 在某些应用中 这个范围可以扩大到0 25 1000 m 一 微胶囊造粒原理 芯材 被包埋的物质 壁材 包埋芯材实现微囊胶化的物质 芯材 可以是单一的固体 液体或气体 也可以是固液 液液 固固或气液混合体等 可以作为芯材的物质很多 如膳食纤维 活性多糖 SOD和免疫球蛋白等生物活性物质 氨基酸 维生素 矿质元素 食用油脂 酒类 微生物 细胞 甜味剂 酸味剂等 微胶囊的常用壁材 碳水化合物 麦芽糊精 玉米淀粉糖浆 具有高浓度时低粘度的特点 因此与其他具有乳化性的壁材配合后 可提高体系的固形物浓度 有利于降低干燥能耗 减少生产成本 环糊精 其分子中疏水性空腔能同具有一定大小与形状的疏水性分子形成稳定的非共价复合物 从而起到稳定心材 掩盖心材异味的作用 壳聚糖主要用在复凝聚法微胶囊技术纤维素及其衍生物主要用在水溶性食品添加剂如甜味剂 酸味剂以及酶或细胞的包埋剂 蔗糖具有溶解速度快 热稳定性高 价格低 来源广的特点 常被用来作为微胶囊的壁材 辛酰基琥珀酸酯化变性淀粉 具有乳化性能 这种淀粉分子结构中同时包含亲水亲脂基团 因此具备乳化心材的能力 同时还具备高固形物浓度时低粘度的特点 胶质 海藻胶 瓜儿胶 卡拉胶可分别用于高脂食品 风味料 汤料与果汁等的包埋剂 阿拉伯胶由于含有约1 左右具乳化性的蛋白质 能够乳化心材 而且溶解性能好 它主要应用在风味料的微胶囊化技术中 但阿拉伯胶的来源价格高且供应不稳定 黄原胶在溶液中粘度较大 利于改善乳状液的流变性 增加乳化体系的稳定性 此外 在体系固形物含量较低时添加适量的黄原胶 可以提高进料粘度 这对于喷雾干燥过程中形成较大的雾滴十分有利 来源广泛 成本较低 脂质 脂质一般用作喷雾冷却法微胶囊工艺的壁材 主要用于水溶性材料或固体物质等的微胶囊技术 以它为壁材的微胶囊产品在水中不溶解但具有一定条件释放的功能 卵磷脂应用于微胶囊技术的主要在于它在较低温度下就可形成卵磷脂胶束 因而可用于生物活性物质的微胶囊 卵磷脂作为乳化剂与其他壁材如聚乙烯复配可对甜味剂 风味料等进行微胶囊化 蛋白质 主要在于其乳化性能 能够在两相界面形成有良好粘弹性的界面膜 从而有效促进微胶囊过程 乳清蛋白能与麦芽糊精配合作为奶油或挥发性良好的微胶囊化壁材 大豆蛋白是一种分子量极大的球状蛋白 在制备O W乳状液时能定向吸附到油 水界面形成较强的界面膜 但乳化油滴过程中其球状结构的受热展开使大量憎水基团暴露 导致其在水相的溶解度大大下降 因此以其为主要壁材的微胶囊产品溶解性能欠佳 采用酶法改性提高其溶解性能 可作为水溶性微胶囊化产品的壁材 明胶亲水胶体 同时具备乳化性 成膜性 而且也易溶于水 符合作为胶囊壁材中蛋白源要求 价格低 来源广 选择原则 1如果芯材是亲油性物质 一般宜选用亲水性聚合物作壁材 反之则选用非水溶性物质 2包囊壁材在包覆 核心物质 时 具有成膜性和粘着力 3包壁材料与核心物质不起化学反应 同时考虑渗透性 吸湿性 溶解性和乳化性 4包壁材料一定要符合食品卫生要求 5材料要来源广泛 易得 成本比较低廉 基本原理 针对不同的心材和用途 选用一种或几种复合的壁材进行包覆 油溶性心材采用水溶性壁材 而水溶性心材必须采用油溶性壁材 微胶囊的作用 改变物料的存在状态 物料的质量与体积 隔离物料间的相互作用 保护敏感性物料 掩盖不良风味 降低挥发性 控制释放 降解食品添加剂的毒理作用 微胶囊释放速度与囊壁厚度 微胶囊的局限 1 释放速度的控制能否满足要求 2 释放后剩下的壁材可能带来一定的负面影响 1 微胶囊造粒的步骤形象地说 微胶囊造粒是物质微粒的包衣过程 其过程可分为以下四个步骤 二 微胶囊造粒的步骤与方法 2 微胶囊造粒的