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”。,历史、背景,特点,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,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,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10-25m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,01,02,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,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,粉碎比大，粉碎颗粒成品的平均直径在5m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,气流粉碎设备,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：,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,破碎机,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,1,2,3,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,1,2,3,5,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。,贝壳产品中的应用,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。,花生壳中的应用,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。,巧克力生产中的应用,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，且其中大部分质粒的粒径在1520微米之间，吃起来就有很好的细腻滑润的口感。,畜骨作为钙磷营养要素的丰富源泉，还含有蛋白质、脂肪、维生素及其他营养物质。,畜骨粉加工中的应用,经过超微粉碎后的骨粉灰分含量显著提高，这是超微粉碎的优势所在。鲜骨超微粉碎加工技术，克服了传统加工方法的不足，保存了鲜骨中全部的营养，产品粒度小，有利于吸收。,新型功能食品中的应用,甲壳素、蟹壳、虾皮、蛆、蛹的超微粉末可用作保鲜剂，持水剂、抗氧剂等，改性后还有其他许多功能特性。水果、蔬菜微粉。各种干燥的水果、蔬菜都可以利用超微粉碎技术制备成微粉。可以方便的添加入各类面制品、肉制品及各类特殊营养制品中，达到增强营养，改善风味等作用。,豆粉的生产，过去的工艺是先将大豆浸泡，然后破碎、去皮、细磨、脱水、干燥，如果采用干法超微粉碎技术，大豆毋须加水浸泡，便可直接破碎、超微得到豆粉产品。这样，既保留了豆皮和浸泡过程中损失的营养，又节省了能源，因为过去的工艺方法须先加水，最后再脱水、干燥，浪费了很多能量。,改变传统工艺中的应用,利用超微粉碎技术，可以开发出软饮料有粉茶、豆类固体饮料和速溶绿豆饮料等。绿茶、花茶、红茶、乌龙茶的茶微粉可加入各种食品和日用品中，从而加工出各种全新的茶制品，如茶香糖、茶糕点、茶食面，茶香皂、茶瓜子、茶牙膏、茶系列保健化妆品等。,软饮料加工与新类型食品的开发,香辛料、调味料在微粒化后产生的巨大孔隙率造成集合孔腔，可吸收并容纳香气、味道经久不散，其香气和滋味更加浓郁、突出；同时可以使传统调味料细碎成粒度均一、分散性好的优良超微颗粒，其流动性、溶解速度和吸收率均有很大的增加，口感效果也得到十分明显的改善。,香辛料、调味品的加工,对于感官要求较高的产品来讲，经超微粉碎后的香辛料粒度极细，可达300500目，当其均匀分布于物料中后，肉眼根本无法观察到颗粒的存在。从而提高了产品的外观质量同时，此项技术的相应有关设备兼备“乳化”、“固体乳化”、“改性”等“物理化学”功能。,例方便食品生产加工工艺,冲调类：冲调类方便食品的基本生产流程包括原辅料处理、熟制（或部分原料熟制）、成型或粉碎、干燥（或不经干燥）、混合、包装等过程。,混合型麦片,配料搅拌胶磨糖化、预糊化蒸汽辊筒干燥造粒热风干燥收集干粉混合（加入奶油、糖、植脂末及食品添加剂）隧道烘干包装成品,粮谷类（粉碎）及各种粉状原料,混合型麦片,搅拌：考虑到原料的吸水胀润效果，搅拌用水要求为35左右的温水，搅拌浓度以浆料具有一定的粘稠度和较好的流动性为宜，充分搅拌1015min后静置于储料罐中备用。,糖化、预糊化：由于生产原