第一章_超微粉碎

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。
• 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。
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
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。
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。
• 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。
• 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。
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。
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
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
• 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
• 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。
皮粉、麦冬粉、杏仁粉、首乌粉、当归粉等Biblioteka 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。
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。
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
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
• 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？
• 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
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
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。
• 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
• 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。
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
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
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。
• 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。
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。