第一章-食品超微粉碎技术

第一章食品超微粉碎技术粉碎操作的主要作用：１、迎合某些消费和生产的需要。

如面粉以粉末形式使用；巧克力生产时需将各种配料粉碎到足够小的细度，才能使物料混合均匀，以保证产品品质。

２、增加物料的表面积，以利加工。

如喷雾干燥前，需将物料充分粉碎。

３、功能性食品生产的需要。

各种功能性配料的用量非常小，只有充分粉碎，才能混合均匀。

如硒是微量活性物质，用量很小，如果混合不均，还会导致严重副作用的产生。

第一节粉碎理论一、有关粉碎的基本概念１、粉碎：粉碎是用机械力的方法来克服固体物料内部凝聚力，使之破碎的单元操作。

┌> 破碎：将大块物料分裂成小块物料的操作粉碎──┤└> 磨碎或研磨：将小块物料分裂成细粉的操作２、粒度：物料颗粒的大小３、粉碎操作的种类（按细度分）①粗粉碎：原料粒度在４０～１５００ｍｍ范围内，成品粒度若５～５０ｍｍ②中粉碎：１０～１００，５～１０ｍｍ③微粉碎：５～１０，１００μｍ以下④超微粉碎：原料粒度０.５～５ｍｍ，成品粒度１０～２５μｍ以下。

４、粉碎的方法（按物料所处介质分）（１）干法粉碎：原料直接粉碎，而不是悬浮于载体液流中进行粉碎。

①开路粉碎：物料经粉碎后而被直接卸出，不经筛分。

②自由粉碎：物料经筛分后，将较粗的物料进行粉碎。

③滞塞进料粉碎：在粉碎机出口插入筛网，以限制物料的卸出，以使物料粉碎得更细。

④闭路粉碎：将粉碎出来的物料经过筛分，分出过粗的物料重新回入粉碎机进行粉碎。

（２）湿法粉碎：将原料悬浮于载体液流中进行粉碎。

此法可避免粉尘飞扬，减少浪费。

５、粉碎的基本方法（根据物料受力的种类分）：（１）压碎：物料置于两个粉碎面之间，施加压力后，物料因压应力达到其抗压强度极限而被粉碎。

（２）劈碎：用一个平面和一个带尖棱的工作表面挤压物料时，物料沿压力作用线的方向劈裂。

这是由于劈裂平面上的拉应力达到或超过物料拉伸强度极限。

（３）折裂：被粉碎的物料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折断。

（４）磨碎：物料与运动的表面之间受一定的压力和剪切力的作用，当剪切力达到物料的剪切强度时，物料就被粉碎。

（５）冲击破碎：物料在瞬间受到外来的冲击力而粉碎，该法最适于脆性物料的粉碎。

６、粉碎度（粉碎比）：粉碎前后的粒度比二、粉碎理论（一）粉碎力的种类挤压力、冲击力、剪切力（磨擦力）（二）物料的力学性质（根据物料应变与应力、极限应力的关系）１、硬度──它是根据物料弹性模量的大小来划分的性质。

有硬和软之分。

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。

（三）物料在粉碎时的变化１、物料受到各种粉碎力的作用──>产生相应的应变、变形内能积蓄──>变形能超过临界值时，物料发生裂解。

２、能量的利用情况用于粉碎和产生新表面而能量不到１％，其余能量则消耗在其它方面：（１）未破碎的颗粒的弹性变形；（２）物料的来回运转；（３）颗粒之间的磨擦；（４）颗粒和粉碎机之间的磨擦；（５）发热；（６）振动的噪音；（７）机械和电机的无效消耗。

第二节干法超微粉碎和微粉碎┌─>气流式一、种类──┤└─>机械式：高频振动式、旋转球（棒）磨式、转辊式、锤（盘）击式、自磨式二、基本原理（一）气流式超微粉碎１、基本原理利用空气、蒸汽或其它气体通过一定压力的喷嘴喷射产生高度的湍（tuan）流和能量转换流，物料颗粒在这高能气流作用下悬浮输送着，相互之间发生剧烈的冲击、碰撞和磨擦作用，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足的研磨而粉碎成超微粒子，同时进行均匀混合。

由于欲粉碎的物料大多熔点较低或者不耐热，故通常同时使用空气。

被压缩的空气在粉碎室中膨胀，产生的冷却效应与粉碎时产生的热效应相互抵消。

２、气流式超微粉碎的特点（１）粉碎比大，成品颗粒平均粒径在５微米以下。

（２）粉碎设备结构紧凑、磨损小且维修容易，但动力消耗大。

（３）在粉碎中设置一定的分级作用，粗粒由于受到离心力的作用不会混到细粒成品中，保证了成品粒度的均匀一致。

（４）压缩空气或过热空气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，如利用热空气同时进行干燥。

（６）卫生条件好，易实现无菌操作。

（二）高频振动式超微粉碎１、高频振动式超微粉碎的原理利用球形或棒形研磨介质作高频振动时产生的冲击、磨擦、剪切等作用力，来实现超微粉碎，并同时起到混合分散作用。

所用设备为振动磨。

２、高频振动式超微粉碎的特点（１）研磨效率高ｐ17（２）成品粒径小，粒径在２－３微米以下（３）可实现连续化生产，并可采用完全封闭式操作，以改善操作环境（４）外形尺寸比球磨机小，占地较少、操作方便、维修容易（５）可用于干法和湿法粉碎中。

（６）但振动噪音大，需使用隔音或消音设备。

（三）旋转球（棒）磨式超微粉碎或微粉碎（四）转辊式微粉碎或超微粉碎（五）锥击式和盘击式微粉碎第三节湿法超微粉碎球磨机和振动磨等设备，既可用于干法粉碎，也可用于湿法粉碎，但搅拌磨、胶体磨和均质机等，是湿法粉碎的专用设备。

一、搅拌磨搅拌磨的基本原理是：在离心机高速旋转产生的离心力作用下，研磨介质和液体浆料颗粒冲向容器内壁，产生强烈的剪切、磨擦、冲击和挤压等作用力（主要是剪切力），使浆料颗粒得以粉碎。

二、双锥磨１、双锥磨的结构特点双锥磨是一种新型高能量密度的超微粉碎设备，它利用两个锥形容器的间隙构成一个研磨区，内锥体为转子，外锥体为定子。

在转子和定子之间用研磨介质填充，，研磨介质为玻璃珠、陶磁珠和钢珠等。

研介直经通常为0.5～3.0mm ，转子与定子之研磨间距（缝隙）为6～8mm，与研磨介质直经相适应。

介质直经大，则间距也大。

通常锥形研磨区可以得到渐进的研磨效果，供研磨的能量从进料口至出料口逐渐增加，因为随着被研磨物料细度的增加，必须使其获得更高的能量才能进一步磨细。

２、双锥磨的特点能量密度高，研磨容器小，因此成品的细度高、生产量大；结构紧凑，操作密闭，适于研磨含有机溶剂的物料；无空气加入，研磨时不会起泡；适于研磨低沸点下溶解的物料和热敏性物料。

图1-19 双锥磨的结构示意图三、胶体磨和均质机（一）胶体磨１、胶体磨的工作原理工作构件由一个固定的磨子（定子）和一个高速旋转的磨体（转子）所组成。

两磨体之间有一个可以调节的微细间隙。

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增大，而附着于定子面上的物料速度为零。

这样，产生了急剧的速度梯度，从而使物料受到强烈的剪切、磨擦和湍流骚扰，产生了超微粉碎作用。

２、胶体磨的特点粉碎时间短、颗粒细（可达１微米以下），同时兼有混合、搅拌、分散和乳化作用；效率高，为球磨机和辊磨机的２倍以上；间隙可调，细度可控；结构简单、操作方便、占地小。

（二）均质机１、均质机的工作原理与胶体磨的工作原理相似，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，而附着于阀盘与阀座上的物料流速为零。

急剧的速度梯度产生强烈的剪切力，使液滴或颗粒发生变形和破裂以达到微粒化的目的。

四、超声波乳化器１、超声波的发生图1-33（上）是一种普通的机械式超声波乳化装置，它有一边缘为楔形的簧片置于喷嘴的前方，液体被泵送经喷嘴成为液体，冲击簧片前缘使簧片振动。

簧片以其自然频率引起共振，并将超声波传送给液体。

声波强度虽不大，但足以使簧片附近的液体内部产生空化作用，从而达到乳化目的。

２、乳化原理超声波是频率大于16kHz的声波。

当它遇到障碍时，会对障碍物起着迅速交替的压缩和膨胀作用。

在膨胀的半个周期内，物料受到张力，物料中存在的任何气泡将膨胀；而在压缩的半个周期内，此气泡将被压缩。

当压力的变化很大而气泡又很小时，压缩的气泡就急速崩溃，对周围产生巨大的复杂应力，这种现象称作“空蚀”作用，可释放出相当的能量。

空蚀作用也可发生在没有气体存在的物料中，但物料中存在溶解氧或气泡，可促进这种现象的发生。

第四节超微粉碎或微粉碎的应用一、超微粉碎技术在巧克力生产中的应用１、细度是影响口感的重要因素尽管配方可影响巧克力的口感，但配料的平均粒度在２５微米左右，且其中大部分颗粒直经在15~20微米之间时，吃起来才有很好的细腻滑润的感觉。

２、巧克力的生产工艺可可豆──>清理（发酵、成熟、工作、分级）──>焙炒──>簸筛去壳──>初粉碎（初磨）──>混合配料──>精磨（超微粉碎）──>精炼──>调温──>浇模──>振磨──>硬化──>脱模──>包装──>成品二、超微粉碎技术在功能性食品基料生产上的应用１、在蛋白质为基础成分的脂肪替代品中的应用。

２、在膳食纤维生产中的应用A.膳食纤维的生理功能使粪便变软，并增加其排出量，起到预防便秘、结肠癌、痔疮和下肢静脉曲张；降低血清胆固醇，预防由冠状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；是一种无能量的填充料，能防治肥胖病；膳食纤维的不足，可引起阑尾炎、间歇性疝、胆结石、肾结石、膀胱结石、十二指肠溃疡、溃疡性结肠炎和乳腺癌等疾病。

B.以甘蔗渣为例生产膳食纤维的工艺原料清理──>初粉碎──>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──>超微粉碎详细工艺见书P48C.产品细度与品质的关系粒度越小，比表面积越大，膳食纤维的持水率、膨胀率也越大，生理特性越强。

因此，超微粉碎在此非常重要。