第一章-食品超微粉碎技术

1、第一章 食品超微粉碎技术 粉碎操作的主要作用：、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。、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。、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、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

2、作、粒度：物料颗粒的大小、粉碎操作的种类（按细度分）粗粉碎：原料粒度在范围内，成品粒度若中粉碎： ， 微粉碎： ， 以下超微粉碎：原料粒度.，成品粒度以下。、粉碎的方法（按物料所处介质分）（）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。开路粉碎：物料经粉碎后而被直接卸出，不经筛分。自由粉碎：物料经筛分后，将较粗的物料进行粉碎。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。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。（）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。、粉碎的基本方法（根据物料受力的种类

3、分）： （）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。（）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。（）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。（）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。（）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。、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、

4、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）、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。、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。、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。、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、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。、能量的利用情况 用于粉碎和产生新表面而能量不到，其

5、余能量则消耗在其它方面：（）未破碎的颗粒的弹性变形；（）物料的来回运转；（）颗粒之间的磨擦；（）颗粒和粉碎机之间的磨擦；（）发热；（）振动的噪音；（）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、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

6、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。 、气流式超微粉碎的特点（）粉碎比大，成品颗粒平均粒径在微米以下。（）粉碎设备结构紧凑、磨损小且维修容易，但动力消耗大。（）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。（）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。（）易实现多单元联合操作，如利用热空气同时进行干燥。（）卫生条件好，易实现无菌操作。（二）高频振动式超微粉碎、高频振动式超微粉碎

7、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。 、高频振动式超微粉碎的特点（）研磨效率高17（）成品粒径小，粒径在微米以下（）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（）外形尺寸比球磨机小，占地较少、操作方便、维修容易（）可用于干法和湿法粉碎中。（）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

8、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、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0.53.0mm ，转子与定子之研磨间距（缝隙）为68mm，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

9、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。、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、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

10、流骚扰，产生了超微粉碎作用。 、胶体磨的特点 粉碎时间短、颗粒细（可达微米以下），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、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、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

11、，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。 、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、

12、超微粉碎技术在巧克力生产中的应用、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微米左右，且其中大部分颗粒直经在1520微米之间时，吃起来才有很好的细腻滑润的感觉。、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、在蛋白质为基础成分的脂肪替代品中的应用。、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