超微粉碎技术在食品工业中的应用

超微粉碎技术在食品工业中的应用

粉碎是食品行业的传统而重要的单元操作之一。超微粉碎技术是利用机械或流动力法将0.5.5mm材料骨粉碎至10.25m的过程。由于颗粒的微细化导致表面积和孔隙率的增加,超微粉体具有独特的物理化学性能,如良好的分散性、吸附性、溶解性、化学活性等,因此应用领域十分广泛1天然植物机械粉碎方法的优化超微粉碎的原理与普通粉碎相同,只是细度要求更高,其利用外加机械力,使机械力转变成自由能,部分地破坏物质分子间的内聚力,达到粉碎的目的。天然植物的机械粉碎过程,就是用机械方法来增加天然植物的表面积,表面积增加了,也引起了自由能的增加,但不稳定,因为自由能有趋向于最小的倾向,导致微粉有重新结聚的倾向,使粉碎过程达到一种粉碎与结聚的动态平衡,于是粉碎便停止在一定阶段,不再继续进行,因此要采取措施阻止其结聚,以使粉碎顺利进行根据原料和成品颗粒的大小或粒度,粉碎可分为粗粉碎、细粉碎、微粉碎和超微粉碎4种类型(表1)2超微粉碎设备根据超微粉碎作用原理不同,现把各类型设备归类如下(表2)2.1研磨机的气线2.1.1对喷式气流磨粉碎气流粉碎机又称流能磨或喷射磨,其工作原理是利用压缩空气或过热蒸气为工质产生高压并通过喷嘴产生超音速气流使颗粒相互冲击、碰撞、摩擦而达到超细粉碎的目的。对喷式气流磨则是利用一对或若干对喷嘴相对喷射时产生的超音速气流使物料彼此从两个或多个方向相互进行冲击和碰撞而粉碎的设备由于物料高速直接对撞、冲击强度大、能量利用率高,可用于粉碎莫氏硬度9.5级以下、脆性、韧性的各种物料,产品粒度可达0.0750mm,且产品粉碎得很细,粒度分布范围更窄。此外,由于气体在喷嘴处膨胀可降温,粉碎过程不伴生热量,同时克服了靶式磨靶板和循环式磨体易磨损的特点,减少了对产品的污染,延长了使用寿命2.1.2气流粉碎过程的特点其工作原理为将净化干燥的压缩空气导入特殊设计的喷管,形成2.5马赫以上的超音速气流,通过几个相向放置的喷嘴进入粉碎室,欲粉碎的物料颗粒先与压缩空气混合形成气固混合流,之后以超音速方式由喷嘴喷入粉碎室内,撞击到射流的交叉点上,发生强烈的冲击、碰撞和磨擦等相互作用而被粉碎,然后经过涡流高速分级机,粉体因为粒度不同,径向运动速度不同而得以分级,符合粒度要求的超微粒子经旋风分离排出机外,较粗的顺粒重新进入粉碎室内与新加入的气固混合流一起重复上述粉碎过程其特点主要体现在:(1)无污染。由于用空气作动力,整个过程都是在密封状态下进行的,只要空气经过净化,就不会造成污染。(2)低温性。由于压缩空气的急剧膨胀是个吸热过程,因此整个粉碎过程处于低温环境,物料的粉碎是在低温下瞬间完成的,适合于热敏性物料粉碎。(3)物理性。气流粉碎纯粹是物理行为,不发生任何化学反应,保持了物料原有的化学性质。(4)精度高。粉度分布狭窄均匀,既严格限制了大颗粒,又避免了过度粉碎。2.2液体辅助粉碎法其工作原理为使高压液体(通常大于200MPa)通过喷射器加速,形成高速射流,带动其中的固体颗粒作高速运动,然后与靶板(超硬材料,如金刚石或宝石)相反方向的另一股射流形成高速碰撞,由于强烈撞击以及金刚石产生的超声振动,使其中的固体物料被超细化该设备特别适用于制备各种超细有机物的浆液及乳化液,如有机颜料、涂料、油漆、油墨和染料超细化及乳化。当经过多次循环粉碎后,其中固体颗粒可粉碎至1.5μm以下,可制得悬浮性、分散性及均匀性极好的乳液。其缺点是设备生产能力一般较小。此外,压力高对设备的结构及强度与安全生产有很大影响,而且含固体颗粒的浆液在加压的过程中对加压筒壁及喷射器出口都有很大的磨蚀,这些部件极易磨损,须采用价格昂贵的超硬耐磨材料制造2.3其他新型研磨离心分离设备科技发展日新月异,随着人们对超微粉碎设备机理的深入认识,产生了几种新型的超微粉碎设备,现介绍如下。2.3.1反复挤压研磨其粉碎腔室由2个以上压轮与研磨槽组成,机构采用特殊计算与设计,使得压力可随时传递到物料上,而压轮的压力采用螺旋压力机构,可保证压轮旋转均匀和压力一致。当物料由风机风力吸入粉碎腔室时,在压轮旋转压力作用下,物料在压轮与研磨槽之间发生碰撞、冲击与研磨,又在物料离心力及压轮旋转力场带动下,物料反复进入压轮与研磨槽之间而被反复挤压与研磨细化。可以说,其超微过程是物料受到反复挤压研磨作用而被超微化的。重压研磨式超微粉碎机与其他形式超微粉碎机的根本区别在于:(1)重压研磨式压轮旋转速度较慢(285r/min),而其他机械式超微粉碎机的粉碎运动均高速,这样重压研磨式的零件磨损极微,不会产生大量热量。(2)其他形式超微粉碎机的超微粉碎机理虽为冲击、剪切、碰撞、破裂等,但超微主要靠干式分级轮的反复循环达到。而重压研磨式既具备了其他形式超微粉碎机的碰撞、冲击等机理,还具备了反复挤压研磨的机理,特别适用于纤维含量高的物料,它的风选只是最终筛选,而不是为了循环粉碎。(3)重压研磨式与其他形式超微粉碎机相比,设备运行费用低、设备投资低、整套装置占地面积小2.3.2微生物粉碎该设备又名低温粉碎机,其原理是预先用液氮将物料冷却冻结至脆化点以下,利用其低温脆性轻而易举地使物料粉碎。按操作过程的处理方式可分为3种:(1)物料经冷媒处理,使其温度降低到脆化温度以下,随即送入常温状态粉碎机中粉碎。虽然粉碎过程中存在升温问题,但因物料温度很低,以此为基础粉碎后不会降低食品品质。主要用于含纤维质高的食品物料的低温粉碎。(2)将常温物料投入到内部保持低温的粉碎机内粉碎。虽然物料温度远高于脆化温度,但物料处于低温环境中,因而在粉碎过程中产生的热量被环境迅速吸收,不会因热量积累而导致热敏性反应。主要适用于含纤维质较低的热敏性物料粉碎。(3)物料经冷媒深冷后,送入机内保持适当低温的粉碎机中进行粉碎。此方式为以上两种方式的综合,主要用于热塑性物料的粉碎。低温粉碎机在启动、停机时温度变化幅度大,机器本身会产生热胀冷缩、凝结水腐蚀以及绝热保冷等问题,加上粉碎机材料的低温脆化因素,因此,粉碎机各部件材料的选择很重要,应选用在操作条件下不会发生低温脆化以及化学稳定性较高的材料3超微粉碎在食品加工中的应用3.1提高人体吸收利用率经超微粉碎加工过的面粉、豆粉、米粉等,其口感以及人体吸收利用率得到显著提高。将麦麸粉、大豆微粉等加到面粉中,可用来改造面粉、制成高纤维或高蛋白面粉。潘思轶等3.2不同表面积的蛋白质对油料进行超微粉碎后,可使其比表面积成倍的增加,提高其活性、吸收率,并使其中蛋白质的表面电荷、乳化性、起泡性等发生变化。高云中等4粉碎设备的改进超微粉碎技术作为一门跨学科工程技术,在国民经济的各个领域得到广泛应用,而且近年来信息技术、生物技术和新材料技术的飞速发展进一步带动了超微粉碎技术的深入研究和推广应用。目前,该技术及其设备仍然存在一系列难题:(1)冲击式粉碎机尽管能耗较低,但粉碎效率低,且研磨