超微粉碎技术的研究与应用

超微粉碎技术的研究与应用

超微粉碎是20世纪70年代以来为满足高科技发展需求而创建的一种新材料加工技术。通俗的讲就是将物料粉碎到10um以下进行研究和应用。而一般的粉碎技术只能使物料粒径达到45um左右，当物料被加工到10um以下后，微粉体就具有巨大的比表面、空隙率和表面能，从而使物料具有高溶解性、高吸附性、高流动性等多方面的活性和物理化学方面的新特性。通过超微粉碎后的材料已被世界誉为“21世纪新材料”，而这种新的物料加工方法将推动我国食品科学的快速发展，从而给人类的生活带来深远影响。1粉碎方法分类物料粉碎是用物理的方法克服物料内部的结合力使其达到一定粒度的过程。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(超细粉碎)和超微粉碎4种类型(见表1)。目前超微粉碎技术有化学合成法和机械粉碎法两种：化学合成法产量低，加工成本高，应用范围窄；机械粉碎法成本低、产量大，是制备超微粉体的主要手段，现已大规模应用于工业生产。机械法超微粉碎可分为干法粉碎和湿法粉碎，根据粉碎过程中产生粉碎力的原理不同，干法粉碎有气流式、高频振动式、旋转球(棒)磨式、锤击式和自磨式等几种形式；湿法粉碎主要是胶体磨和均质机。见表2。2在食品行业，超微粉技术是得到应用的2.1生物活性成分粉碎法由于超微粉碎技术采用了超低速气流粉碎的粉碎方法，其粉碎的速度快，瞬间即可完成，因而能最大限度地保留粉体中生物活性成分，有利于制成所需的高质量产品。2.2营地的保存很容易在超微粉碎中冷浆粉碎方法的应用，使物料在粉碎过程中不产生局部过热现象，在低温状态下也能达到粉碎的目的，避免了在高温下营养的损失。2.3分级系统的设置由于采用超低速气流粉碎，原料上力的分布是很均匀的。分级系统的设置，既严格限制了大颗粒，又控制了过小颗粒，得到粒径分布均匀的超细粉，同时很大程度上增加了微粉的比表面，吸附性、溶解性等。2.4原料的浪费可能导致原料的浪费物体经超微粉碎后，超细粉一般可直接用于制剂生产，而用常规粉碎方法得到的产物仍需一些中间环节，才能达到直接用于生产的要求，这样很可能会造成原料的浪费。2.5防止空气中155超微粉碎是在封闭系统下进行粉碎的，既避免了微粉污染周围环境，又可防止空气中的灰尘污染产品。在食品及医疗保健品中运用该技术，使微生物含量以及灰尘含量能得以极大的控制。2.6提高养殖工作效率由于经过超微粉碎后的原料，具有极大的比表面，在生物、化学等反应过程中，反应接触的面积大大增加了，因而可以提高反应速度，在生产中节约时间，提高效率。2.7细胞释放速度快研究表明经过超微粉碎后的食品，尤其是保健食品，更容易被机体所吸收，这是因为一般粉粒进入胃中，在胃液的作用下吸水溶胀，在进入小肠的过程中有效成分根据简单扩散的原理不断地通过细胞壁及细胞膜释放出来，由小肠吸收。因颗粒的粒径较大，位于粒子内部的有效成分将穿过几个或数十个细胞壁及细胞膜方可释放出来，每个细胞壁及细胞膜两侧的有效成分的浓度差就会非常低，释放速度很慢，而颗粒在体内停留时间是有限的；并且小肠的蠕动方式造成了有效成分在细胞周围的浓度会高于小肠壁上的浓度，而使细胞壁内外的浓度差难以提高，减缓了释放速度。其中相当一部分粒子的有效成分在未完全释放出来之前就被排出体外，使食品的生物利用率降低。经过超微粉碎的食品，由于其粒径非常小，营养物质不必经过较长的路程就能释放出来，并且微粉体由于小而更容易吸附在小肠内壁，这样也加速了营养物质的释放速率，使食品在小肠内有足够的时间被吸收。3在食品领域的研究和应用中，超微粉的存3.1超微粉碎的应用食品领域里，通常把粒度低于25μm的粉末称为超微粉体。把制备超微粉体的方法称为超微粉碎技术。食品中常用的超微粉碎技术主要有气流式、高频振动式、旋转球（棒）磨式、转辊式等。其中气流式超微粉碎技术是较先进的，是利用气体，通过压力喷嘴的喷射产生剧烈的冲击、碰撞和磨擦等作用力实现对物料的粉碎。目前，超微粉碎技术的应用面比较有限。由于在微粉的孔腔中存有一定量的二氧化碳和氮气，食品保鲜期就会大大延长，因此，用此项技术来保鲜是包装工程研究的热点。另外，微粉食品因其有巨大的空隙率，可以吸收并容纳香气经久不衰，因而也是重要的固香方法之一。在调味品加工研究中使用超微粉，使其香味和滋味更浓郁、突出。最新的研究表明，用普通米粉、面粉做压缩饼干很难吞咽，而用具有微粉特性的物料做成的饼干，因其流动性好而能保证产品顺利下咽，从而口感舒适。据报道，巧克力细腻滑润的良好口感要求巧克力配料的粒度不大于25μm，当粒径大于40μm，巧克力的口感就明显粗糙。而超微粉碎能使大部分可可、糖、乳干物质达到20μm～30μm之间，为产品提供细腻润滑的口感特性。因此，只有超微粉碎加工巧克力配料才能保证巧克力的质量。瑞士、日本等国家大都在巧克力的生产中采用超微粉碎的方法生产出的产品非常畅销。超微粉碎的面粉随着颗粒的减小淀粉的晶格畸形，晶态淀粉颗粒向非晶态淀粉颗粒转化，使淀粉中破损淀粉含量增加，导致面粉在形成面团时吸收性和酶解性增大。另外，超微粉碎后的产品，会获得更高的营养价值。蜂花粉经超微粉碎技术后生产的破壁花粉，其生物利用率大大提高，营养更丰富，并通过国家营养、医学机构的鉴定和认可。将果皮、果核经超微粉碎，可转变为食品。蔬菜在低温下经超微粉碎后，既保存全部的营养素，纤维素也因微细化而增加了水溶性，口感更佳；牛奶经超微粉碎后可以防止蛋白质下沉和脂肪上浮，从而达到优良的均质效果，口感好、易于消化。另外，有研究表明，利用超微粉碎技术将茶叶进行粉碎后，更利于茶叶中蛋白质、碳水化合物、胡萝卜素以及部分矿物质的吸收。3.2超微粉碎设技术由于超微粉碎的应用，解决了许多生产中的问题，具有非常高的经济效益，引起了研究者们的重视，越来越多的新产品得以开发，超微粉碎技术使食品素材加工的范围扩大。果蔬的干制品目前开始采用超微粉碎设备和技术进行研究，如板栗粉、苹果粉、马铃薯粉、南瓜粉、胡萝卜粉、大蒜粉、香菇粉、海带粉等。并且已经有相应的产品出售。部分蛋制品的加工也应用了超微粉碎技术，如全蛋粉、蛋白粉、蛋黄粉、蛋壳粉等。肉制品中应用超微粉碎设技术的比较普遍，鱼肉粉、骨粉的加工都采用了此项技术。粮油制品中也应用到了超微粉碎技术，如特种玉米粉的加工。另外，软饮料的加工中，超微粉碎技术利用的比较多。目前，利用超微粉碎技术已经开发出的软饮料有：粉茶、豆类固体饮料、超细骨粉配制的富钙饮料和速溶绿豆精等。杨（2000）将鳖甲超微粉碎到10μm以下，作动物试验表明动物对钙的吸收增强，并且免疫调节能力也增强。孙君社等（2000）将调味料、炖肉王、十三香、孜然超微粉碎到10μm～25μm，提高了食品的色、香、味以及加工特性。同年，将牡蛎进行超微粉碎，得到合理的颗粒分布粒度，并提高了可吸收性。刘振香（1999）将花生和香米超微粉碎制作的冰淇淋，口感好、风味独特、营养丰富。籍保平等（1999）对玉米湿法加工后的副产物—玉渣进行超微粉碎，制得超微膳食纤维。潘思佚（2003）试验比较了早籼米经超微粉碎后再进行分级的三个不同粒度范围米粉的理化特性，并以普通粉碎米粉为对照。结果表明，随着米粉颗粒粒径的减小，其粒度分布范围减小，蛋白质含量、糊化温度、糊化液的透光率和冻融稳定性降低，酶解速度、糊化液热