超微粉碎技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用

超微粉碎技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用

粉碎是食品行業(yè)的傳統(tǒng)而重要的單元操作之一。超微粉碎技術(shù)是利用機械或流動力法將0.5.5mm材料骨粉碎至10.25m的過程。由于顆粒的微細(xì)化導(dǎo)致表面積和孔隙率的增加,超微粉體具有獨特的物理化學(xué)性能,如良好的分散性、吸附性、溶解性、化學(xué)活性等,因此應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛1天然植物機械粉碎方法的優(yōu)化超微粉碎的原理與普通粉碎相同,只是細(xì)度要求更高,其利用外加機械力,使機械力轉(zhuǎn)變成自由能,部分地破壞物質(zhì)分子間的內(nèi)聚力,達(dá)到粉碎的目的。天然植物的機械粉碎過程,就是用機械方法來增加天然植物的表面積,表面積增加了,也引起了自由能的增加,但不穩(wěn)定,因為自由能有趨向于最小的傾向,導(dǎo)致微粉有重新結(jié)聚的傾向,使粉碎過程達(dá)到一種粉碎與結(jié)聚的動態(tài)平衡,于是粉碎便停止在一定階段,不再繼續(xù)進(jìn)行,因此要采取措施阻止其結(jié)聚,以使粉碎順利進(jìn)行根據(jù)原料和成品顆粒的大小或粒度,粉碎可分為粗粉碎、細(xì)粉碎、微粉碎和超微粉碎4種類型(表1)2超微粉碎設(shè)備根據(jù)超微粉碎作用原理不同,現(xiàn)把各類型設(shè)備歸類如下(表2)2.1研磨機的氣線2.1.1對噴式氣流磨粉碎氣流粉碎機又稱流能磨或噴射磨,其工作原理是利用壓縮空氣或過熱蒸氣為工質(zhì)產(chǎn)生高壓并通過噴嘴產(chǎn)生超音速氣流使顆粒相互沖擊、碰撞、摩擦而達(dá)到超細(xì)粉碎的目的。對噴式氣流磨則是利用一對或若干對噴嘴相對噴射時產(chǎn)生的超音速氣流使物料彼此從兩個或多個方向相互進(jìn)行沖擊和碰撞而粉碎的設(shè)備由于物料高速直接對撞、沖擊強度大、能量利用率高,可用于粉碎莫氏硬度9.5級以下、脆性、韌性的各種物料,產(chǎn)品粒度可達(dá)0.0750mm,且產(chǎn)品粉碎得很細(xì),粒度分布范圍更窄。此外,由于氣體在噴嘴處膨脹可降溫,粉碎過程不伴生熱量,同時克服了靶式磨靶板和循環(huán)式磨體易磨損的特點,減少了對產(chǎn)品的污染,延長了使用壽命2.1.2氣流粉碎過程的特點其工作原理為將凈化干燥的壓縮空氣導(dǎo)入特殊設(shè)計的噴管,形成2.5馬赫以上的超音速氣流,通過幾個相向放置的噴嘴進(jìn)入粉碎室,欲粉碎的物料顆粒先與壓縮空氣混合形成氣固混合流,之后以超音速方式由噴嘴噴入粉碎室內(nèi),撞擊到射流的交叉點上,發(fā)生強烈的沖擊、碰撞和磨擦等相互作用而被粉碎,然后經(jīng)過渦流高速分級機,粉體因為粒度不同,徑向運動速度不同而得以分級,符合粒度要求的超微粒子經(jīng)旋風(fēng)分離排出機外,較粗的順粒重新進(jìn)入粉碎室內(nèi)與新加入的氣固混合流一起重復(fù)上述粉碎過程其特點主要體現(xiàn)在:(1)無污染。由于用空氣作動力,整個過程都是在密封狀態(tài)下進(jìn)行的,只要空氣經(jīng)過凈化,就不會造成污染。(2)低溫性。由于壓縮空氣的急劇膨脹是個吸熱過程,因此整個粉碎過程處于低溫環(huán)境,物料的粉碎是在低溫下瞬間完成的,適合于熱敏性物料粉碎。(3)物理性。氣流粉碎純粹是物理行為,不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng),保持了物料原有的化學(xué)性質(zhì)。(4)精度高。粉度分布狹窄均勻,既嚴(yán)格限制了大顆粒,又避免了過度粉碎。2.2液體輔助粉碎法其工作原理為使高壓液體(通常大于200MPa)通過噴射器加速,形成高速射流,帶動其中的固體顆粒作高速運動,然后與靶板(超硬材料,如金剛石或?qū)毷?相反方向的另一股射流形成高速碰撞,由于強烈撞擊以及金剛石產(chǎn)生的超聲振動,使其中的固體物料被超細(xì)化該設(shè)備特別適用于制備各種超細(xì)有機物的漿液及乳化液,如有機顏料、涂料、油漆、油墨和染料超細(xì)化及乳化。當(dāng)經(jīng)過多次循環(huán)粉碎后,其中固體顆?？煞鬯橹?.5μm以下,可制得懸浮性、分散性及均勻性極好的乳液。其缺點是設(shè)備生產(chǎn)能力一般較小。此外,壓力高對設(shè)備的結(jié)構(gòu)及強度與安全生產(chǎn)有很大影響,而且含固體顆粒的漿液在加壓的過程中對加壓筒壁及噴射器出口都有很大的磨蝕,這些部件極易磨損,須采用價格昂貴的超硬耐磨材料制造2.3其他新型研磨離心分離設(shè)備科技發(fā)展日新月異,隨著人們對超微粉碎設(shè)備機理的深入認(rèn)識,產(chǎn)生了幾種新型的超微粉碎設(shè)備,現(xiàn)介紹如下。2.3.1反復(fù)擠壓研磨其粉碎腔室由2個以上壓輪與研磨槽組成,機構(gòu)采用特殊計算與設(shè)計,使得壓力可隨時傳遞到物料上,而壓輪的壓力采用螺旋壓力機構(gòu),可保證壓輪旋轉(zhuǎn)均勻和壓力一致。當(dāng)物料由風(fēng)機風(fēng)力吸入粉碎腔室時,在壓輪旋轉(zhuǎn)壓力作用下,物料在壓輪與研磨槽之間發(fā)生碰撞、沖擊與研磨,又在物料離心力及壓輪旋轉(zhuǎn)力場帶動下,物料反復(fù)進(jìn)入壓輪與研磨槽之間而被反復(fù)擠壓與研磨細(xì)化?？梢哉f,其超微過程是物料受到反復(fù)擠壓研磨作用而被超微化的。重壓研磨式超微粉碎機與其他形式超微粉碎機的根本區(qū)別在于:(1)重壓研磨式壓輪旋轉(zhuǎn)速度較慢(285r/min),而其他機械式超微粉碎機的粉碎運動均高速,這樣重壓研磨式的零件磨損極微,不會產(chǎn)生大量熱量。(2)其他形式超微粉碎機的超微粉碎機理雖為沖擊、剪切、碰撞、破裂等,但超微主要靠干式分級輪的反復(fù)循環(huán)達(dá)到。而重壓研磨式既具備了其他形式超微粉碎機的碰撞、沖擊等機理,還具備了反復(fù)擠壓研磨的機理,特別適用于纖維含量高的物料,它的風(fēng)選只是最終篩選,而不是為了循環(huán)粉碎。(3)重壓研磨式與其他形式超微粉碎機相比,設(shè)備運行費用低、設(shè)備投資低、整套裝置占地面積小2.3.2微生物粉碎該設(shè)備又名低溫粉碎機,其原理是預(yù)先用液氮將物料冷卻凍結(jié)至脆化點以下,利用其低溫脆性輕而易舉地使物料粉碎。按操作過程的處理方式可分為3種:(1)物料經(jīng)冷媒處理,使其溫度降低到脆化溫度以下,隨即送入常溫狀態(tài)粉碎機中粉碎。雖然粉碎過程中存在升溫問題,但因物料溫度很低,以此為基礎(chǔ)粉碎后不會降低食品品質(zhì)。主要用于含纖維質(zhì)高的食品物料的低溫粉碎。(2)將常溫物料投入到內(nèi)部保持低溫的粉碎機內(nèi)粉碎。雖然物料溫度遠(yuǎn)高于脆化溫度,但物料處于低溫環(huán)境中,因而在粉碎過程中產(chǎn)生的熱量被環(huán)境迅速吸收,不會因熱量積累而導(dǎo)致熱敏性反應(yīng)。主要適用于含纖維質(zhì)較低的熱敏性物料粉碎。(3)物料經(jīng)冷媒深冷后,送入機內(nèi)保持適當(dāng)?shù)蜏氐姆鬯闄C中進(jìn)行粉碎。此方式為以上兩種方式的綜合,主要用于熱塑性物料的粉碎。低溫粉碎機在啟動、停機時溫度變化幅度大,機器本身會產(chǎn)生熱脹冷縮、凝結(jié)水腐蝕以及絕熱保冷等問題,加上粉碎機材料的低溫脆化因素,因此,粉碎機各部件材料的選擇很重要,應(yīng)選用在操作條件下不會發(fā)生低溫脆化以及化學(xué)穩(wěn)定性較高的材料3超微粉碎在食品加工中的應(yīng)用3.1提高人體吸收利用率經(jīng)超微粉碎加工過的面粉、豆粉、米粉等,其口感以及人體吸收利用率得到顯著提高。將麥麩粉、大豆微粉等加到面粉中,可用來改造面粉、制成高纖維或高蛋白面粉。潘思軼等3.2不同表面積的蛋白質(zhì)對油料進(jìn)行超微粉碎后,可使其比表面積成倍的增加,提高其活性、吸收率,并使其中蛋白質(zhì)的表面電荷、乳化性、起泡性等發(fā)生變化。高云中等4粉碎設(shè)備的改進(jìn)超微粉碎技術(shù)作為一門跨學(xué)科工程技術(shù),在國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,而且近年來信息技術(shù)、生物技術(shù)和新材料技術(shù)的飛速發(fā)展進(jìn)一步帶動了超微粉碎技術(shù)的深入研究和推廣應(yīng)用。目前,該技術(shù)及其設(shè)備仍然存在一系列難題:(1)沖擊式粉碎機盡管能耗較低,但粉碎效率低,且研磨