第01章 超微粉碎

2.膳食纤维产品
通过对麸皮、果皮纤维的微粒化，能明显改善纤维的持水力、膨胀力和口感。
3.中药生产
促进中草药药材成分的溶出，提高药效。
徐州工程学院教案
2010年至2011年第1学期第1周星期1
课题名称（含教材章节）：绪论，第一章超微粉碎
教学目的和要求：了解物料的力学性质和粉碎动力学理论，介绍干法、湿法超微粉碎的方法，掌握气流式超微粉碎、高频振动式超微粉碎、旋转球（棒）磨式超微粉碎、胶体磨和均质机的原理、特点和设备，熟悉超微粉碎的应用。
第四节超微粉碎的应用
一、在食品加工中的应用
1.巧克力生产
巧克力属于超微颗粒的多相分散体系，油脂是连续相，糖和可可细粒是分散相。巧克力细腻滑润的口感特性主要决定于巧克力配料的粒度。当巧克力配料的平均粒度小于25 µm时，吃起来就细腻滑润；当平均粒度超过40 µm时，就有明显的粗糙感。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。可可豆肉是一种很难磨细的物质，经初磨后浆料的粒度在50-120 µm之间，与糖粉、奶粉等配料混合后需进一步精磨超微粉碎16-22h。瑞士、日本等国主要采用五辊精磨机和球磨精磨机。
教学重点：掌握气流式超微粉碎、高频振动式超微粉碎、旋转球（棒）磨式超微粉碎、胶体磨和均质机的原理、特点和设备
教学难点：掌握气流式超微粉碎、高频振动式超微粉碎、旋转球（棒）磨式超微粉碎、胶体磨和均质机的原理、特点和设备
教学内容（要点）
第一节粉碎理论
第二节干法超微粉碎
第三节湿法超微粉碎
第四节超微粉碎的应用
“十五”时期，食品科学技术对我国食品工业的贡献率将近40％。但远低于发达国家60%-70%的水平，我国食品工业有着巨大的发展潜力。
三、食品工程高新技术课时安排
超微粉碎（2h）
冷冻粉碎（2h）
微胶囊造粒（4h）
冷油炸（2h）
真空油炸（2h）
超临界流体萃取（2h）
膜分离（4h）
3.水产品加工
螺旋藻、海带、珍珠、龟鳖、鲨鱼软骨等通过超微粉加工制成的超微粉，可作为药膳或食品添加剂，制成补钙营养食品。如加工珍珠粉的传统方法是球磨十几个小时，粒度达几百目，如果在-67℃左右的低温和严格的净化气流条件下瞬时粉碎珍珠，可以得到平均粒径为10µm的超微珍珠粉，珍珠中的有效成分被充分保留，其钙含量高达42%，比无机钙容易被人体吸收、利用。
徐州工程学院教案纸
绪论
一、食品工程高新技术范畴
工程——将自然科学基础学科的原理和科学实验、生产实践中所积累的经验应用到工农业生产部门而形成的各应用学科的统称。如水利工程、生物工程等。
食品工程——食品科学知识在食品贮藏、加工、包装和销售中的应用。
食品工艺——把食品原材料或半成品加工成为食品产品的方法、技术和过程。
第三节湿法超微粉碎
一、搅拌磨
基本原理：在分散器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，从而达到粉碎浆料颗粒的目的。
筒体不转动,采用搅拌机构产生翻动力,解决了液体浆料粘着在磨介上而停止翻动的问题。
磨介粒径0.6-1.5及2-3mm,容器内壁和分散器外圆周之间是强化的研磨区。
均质机:当高压物料在均质阀的锥形阀盘和阀座间流过时，产生急剧的速度梯度，速度以缝隙的中心最大，而附着于阀盘和阀座上的物料速度为零，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目的。适于处理粘度较高的物料，可得到比胶体磨更细的乳化分散性。
四、超声波乳化器
原理:超声波遇到障碍物起着迅速交替的压缩和膨胀作用，膨胀半周期内物料受到张力，物料中的气泡膨胀，压缩半周期内物料受到压缩，压缩的气泡急速崩溃，对周围产生巨大的复杂应力，称为“空饰”作用。若“空饰”作用发生在乳化液两相界面上，乳化液中悬浮的液滴受到巨大应力成为更细的液滴，形成更为稳定的乳化系统。
4.调味品加工
微粉食品的巨大比表面积和孔隙率,可吸收并容纳香气经久不散，是重要的固香方法之一，因此作为调味品使用的超微粉，其香味和滋味更浓郁、突出。
二、在功能性食品生产基料中的应用
1.以蛋白质微粒为基础成分的脂肪替代品
以牛乳和鸡蛋白为原料，经热处理变性后，通过强烈的湿法超微粉碎使蛋白质颗粒降至0.1-2µm，呈现出奶油状、滑腻的口感特性。对热不稳定，加热易失去滑腻的口味，主要用在不需高温处理的食品上。
二、超微粉碎的分类
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）磨式等几种形式。目前应用于食品加工的主要有气流式中的超音速式超微粉碎。
湿法粉碎是用胶体磨和均质机等将原料悬浮于载体液流（常用水）中进行粉碎。此法可克服粉尘飞扬问题，并可采用淘析、沉降或离心分离等水力分级方法分离出所需的产品。湿法操作消耗能量一般较干法操作大，同时设备的磨损也较严重，但湿法比干法易获得更微细的粉碎物，故在超微粉碎中多采用湿法粉碎。
二、行星磨和双锥磨
行星磨:研磨罐自转并围绕主轴公转,倾斜式罐离心运动时使罐内磨介上下翻动,产生强烈的剪切、磨擦、冲击力，达到粉碎浆料颗粒的目的。
双锥磨:利用两个锥形容器的间隙构成研磨区,内锥体为转子,外锥体为定子,转子和定子之间的环隙用磨介填充。
三、胶体磨和均质机
胶体磨:高速旋转的转子（3000-15000rpm）和定子之间为一个可以调节的微小间隙,物料通过这个间隙时附着于转子面的物料速度最大,而附着于定子面物料速度为零,产生急剧的速度梯度使物料受到强烈的剪切、磨擦和湍动骚扰,产生超微粉碎作用的同时,兼有混合、搅拌、分散和乳化作用。
食品高新技术——是指国内外最新发展的一些关键技术和配套技术，能较普遍地应用于食品工业中，推动食品产业的结构升级，提高食品行业的整体素质。
发端于20世纪中期的一系列高新技术，特别是以生物技术、信息技术、新材料技术等为标志的技术革命已深刻地影响改变世界的物质生产方式和人们生活面貌。
就食品工业来说,传统食品工业正向着生物技术、工程技术、信息技术等高新技术方向发展,食品工业与生命科学、食品工业与农业、食品工业与信息科学等新型交叉学科的发展,对食品学科专业建设提出了更新、更高的要求。
粒径细且分布均匀:平均粒径＜５µm，超音速气流在原料上外力的分布很均匀。
节省原料、提高利用率:近纳米级的超细粉可直接用于制剂生产,省去常规粉碎中间环节。
易实现多单元联合操作:干燥、混合包囊。
减少污染:在封闭系统下进行粉碎。
1.环形喷射式气流粉碎机
高速喷射气流夹带着物料颗粒在管道运动
管道内的射流大致分为外层、中层和内层
各层射流运动速度不等，迫使物料颗粒相互冲击、碰撞、摩擦
外层运动路程最长，受到的碰撞研磨最强
中层离心力分级，粗粒进入外层，细粉向内层聚集排出。
2圆盘式气流粉碎机
沿扁平圆形粉碎室的圆壁等距离地设置若干个喷嘴，喷嘴形成的射流同圆周切线运动成45o
各层射流速度不等，使夹带的物料颗粒间产生冲击、碰撞和摩擦
粒度不同的颗粒在旋转运动气流的离心力场中的径向运动速度不同,将将粉碎室分成靠周边的粉碎区和中间分级区,粗颗粒被甩向外围重新粉碎,细粉自圆盘中部向下方排出,射流则从上方排出
微粉碎:原料粒度5-10mm，成品粒度100μm以下。
超微粉碎:原料粒度0.5-5mm,成品粒度10-25μm以下。
粉碎比：粉碎前后的粒度比。一般粉碎设备为3-30，超微粉碎设备可达到300-1000以上。
粉碎操作方法：一次粉碎是在一台设备上同时完成粉碎、筛选、分离、再粉碎的过程。二次粉碎是先对物料进行粗粉碎，然后再采用超细粉碎机完成超细粉碎加工，其工艺流程大致为：原料→筛选→清选→干燥→粗粉碎→超细粉碎→风选分级→超细粉体产品。
我国20世纪80年代就将此技术应用于花粉破壁，随后一些口感好、营养配比合理、易消化吸收的功能食品便应运而生。
第一节粉碎理论
一、基本概念
粉碎：利用机械力的方法来克服固体物料内部凝聚力达到使之破碎的单元操作。
粗粉碎:原料粒度在40-1500mm范围内,成品颗粒粒度约为5-50mm。
中粉碎:原料粒度10-100mm，成品粒度5-10mm。
欧姆杀菌和高压杀菌（4h）
无菌包装（2h）
挤压蒸煮（4h）
第一章超微粉碎
随着现代食品工业尤其是保健食品工业的不断发展，普通的粉碎手段已不适应生产的需要，于是出现了超微粉碎技术，并得到了迅猛的发展。
食品工业是超微粉碎技术应用的一大领域，作为一种新型食品加工方法，它已运用于许多食品的加工中，日本、美国市场上销售的果味凉茶、冻干水果粉、超低温速冻龟鳖粉等，都是应用超微粉碎技术加工而成的。
二、磨介式
基本原理：借助与运动的研磨介质(磨介)所产生的冲击、以及非冲击式的摩擦、挤压和剪切等作用力，达到物料颗粒粉碎的过程。
磨介式粉碎过程主要为研磨和摩擦，即挤压和剪切。其效果取决于磨介的大小、形状、配比（磨介充填率）、运动方式、物料的填充率、物料的力学性质等特性。
研磨介质有钢球、钢棒、氧化铝球和不锈钢球等，粗碎用棒状，超微粉碎用球状，一般磨介尺寸越小，成品粒度越小。
干、湿法研磨均可。
1.高频振动式超微粉碎
槽形或管形筒体支撑于弹簧上,筒体中部有主轴,轴两端有偏心重锤,偏心重锤的离心力使筒体快速振动
筒体内装有磨介和待磨物料,筒体振动使磨介和物料呈悬浮状态
磨介的运动使得磨介之间和磨介与筒体之间产生剧烈摩擦、碰撞和剪切等作用力
磨介充填率60－80％
物料充填率100-130％
二、食品工程高新技术应用的重要意义
随着越来越多的高新技术应用于食品加工领域,对食品业的发展起了巨大的推动作用,食品工业呈现出前所未有的繁荣景象。
21世纪食品工业的竞争是高科技的竞争。长期以来我国食品工业的发展主要依赖廉价的农业原料与廉价的劳动力市场，以及国家产业政策的调整和扶持，食品行业整体的科技含量还不高，如何依靠现代食品工程高新技术改造传统产业、促进产业升级，推动食品科技产业革命与社会进步，是目前摆在我国广大食品科技工作者面前的一个重要课题。