第五章 食品加工中的新技术应用

§5-2 超微粉碎技术概述
一、简介
超微粉碎是近20年迅速发展起来 的一项高新技术，能把原材料加 工成微米甚至纳米级的微粉，已 经在化工、医药、食品、农药、 化妆品、染料、涂料、电子、航 空航天等许多领域得到了广泛的 应用。
超微粉碎一般是指将3mm以上的 物料颗粒粉碎至10～25μm以下的 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，例如 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。
超临界CO2萃取是八十年代以来国际上取得迅速发展的
分离新技术，以天然产物为原料生产较昂贵的纯天然产 物。超临萃取具有萃取速度快、选择性好、提取分离可 在室（低）温下进行、不存在溶剂残留污染、CO2便宜 等一系列优点，克服了传统的溶剂分离、水蒸汽蒸馏、 压榨等分离方法存在的弊病，保存了天然产物原有的风 味和营养成份，顺应了人们崇尚天然食品和回归大自然 的世界潮流。超临界CO2萃取技术主要应用在香料、食 品和医药工业，对于一些用常规方法难以提取和纯化的 物质，超临界萃取方法更能显示其独特的优势。
3.逐步开发超微细中药粉体疗效型 化妆品及日用品 如中药祛斑霜、中药美唇膏等前景十 分可观。 4.超微细胞与药物研制成新型的靶 向制剂 将为一些疗效好而不良反应大的药物 开发与利用找到新的出路。
5.促进食品工业的深加工，提高产 品附加值 提高食品的口感，且有利于营养物质 的吸收；原来不能充分吸收或利用的 原料被重新利用，配制和深加工成各 种功能食品，开发新食品饮料，增加 食品品种，提高资源利用率。
§13-3 微胶囊化技术 Microencapsulation processes
它是将固体、液体或气体包裹在一个微小的胶囊中。 包封用的壁壳称为壁材；被包的囊芯称为芯材，芯材 可以是单一的，也可以是复合的。囊壁厚度一般为 0.1～200μm之间，微胶囊的粒子大小，因制备工艺及 用途不同而不同，理论上可以制成0.01μm～1000μm的 微胶囊。
四、前景展望
1.进一步开发保健滋补中药超微粉体 如大枣、龙眼肉、枸杞子等药食兼用的中 药和花粉、孢子类等来源稀少、价格昂贵 的滋补中药可提高疗效。 2.开发新型的超微细中药散剂 目前散剂的加工技术多数水平较低，粉粒 较大且不均匀，不利于药物的充分吸收， 甚至产生局部刺激作用。采用超微粉碎技 术可提高产品质量和提高药效。
超临界CO2的溶解能力 超临界状态下， CO2对不同溶质的溶解能力差别很大，这 与溶质的极性、沸点和分子量密切相关，一般来说由一下规律： 1． 亲脂性、低沸点成分可在低压萃取(104Pa), 如挥发油、烃、 酯等。 2． 化合物的极性基团越多，就越难萃取。 3． 化合物的分子量越高，越难萃取。
第五章 食品加工中的新技术应用
1. 挤压/膨化
2. 超微粉碎
3. 微胶囊化超临界萃取技术电磁波技术 4. 现代生物技术
§5-1 挤压膨化技术
膨化是利用相变和气体的热压效应原理，使被加工物料内部的液体迅 速升温汽化、增压膨胀，并依靠气体的膨胀力，带动组分中高分子物质 的结构变性，从而使之成为具有网状组织结构特征，定型的多孔状物质 的过程。以膨化工艺过程生产的食品称之为膨化食品。
3.普通球磨机
是用于超微粉碎的传统设备，其特点 是粉碎比大、结构简单、机械可靠性 强、磨损零件容易检查和更换、工艺 成熟、适应性强，产品粒度可达20～ 40μm。但当产品粒度要达到20μm 以下时，效率低、耗能大、加工时间 长。例如，将珍珠磨到几百目，要十 几个小时。
4.振动磨
• 原理：用弹簧支撑磨机体，由内带有偏心块的主轴使 其振动，运转时通过介质和物料的一起振动，将物料 进行粉碎。 • 特点：介质填充率高〔一般为60％～80％)，单位时 间内的作用次数高(冲击次数为球磨机的4～5倍)，因 而其效率比普通球磨饥高10～20倍，而能耗比其低数 倍。 • 通过调节振动的振幅、振动频率、介质类型、配比和 粒径等可加工不同粒度和粒度组成的产品。 产品的平均粒径可达2～3μm以下，对于脆性较大的 物质可比较容易的得到亚微米级产品。 • 近年来通过实践，振动磨日益受到重视，原因就是振 动磨对某些物料产品粒度可达到亚微米级，同时有较 强的机械化学效应，且结构简单，能耗较低，磨粉效 率高，易于工业规模生产。
食品挤压膨化的工艺流程：
原料→混合→ 调理→挤压蒸煮、膨化、切割→焙烤或油炸→冷却→调味→ 称重、包装
将各种不同配比的原料预先充分混合均匀，然后送入挤 压机，在挤压机中加人适量水，一般控制总水量为15％ 左右。挤压机螺杆转速为200～350转／分，温度为 120～160℃，机内最高工作压力为0.8～1兆帕，食品在 挤压机内的停留时间为10～20秒钟。食品经模孔后因水 蒸汽迅速外逸而使食品体积急剧膨胀，此时食品中的水 分可下降到8％一10％。为便于贮存并获得较好的风味 质构，需经烘焙、油炸等处理使水分降低到3％以下。 为获得不同风味的膨化食品，还需进行调味处理，然后 在较低的空气湿度下，使膨化调味后的产品经传送带冷 却以除去部分水分（目前一般成品冷却包装车间都有空 调设备）再立即进行包装。
5.搅拌磨
• 由球磨机发展而来，同普通球磨机相比， 搅拌磨采用高转速和高介质充填率及小介 质尺寸，获得了极高的功率密度，使细物 料研磨时间大大缩短，是超微粉碎机中能 量利用率最高、很有发展前途的一种设备。 • 在加工小于20μm的物料时效率大大提高， 成品的平均粒度最小可达数微米。高转速 搅拌磨机可用于最大粒度小于微米以下产 品，在颜料、陶瓷、造纸、涂料、化工产 品中已获得了成功。 • 目前高转速搅拌磨在工业上的大规模应用 有处理量小和磨损成本高两大难题。随着 高性能耐磨材料的出现，相信这些问题都 能得到解决。
微胶囊制品的制备及其 在食品中的应用
•微胶囊化香料和风味料 •微胶囊化酸味剂 •微胶囊化酶制剂和微胶囊化 细胞 •微胶囊化防腐剂 •固体饮料 •胶囊饮料 •用β-环糊精制取速溶茶 •用β-环糊精脱除食品胆固醇 •其他方面的应用
微胶囊制备过程中常用的壁材
类别 壁材 特点
天然高分子 明胶、阿拉伯胶、虫胶、紫 无毒、稳定、成膜性好 材料 胶、淀粉、糊精、蜡、松脂、 海藻酸钠、玉米朊 半合成高分 羧甲基纤维素、甲基纤维素、 毒性小，粘度大，成盐后 子材料 乙基纤维素 溶解度增加，但易水解， 不耐高温，需临时配制 全合成高分 聚乙烯、聚苯乙烯、聚丁二 成膜性好、化学稳定性好 子材料 烯、聚醚、聚脲、聚乙二醇、 聚乙烯醇、聚酰胺、聚丙烯 酰胺、聚氨酯、聚甲基丙烯 酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、 环氧树脂、聚硅氧烷 无机材料 铜、镍、银、铝、硅酸盐、 玻璃、陶瓷
如磁带用磁粉，涂料用TiO2等的 超微粉已引起人们的重视。
三、主要设备及其应用
1.机械冲击式粉碎机
• 粉碎效率高、粉碎比大、结构简单、运转稳 定，适合于中、软硬度物料的粉碎。 • 这种粉碎机不仅具有冲击和摩擦两种粉碎作 用，而且还具有气流粉碎作用，产品细度一 般可达到d97＝10μm ，配以高性能的精细 分级机后可以生产d97 ＝5～10 μm的超细 粉体产品。 • 由于是高速运转，要产生磨损问题，此外还 有发热问题，对热敏性物质的粉碎要注意采 取适宜措施。
Introduction
微胶囊化技术主要是利用一些可形成膜的物质，进行 核心物质包埋及胶囊化的一种技术。 目的：保护核心物质，避免直接受光、热、氧等影响 而产生变化，并可依特定条件控制下释出核心物质， 产生特殊的效果。
微胶囊的特性
•囊壁：为无缝、固态的薄膜。采用天然高分 子材料壳聚糖、聚赖氨酸、海藻酸钠等;
二、应用
• 1.在中药加工中的应用
中药的超微粉碎，当前主要指细胞级粉碎， 即指以动植物类药材细胞壁为目的的粉碎 作业。运用现代超微粉碎技术，可将原生 药粉碎到5～10μm以下，在该细度条件下， 一般药材细胞的破壁率≥95%，从而表现 出增加药物吸收率，提高药效，节省原料 等优势。
• 2.在食品加工中的应用
微胶囊食品
•微胶囊的概念 •微胶囊技术的发展状况
微胶囊技术基础 •微胶囊的心材与壁材 •微胶囊化方法的分类 •微胶囊化方法选择的依据 •微胶囊化的步骤 •微胶囊的功能
微胶囊化的方法
•喷雾干燥法 •喷雾冷却法和喷雾冷冻法 •空气悬浮成膜法 •挤压法 •凝聚法 •复相乳液法 •熔化分散与冷凝法 •囊心交换法 •粉末床法 •界面聚合法 •原位聚合法 •锐孔-凝固浴法 •包结络合物法
2.气流粉碎机
• 原理：以压缩空气或过热蒸汽通过喷嘴产生的超音速高 湍流气流作为颗粒的载体，颗粒与颗粒之间或颗粒与固 定板之间发生冲击性挤压、摩擦和剪切等作用，从而达 到粉碎的目的。 • 与普通机械冲击式超微粉碎机相比，可将产品粉碎得很 细(d97 产品粒度可达2～40μ m)，粒度更均匀；又因为 气体在喷嘴处膨胀可降温，粉碎过程没有伴生热量，所 以粉碎温升很低。这一特性对于低熔点和热敏性物料的 超微粉碎特别重要。 • 存在一些问题：设备制造成本高，一次性投资大，能耗 高，能量利用率只有2％左右，因而粉体加工成本太大， 使得它在这一领域的使用受到了一定的限制；同时，它 难以实现亚微米级产品粉碎，产品粒度在10μ m左右时效 果最佳，在10μ m以下时产量大幅度下降，成本急剧上升。
在软饮料加工、果蔬加工、 粮油加工、水产品加工、功能性 食品加工行业、巧克力生产、调 味品加工等领域都有应用。经超 微粉碎技术加工后的茶粉、面粉、 珍珠粉、骨粉等产品具有易于吸 收、口感好等优点。
• 3.在生物制品中的应用
如用聚山梨酯-80修饰的纳米粒， 能促使多肽类药物透过血-脑脊液 屏障。
• 4.其他方面的应用
挤压膨化食品加工
挤压食品的加工工艺主要靠挤压机来完成。 挤压成型的定义：物料经过预处理（粉碎、调湿、预热、混合等） 后，在螺杆的强行输送和推动下，通过一个专门设计的小孔（模具）， 从而形成一定形状和组织状态的产品。 食品挤压膨化的机理：膨化食品的加工原料主要是含淀粉较多的谷 物粉、薯粉或生淀粉等。这些原料由许多排列紧密的胶束组成，胶束间 的间隙很小，在水中加热后因部分溶解空隙增大而使体积膨胀。当物料 通过供料装置进人套筒后，利用螺杆对物料的强制输送，通过压延效应 及加热产生的高温、高压、使物料在挤压筒中被挤压、混合、剪切、混 炼、熔融、杀菌和熟化等一系列复杂的连续处理，胶束即被完全破坏形 成单分子，淀粉糊化，在高温和高压下其晶体结构被破坏，此时物料中 的水分仍处于液体状态。当物料从压力室被挤压到大气压力下后，物料 中的超沸点水分因瞬间的蒸发而产生膨胀力，物料中的溶胶淀粉也瞬间 膨化，这样物料体积也突然被膨化增大而形成了酥松的食品结构。 食品挤压膨化的定义：挤压膨化食品是指将原料经粉碎、混合、调 湿，送入螺旋挤压机，物料在挤压机中经高温蒸煮并通过特殊设计的模 孔而制得的膨化成型的食品。 在实际生产中一般还需将挤压膨化后的食品再经过烘焙或油炸等处 理以降低食品的水分含量，延长食品的保藏期，并使食品获得良好的风 味和质构；同时还可降低对挤压机的要求、延长挤压机的寿命、降低生 产成本。