食品加工新技术 食品超微粉碎技术Word文档格式.docx
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磨碎或研磨:
将小块物料分裂成细粉的操作
2、粒度:
物料颗粒的大小
3、粉碎操作的种类(按细度分)
①粗粉碎:
原料粒度在40~1500mm范围内,成品粒度若5~50mm
②中粉碎:
10~100,5~10mm
③微粉碎:
5~10,100μm以下
④超威粉碎:
原料粒度0.5~5mm,成品粒度10~25μm以下。
4、粉碎的方法(按物料所处介质分)
(1)干法粉碎:
原料直接粉碎,而不是悬浮于载体液流中进行粉碎。
①开路粉碎:
物料经粉碎后而被直接卸出,不经筛分。
②自由粉碎:
物料经筛分后,将较粗的物料进行粉碎。
③滞塞进料粉碎:
在粉碎机出口插入筛网,以限制物料的卸出,以使物料粉碎得更细。
④闭路粉碎:
将粉碎出来的物料经过筛分,分出过粗的物料重新回入粉碎机进行粉碎。
(2)湿法粉碎:
将原料悬浮于载体液流中进行粉碎。
此法可避免粉尘飞扬,减少浪费。
5、粉碎的基本方法(根据物料受力的种类分):
(1)压碎:
物料置于两个粉碎面之间,施加压力后,物料因压应力达到其抗压强度极限而被粉碎。
(2)劈碎:
用一个平面和一个带尖棱的工作表面挤压物料时,物料沿压力作用线的方向劈裂。
这是由于劈裂平面上的拉应力达到或超过物料拉伸强度极限。
(3)折裂:
被粉碎的物料相当于承受集中载荷的两支点或多支点梁,当物料内的弯曲应力达到物料的弯曲强度极限时而被折断。
(4)磨碎:
物料与运动的表面之间受一定的压力和剪切力的作用,当剪切力达到物料的剪切强度时,物料就被粉碎。
(5)冲击破碎:
物料在瞬间受到外来的冲击力而粉碎,该法最适于脆性物料的粉碎。
6、粉碎度(粉碎比):
粉碎前后的粒度比
二、粉碎理论
(一)粉碎力的种类
挤压力、冲击力、剪切力(磨擦力)
(二)物料的力学性质(根据物料应变与应力、极限应力的关系)
1、硬度──它是根据物料弹性模量的大小来划分的性质。
有硬和软之分。
硬度越高,表明物料抵抗弹性变形的能力越大。
2、强度──它是根据物料弹性极限应力的大小来划分的性质。
有强与弱之分。
强的材料抵抗塑变的能力大。
3、脆性──它是根据物料塑变区域长短来划分的性质。
有脆性和可塑性之分。
4、韧性──它是一种抵抗物料裂缝扩展能力的特性。
韧性越大,则裂缝末端的应力集中就越容易得到缓解。
(三)物料在粉碎时的变化
1、物料受到各种粉碎力的作用──>
产生相应的应变、变形内能积蓄──>
变形能超过临界值时,物料发生裂解。
2、能量的利用情况
用于粉碎和产生新表面而能量不到1%,其余能量则消耗在其它方面:
(1)未破碎的颗粒的弹性变形;
(2)物料的来回运转;
(3)颗粒之间的磨擦;
(4)颗粒和粉碎机之间的磨擦;
(5)发热;
(6)振动的噪音;
(7)机械和电机的无效消耗。
第二节干法超威粉碎和微粉碎
┌─>
气流式
一、种类──┤
└─>
机械式:
高频振动式、旋转球(棒)磨式、转辊式、锤(盘)击式、自磨式
二、基本原理
(一)气流式超威粉碎
1、基本原理
利用空气、蒸汽或其它气体通过一定压力的喷嘴喷射产生高度的湍(tuan)流和能量转换流,物料颗粒在这高能气流作用下悬浮输送着,相互之间发生剧烈的冲击、碰撞和磨擦作用,加上高速喷射气流对颗粒的剪切冲击作用,使得物料颗粒间得到充足的研磨而粉碎成超威粒子,同时进行均匀混合。
由于欲粉碎的物料大多熔点较低或者不耐热,故通常同时使用空气。
被压缩的空气在粉碎室中膨胀,产生的冷却效应与粉碎时产生的热效应相互抵消。
2、气流式超威粉碎的特点
(1)粉碎比大,成品颗粒平均粒径在5微米以下。
(2)粉碎设备结构紧凑、磨损小且维修容易,但动力消耗大。
(3)在粉碎中设置一定的分级作用,粗粒由于受到离心力的作用不会混到细粒成品中,保证了成品粒度的均匀一致。
(4)压缩空气或过热空气膨胀时会吸收很多能量产生致冷作用,造成较低的温度,所以对热敏性物料的超威粉碎有利。
(5)易实现多单元联合操作,如利用热空气同时进行干燥。
(6)卫生条件好,易实现无菌操作。
(二)高频振动式超威粉碎
1、高频振动式超威粉碎的原理
利用球形或棒形研磨介质作高频振动时产生的冲击、磨擦、剪切等作用力,来实现超威粉碎,并同时起到混合分散作用。
所用设备为振动磨。
2、高频振动式超威粉碎的特点
(1)研磨效率高p17
(2)成品粒径小,粒径在2-3微米以下
(3)可实现连续化生产,并可采用完全封闭式操作,以改善操作环境
(4)外形尺寸比球磨机小,占地较少、操作方便、维修容易
(5)可用于干法和湿法粉碎中。
(6)但振动噪音大,需使用隔音或消音设备。
(三)旋转球(棒)磨式超威粉碎或微粉碎
(四)转辊式微粉碎或超威粉碎
(五)锥击式和盘击式微粉碎
第三节湿法超威粉碎
球磨机和振动磨等设备,既可用于干法粉碎,也可用于湿法粉碎,但搅拌磨、胶体磨和均质机等,是湿法粉碎的专用设备。
一、搅拌磨
搅拌磨的基本原理是:
在离心机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、冲击和挤压等作用力(主要是剪切力),使浆料颗粒得以粉碎。
二、双锥磨
1、双锥磨的结构特点
双锥磨是一种新型高能量密度的超威粉碎设备,它利用两个锥形容器的间隙构成一个研磨区,内锥体为转子,外锥体为定子。
在转子和定子之间用研磨介质填充,,研磨介质为玻璃珠、陶磁珠和钢珠等。
研介直经通常为0.5~3.0mm,转子与定子之研磨间距(缝隙)为6~8mm,与研磨介质直经相适应。
介质直经大,则间距也大。
通常锥形研磨区可以得到渐进的研磨效果,供研磨的能量从进料口至出料口逐渐增加,因为随着被研磨物料细度的增加,必须使其获得更高的能量才能进一步磨细。
2、双锥磨的特点
能量密度高,研磨容器小,因此成品的细度高、生产量大;
结构紧凑,操作密闭,适于研磨含有机溶剂的物料;
无空气加入,研磨时不会起泡;
适于研磨低沸点下溶解的物料和热敏性物料。
图1-19双锥磨的结构示意图
三、胶体磨和均质机
(一)胶体磨
1、胶体磨的工作原理
工作构件由一个固定的磨子(定子)和一个高速旋转的磨体(转子)所组成。
两磨体之间有一个可以调节的微细间隙。
当物料通过这个间隙时,由于转子的高速旋转,使附着于转子面上的物料速度增大,而附着于定子面上的物料速度为零。
这样,产生了急剧的速度梯度,从而使物料受到强烈的剪切、磨擦和湍流骚扰,产生了超威粉碎作用。
2、胶体磨的特点
粉碎时间短、颗粒细(可达1微米以下),同时兼有混合、搅拌、分散和乳化作用;
效率高,为球磨机和辊磨机的2倍以上;
间隙可调,细度可控;
结构简单、操作方便、占地小。
(二)均质机
1、均质机的工作原理
与胶体磨的工作原理相似,当高压物料在阀盘与阀座间流过时,产生了急剧的速度梯度,速度以缝隙的中心为最大,而附着于阀盘与阀座上的物料流速为零。
急剧的速度梯度产生强烈的剪切力,使液滴或颗粒发生变形和破裂以达到微粒化的目的。
四、超声波乳化器
1、超声波的发生
图1-33(上)是一种普通的机械式超声波乳化装置,它有一边缘为楔形的簧片置于喷嘴的前方,液体被泵送经喷嘴成为液体,冲击簧片前缘使簧片振动。
簧片以其自然频率引起共振,并将超声波传送给液体。
声波强度虽不大,但足以使簧片附近的液体内部产生空化作用,从而达到乳化目的。
2、乳化原理
超声波是频率大于16kHz的声波。
当它遇到障碍时,会对障碍物起着迅速交替的压缩和膨胀作用。
在膨胀的半个周期内,物料受到张力,物料中存在的任何气泡将膨胀;
而在压缩的半个周期内,此气泡将被压缩。
当压力的变化很大而气泡又很小时,压缩的气泡就急速崩溃,对周围产生巨大的复杂应力,这种现象称作“空蚀”作用,可释放出相当的能量。
空蚀作用也可发生在没有气体存在的物料中,但物料中存在溶解氧或气泡,可促进这种现象的发生。
第四节超威粉碎或微粉碎的应用
一、超威粉碎技术在巧克力生产中的应用
1、细度是影响口感的重要因素
尽管配方可影响巧克力的口感,但配料的平均粒度在25微米左右,且其中大部分颗粒直经在15~20微米之间时,吃起来才有很好的细腻滑润的感觉。
2、巧克力的生产工艺
可可豆──>
清理(发酵、成熟、工作、分级)──>
焙炒──>
簸筛去壳──>
初粉碎(初磨)──>
混合配料──>
精磨(超威粉碎)──>
精炼──>
调温──>
浇模──>
振磨──>
硬化──>
脱模──>
包装──>
成品
二、超威粉碎技术在功能性食品基料生产上的应用
1、在蛋白质为基础成分的脂肪替代品中的应用。
2、在膳食纤维生产中的应用
A.膳食纤维的生理功能
使粪便变软,并增加其排出量,起到预防便秘、结肠癌、痔疮和下肢静脉曲张;
降低血清胆固醇,预防由冠状动脉硬化引起的心脏病;
改善末梢神经组织对胰岛素的感受性,能调节糖尿病人的血糖水平;
是一种无能量的填充料,能防治肥胖病;
膳食纤维的不足,可引起阑尾炎、间歇性疝、胆结石、肾结石、膀胱结石、十二指肠溃疡、溃疡性结肠炎和乳腺癌等疾病。
B.以甘蔗渣为例生产膳食纤维的工艺
原料清理──>
初粉碎──>
浸泡漂洗──>
异味脱除──>
二次漂洗──>
漂白脱色──>
脱水干燥──>
微粉碎──>
功能活化──>
超威粉碎
详细工艺见书P48
C.产品细度与品质的关系
粒度越小,比表面积越大,膳食纤维的持水率、膨胀率也越大,生理特性越强。
因此,超威粉碎在此非常重要。
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