食品超微粉碎机

三、超微粉碎技术

粉碎操作在食品工业中占有非常重要的作用，如面粉是以粉末形式使用的，巧克力等很多食品的生产需要将各种配料粉碎至足够细小的颗粒才能保证物料的均匀分布和终产品的品质。随着现代食品工业的不断发展，普通的粉碎手段已经开始不足适应生产的需要，于是出现了微粉碎和超微粉碎手段，并得到了迅猛的发展。

（一）超微粉碎概念

根据原料和产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）和超微粉碎四种类型。

粗粉碎：原料粒度10～100mm，成品粒度5～10mm。

细粉碎：原料粒度5～50mm，成品粒度0.1～5mm。

微粉碎：原料粒度5～10mm，成品粒度＜100um。

超微粉碎：原料粒度0.5～5mm，成品粒度＜10～25um。

超微粉碎一般是指将3mm以上的物料颗粒粉碎至10～25um以下的过程。

由于颗粒的细微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。食品工业是超微粉碎应用的一大领域，作为一种新型的食品加工方法，已在许多食品加工中得到应用。

微细化的食品具有很强的表面吸附力和亲和力，因此，具有很好的固香性、分散性和溶解性，特别容易消化吸收。甚至动植物的不可食部分（如骨、蛋壳、虾皮等含有丰富的钙源和甲壳素）也可通过超微化而被人体吸收。

（二）超微粉碎技术及设备

超微粉碎设备按其作用原理可分为机械式和气流式两大类。机械式又分为雷蒙磨、球磨机、胶体磨和冲击式微粉碎机四类。气流式粉碎设备是利用转子线速度所产生的超高速气流，将物料加速到超高速气流中，转子上设置若干交错排列的、能产生变速涡流的小室，形成高频振动，使物料的运动方向和速度瞬间产生剧烈变化，促使物料颗粒间急促摩擦、撞击，如此反复运动，使物料裂解成微粉。

1.球磨机

常规球磨机一直是细磨过程中的主要加工设备。它主要靠冲击进行破碎，物料粒度小于20um时反映出其效率低，能耗大，加工时间长等缺点。搅拌球磨机是超微粉碎机中最有前途而且能量利用率最高的一种超微粉碎设备。主要由搅拌器、筒体、传动装置和机架组成。工作时搅拌器以一定速度运转带动研磨介质运动，物料在研磨介质中利用摩擦和少量的冲击研磨粉碎，使得在加工小于20um的物料时效率大大提高。

2.胶磨机（胶体磨）

主要由一固定表面和一旋转表面所组成。两表面间有可以微调的间隙（50～150μm）。当物料通过间隙时，由于转动体高速旋转（3000～15000r/h），在固定体和转动体之间产生很大的速度梯度，使物料受到强烈的剪切力从而产生破碎分散的作用。胶体磨能使成品粒度达到2～50μm。胶体磨是一种较理想的超微粉碎设备，但胶体磨对料水比有一定要求。根据胶体磨的剪切特性，它也可用于混合、乳化等过程。目前我国生产的胶体磨分变速胶体磨、滚子胶体磨、砂轮胶体磨、多级胶体磨和卧式胶体磨。

3.气流磨机（流能磨或喷射磨）

利用压缩空气或过热蒸汽为工质产生高压并通过喷嘴产生超音速气流作为物料颗粒的载体，使颗粒获得巨大的动能。两股相向运动的颗粒发生相互碰撞或与固定板冲击，从而达到粉碎的目的。与普通机械式超微粉碎机相比，气流粉碎机可将产品粉碎的很细，粒度分布范围更窄，即粒度更均匀。又因为气体在喷嘴处膨胀会降温，粉碎过程不伴生热量，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。但是，气流粉碎能耗大，一般认为要高出其他粉碎方法数倍。

4.振动磨机

用弹簧支撑磨机体，由一带有偏心块的主轴使其振动。振动磨的效率比普通磨高10～20倍。这种设备的振幅在2～6mm，转速在1020～4500r/min。

5.冲击粉碎机

利用围绕水平轴或垂直轴高速旋转的转子对物料进行强烈冲击、碰撞和剪切。其特点是结构简单、粉碎能力大、运转稳定性好、动力消耗低，适合于中等硬度物料粉碎。国内的MLC-40高速冲击粉碎机用于超微粉碎取得了理想效果。入料粒度3～5mm，产品粒度10～40μm。

6.超声波粉碎机

超声波发生器和换能器产生高频超声波。超声波在待处理的物料中引起超声空化效应，由于超声波传播时产生疏密区，而负压在介质中产生许多空腔，这些空腔随振动的高频压力变化而膨胀、爆炸，真空腔爆炸时能将物料震碎。另外由于超声波在液体中传播时产生剧烈的扰动作用，使颗粒产生很大的速度，从而相互碰撞或与容器碰撞而击碎液体中的固体颗粒或生物组织。超声粉碎后颗粒粒度在4μm以下，而且粒度分布均匀。

7.均质乳化机

如果需要对液状物料进行细化、均质，可以通过均质和乳化机来实现。其作用原理是通过机械作业或流体力学效应造成高压、挤压冲击和失压等使料液在高压下挤研，在强冲击下发生剪切，在失压下膨胀，而达到细化和均质的目的。均质机的类型有高压均质机、离心式均质机、超声波式均质机和胶体磨式均质机等。

（三）食品超微粉的粒度分布与测定

粒度是超微粉的一个重要质量指标，因为食品超微粉的物性与粒度有关。

粒度就是粉碎物颗粒大小的尺度。对于球形颗粒来讲，粒度就是颗粒的直径。对于非球形颗粒而言，粒度有两种表示方法：

1.以表面积为基准的名义粒度ds。

2.以体积为基准的名义粒度dv。

粒度分布的测定方法有筛分法、显微镜法、沉降法、吸附法、流体透过法、激光粒度测定法。

（四）超微粉碎技术在食品深加工中的应用

食品超微粉可作为食品原料添加到糖果、糕点、果冻、果酱、冰淇淋、酸奶等多种食品中，增加食品的营养，增进食品的色香味，改善食品的品质，增添食品的品种。鉴于食品超微粉的溶解性、分散性好，容易消化吸收，在保健食品的生产中有广阔的应用前景，如补钙食品、高膳食纤维食品。

1.超微粉碎技术在巧克力生产上的应用

巧克力属于超微颗粒的多相分散体系，油脂在此体系内属于分散介质，是一种连续相。糖和可可以细小的质粒作为分散相分散于油脂连续相内，大部分可可、糖、乳干物质粒度在20～30μm。少量水分和空气在此体系内也是一种分散体。当巧克力溶化时，细小的干物质粒以悬浮体分散在液态的油脂连续相内。当巧克力经过调温并冷却凝固时，油脂以一定的晶型被固定下来成为一种有规律的紧密晶格形式出现，可可、糖和乳等微小质粒也被固定在整齐的油脂晶格间。在常温下，精制的纯巧克力被看做是一种高度均一的固态混合物。

巧克力一个重要的质构特征是口感特别细腻滑润。决定巧克力细腻滑润口感的主要因素是巧克力配料的粒度。分析表明，配料的平均粒度在25μm左右，且其中大部分质粒的粒径在15～20μm，吃起来就有很好的细腻滑润的口感特性。当平均粒度超过40μm时，就可明显感到粗糙感，这样巧克力的品质就明显变差。因此，超微粉碎技术在保证巧克力质构品质上发挥重要的作用。

2.超微粉碎技术在功能性食品基料生产上的应用

所谓功能性食品，就是强调其成分对人体能充分显示身体防御功能、调节生理节律、预防疾病和促进康复等有关功能的工程化食品，国内外很多专家预测功能性食品将成为21世纪的主导食品。功能性食品中真正起作用的成分称为生理活性成分，富含这些成分的物质即称为功能性食品基料（或称生理活性物质）。显然，功能性食品基料是生产功能性食品的关键。就目前而言，确认具有生理活性的基料包括膳食纤维、真菌多糖、功能性舔味剂、多不饱和脂肪酸脂、复合脂质、油脂替代品、自由基清除剂、维生素、微量活性元素、活性肽、活性蛋白质和乳酸菌等十多类。超微粉碎技术在部分功能性食品基料（如脂肪替代品、膳食纤维）的制备生产上起重要的作用。

有一类以蛋白质微粒为基础成分的脂肪替代品，就是利用超微粉碎技术（微粒化）将蛋白质颗粒粉碎至某一粒度。因为人体口腔对一定大小和形状颗粒的感知程度有一阈值，小于这一阈值时颗粒状就不会被感觉出，于是呈现出奶油状、滑腻的口感特性。利用湿法超微粉碎技术将蛋白质颗粒的粒径降低至这一阈值，便得到可用来代替油脂的功能性食品基料。例如美国Nutrasweet公司推出的Simplesse产品，就是以牛乳和鸡蛋白为原料，先经过热处理使两种蛋白质发生一定程度的变性，之后通过很强烈的湿法超微粉碎使蛋白质颗粒大小降至0.1～2μm。这样的粒度人体嘴部不会感知出颗粒的存在，同时这样细小的球形蛋白微粒之间还容易发生滚动作用，增强了类似脂肪滑腻柔和的口感特性。此外，Simplesse还包含其他一些成分，如乳糖、柠檬酸、乳化剂和复合抗絮凝剂（卵磷脂、黄原胶、麦芽糊精或果胶），这些组分的共同作用使产品更具良好的物化和口感特性。Simplesse的能量值仅5.43kJ/g。对初始蛋白可预先除去所含的胆固醇和脂肪，这更提高了它在功能性食品或低能量食品中的可用性。该产品的主要缺点是对热不稳定，容易受热变性而失去滑腻的口感，主要用在不需要高温处理的食品上。

膳食纤维是一种重要的功能性食品基料，它所具有的生理功能概括起来主要有：①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；②降低血清胆固醇，预防由冠动脉硬化引起的心脏病；③改善末梢神经组织对胰岛素的感受性，调节糖尿病人的血糖水平；④是一种无能量填充料，能防治肥胖病；⑤膳食纤维的缺乏或不足还与阑尾炎、胆结石、十二指肠溃疡、乳腺癌等疾病的发病率与发病程度有很大的关系。因此，增加膳食中纤维的摄入量已成为西方国家为提高自身健康而采取的一相重要措施。

自然界中富含纤维的原料很多，如小麦麸皮、燕麦皮、玉米皮、豆皮、米糠、甜菜渣等均可用来生产膳食纤维添加剂。采用超微粉碎技术生产的膳食纤维粒度微小，能显著地改善纤维食品的口感和吸收性，避免了一般高纤维食品口感粗糙的缺点。

各种畜、禽鲜骨中含有丰富的蛋白质和脂肪、磷脂质、磷蛋白，能促进儿童大脑神经的发育，有健脑增智之功效。一般将鲜骨煮、熬之后食用，实际上鲜骨的营养成分没有被人体吸收，造成资源浪费。利用气流式超微粉碎技术将鲜骨多级粉碎加工成超细骨泥或经脱水制成骨粉，既能保持95%以上的营养素，而且营养成分又易被人体吸收利用，吸收率可达90%以上。

传统的饮茶方法是用开水冲泡茶叶，但是人体并没有完全吸收茶叶的全部营养成分，一些不溶性或难溶的成分，如维生素A、维生素K、维生素E及绝大部分蛋白质、碳水化合物、胡萝卜素以及部分矿物质等大量存留于茶渣中，大大地影响了茶叶的营养保健功能。利用超微粉碎技术将茶叶在常温、干燥状态下制成茶粉，使粉体的粒径小于5μm，则茶叶的全部营养成分易被人体吸收，用水冲饮时成为溶液状，无沉淀。此外，茶粉还可以用于生产茶叶冰淇淋、茶味糖果等其他食品。