超微粉碎技術(shù)

超微粉碎，是指利用機(jī)械或流體動(dòng)力的方法克服固體內(nèi)部凝聚力使之破碎，從而將3毫米以上的物料顆粒粉碎至10-25微米的操作技術(shù)。是20世紀(jì)70年代以后，為適應(yīng)現(xiàn)代高新技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種物料加工高新技術(shù)。 　超微細(xì)粉末是超微粉碎的最終產(chǎn)品，具有一般顆粒所沒有的特殊理化性質(zhì)，如良好的溶解性、分散性、吸附性、化學(xué)反應(yīng)活性等。因此超微細(xì)粉末已廣泛應(yīng)用于食品、化工、醫(yī)藥、化妝品農(nóng)藥、染料、涂料、電子及航空航天等許多領(lǐng)域上。

技術(shù)特點(diǎn)

速度快可低溫粉碎

超微粉碎技術(shù)是采用超音速氣流粉碎、冷漿粉碎等方法，與以往的純機(jī)械粉碎方法完全不同。在粉碎過程中不會(huì)產(chǎn)生局部過熱現(xiàn)象，甚至可在低溫狀態(tài)下進(jìn)行粉碎，速度快，瞬間即可完成，因而最大限度地保留粉體的生物活性成分，以利于制成所需的高質(zhì)量產(chǎn)品。

粒徑細(xì)且分布均勻

由于采用超音速氣流粉碎，其在原料上力的分布相當(dāng)均勻。分級(jí)系統(tǒng)的設(shè)置，既嚴(yán)格限制了大顆粒，有避免出現(xiàn)過碎，得到粒徑分布均勻的超細(xì)粉，同時(shí)很大程度上增加了微粉的比表面積，使吸附性、溶解性等亦相應(yīng)增大。

節(jié)省原料 提高利用率

物體經(jīng)超微粉碎后，近納米細(xì)粒徑的超細(xì)粉一般可直接用于制劑生產(chǎn)，而常規(guī)粉碎的產(chǎn)物仍需要一些中間環(huán)節(jié)，才能達(dá)到直接用語生產(chǎn)的要求這樣很可能造成原料浪費(fèi)。因此，該技術(shù)尤其適合珍貴稀少原料的粉碎。

減少污染

超微粉碎是在封閉系統(tǒng)下進(jìn)行，既避免了微粉污染周圍環(huán)境，又可防止空氣中的灰塵污染產(chǎn)品。故在食品及醫(yī)療保健品中運(yùn)用該技術(shù)，微生物含量及灰塵便得以控制。

粉碎方法

磨介式粉碎

磨介式粉碎是借助與運(yùn)動(dòng)的研磨介質(zhì)(磨介)所產(chǎn)生的；中擊，以及非；中擊式的彎折、擠壓和剪切等作用力，達(dá)到物料顆粒粉碎的過程。磨介式粉碎過程主要為研磨和摩擦，即擠壓和剪切。其效果取決于磨介的大小、形狀、配比、運(yùn)動(dòng)方式、物料的填充率、物料的粉碎力學(xué)特性等。磨介式粉碎的典型設(shè)備有球磨機(jī)、攪拌磨和振動(dòng)磨3種。

球磨機(jī)是用于超微粉碎的傳統(tǒng)設(shè)備，產(chǎn)品粒度可達(dá)20-40微米。當(dāng)要求產(chǎn)品粒度在20微米以下，則效率低、耗能大、加工時(shí)間長。攪拌磨是在球磨機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來，主要由研磨容器攪拌器、分散器、分離器和輸料泵等組成。工作時(shí)在分散器高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下，研磨介質(zhì)和顆粒漿料；中向乏器內(nèi)壁，產(chǎn)生)中擊性的剪切、摩擦和擠壓等作用，將顆粒粉碎。攪拌磨能達(dá)到產(chǎn)品顆粒的超微化和均勻化，成品的平均粒度最小可達(dá)到數(shù)微米。振動(dòng)磨是利用磨介高頻振動(dòng)產(chǎn)生的；中擊性剪切、摩擦和擠壓等作用將顆粒粉碎的，所得到的成品平均粒度可達(dá)2-3微米以下而且粉碎效率比球磨機(jī)高得多，處理量是同容量球磨機(jī)的下10倍以上。

氣流式超微粉碎

氣流磨可用于超微粉碎，是以壓縮空氣或過熱蒸汽，通過噴嘴產(chǎn)生的超音速高湍流氣流作為顆粒的載體，顆粒與顆粒之間或顆粒與固定板之間發(fā)生沖擊性積壓、磨擦和剪切等作用，從而達(dá)到粉碎的目的。自20世紀(jì)40年代美國第一臺(tái)工業(yè)氣流粉碎機(jī)誕生以來，現(xiàn)已有圓盤式、循環(huán)管式、靶式、對(duì)撞式、旋轉(zhuǎn)沖擊式、流化床式6大類氣流粉碎機(jī)。與普通機(jī)械式超微粉碎機(jī)相比，氣流粉碎機(jī)可將產(chǎn)品粉碎得很細(xì)（粉品細(xì)度可達(dá)2~40微米），粒度分布范圍更窄，即粒度更均勻。又因?yàn)闅怏w在噴嘴處膨脹可降溫，粉碎過程沒有伴生熱量，所以粉碎溫升很低。這一特性對(duì)于低熔點(diǎn)和熱敏性物料的超微粉碎特別重要。但是，氣流粉碎能耗大，能量利用率只有2%左右，一般認(rèn)為要高出其他粉碎方法數(shù)倍。

值得指出的是，一般認(rèn)為產(chǎn)品粒度與喂料速度成正比，即喂料速度愈大，產(chǎn)品粒度也愈大這種理解不全面。當(dāng)喂料速度或粉碎機(jī)內(nèi)顆粒濃度達(dá)到一定值后，這個(gè)說法是合理的。因?yàn)槲沽纤俣仍龃螅鬯闄C(jī)內(nèi)顆粒濃度也增加，發(fā)生顆粒擁擠現(xiàn)象，甚至顆粒流動(dòng)像柱塞一樣，只有在"柱塞"前沿的顆粒，才有發(fā)生有效碰撞的可能，在后面的顆粒只有相互之間低速的碰撞和摩擦、發(fā)熱。但是，這并不是說顆粒濃度愈小，產(chǎn)品粒度愈小，或者粉碎效率愈高。恰恰相反，當(dāng)顆粒濃度低到一定程度，顆粒之間將缺少碰撞機(jī)會(huì)而降低粉碎效率。

機(jī)械剪切式超微粉碎

現(xiàn)有的大部分粉碎方法多為沖擊式。對(duì)于脆性大、韌性小的物料，這些方法是恒之有效。但基于農(nóng)產(chǎn)品深加工的發(fā)展，特別是新鮮或含水最高的高纖維物料（多為韌性物料和柔性物料）的粉碎，氣流沖擊粉碎反而效果不好，反映在產(chǎn)品粒度大、能耗高、這類物質(zhì)的粉碎用剪切式比較合適。雖然，超微粉碎的方法很多，但是目前在食品加工中應(yīng)用較多的是氣流式中的超音速式超微粉碎方法。

人們的生活水平不斷提高，對(duì)食品的要求也愈來愈重視。這就對(duì)食品的加工技術(shù)提出了更高的要求，既要保證食品良好的口感，又要保證營養(yǎng)成分不被破壞，而且還要更有利于人體的吸收。超微粉碎技術(shù)根據(jù)其特點(diǎn)，應(yīng)用于食品加工領(lǐng)域，恰恰可以達(dá)到上述的一些效果。對(duì)食品進(jìn)行微粒超微化處理，可以使其比表面積成倍增長，提高某些成分的活性、吸收率，并使食品的表面電荷、粘力發(fā)生奇妙的變化。

食品加工業(yè)的應(yīng)用

食物資源的利用

小麥麩皮、燕麥皮、玉米皮、玉米胚芽渣、豆皮、米糠、甜菜渣和甘蔗渣等，含有豐富維生素、微量元素等，具有很好的營養(yǎng)價(jià)值，但由于常規(guī)粉碎的纖維粒度大，影響食品的口感，而使消費(fèi)者難于接受。通過對(duì)纖維的微粒化，能明顯改善纖維食品的口感和吸收性''''從而使食物資源得到了充分的利用，而且豐富了食品的營養(yǎng)。果皮、果核經(jīng)超微粉碎可轉(zhuǎn)變?yōu)槭称?。蔬菜在低溫下磨成微膏粉，既保存全部?A style="COLOR: rgb(19,110,194); TEXT-DECORATION: none" target=_blank>營養(yǎng)素，纖維質(zhì)也因微細(xì)化而增加了水溶性，口感更佳。一些動(dòng)植物體的不可食部分如骨、殼(如蛋殼)、蝦皮等，也可通過超微化而 成為易被人體吸收利用的鈣源和甲殼素。

各種畜、禽鮮骨中含有豐富的蛋白質(zhì)和脂肪、磷脂質(zhì)、磷蛋白，能促進(jìn)兒童大腦神經(jīng)的發(fā)育，有健腦增智之功效。鮮骨中含有的骨膠原(氨基酸)、軟骨素等，有滋潤皮膚防衰老的作用鮮骨中還含有維生素A、B，、B2、B12等營養(yǎng)成分。鈣、鐵等在鮮骨中的含量 也極高，如豬骨中含有復(fù)合磷酸鈣鹽、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)等主要成分。

一般將鮮骨煮、熬之后食用，實(shí)際上：鮮骨的營養(yǎng)成分沒有被人體吸收，造成資源浪費(fèi)。利用氣流式超微粉碎技術(shù)，將鮮骨多級(jí)粉碎加工成超細(xì)骨泥或經(jīng)脫水制成骨粉，既能保持95%以上的營養(yǎng)素，而且營 養(yǎng)成分又易被人體直接吸收利用，·吸收率可達(dá)90%以上。骨是肉類食品廠的大宗副產(chǎn)品，大多以低價(jià)出售處理。因此，將骨制成富鈣產(chǎn)品，既具有營養(yǎng)意義，又具有經(jīng)濟(jì)意義。

另外，傳統(tǒng)的飲茶方法是用開水沖泡茶葉，但是人體并沒有完全吸收茶葉的全部營養(yǎng)成分，一些不溶性或難溶的成分，諸如維生素A、K、E及絕大部分蛋白質(zhì)、碳水化合物、胡羅卜素以及部分礦物質(zhì)等，都大量留存于茶渣中大大影響了茶葉的營養(yǎng)及保健功能。如果將茶葉在常溫、干燥狀態(tài)下制成粉茶，使粉體的粒徑小于5微米，則茶葉的全部營養(yǎng)成分易被人體腸胃直接吸收，用水沖飲時(shí)成為溶液狀，無沉淀。

新型功能食品或添加劑

1、纖維食品膳貪。纖維素被現(xiàn)代營養(yǎng)學(xué)界稱為"第七營養(yǎng)素" ，它可作為食物填充劑或生理活性物質(zhì)，是防治現(xiàn)代"文明病"和平衡膳食結(jié)構(gòu)的重要功能性基料食品。因此，增加膳食纖維的攝入是提高人體健康的重要措施。借助現(xiàn)代超微粉碎技術(shù)，使食物纖維微粒 化，能明顯改善纖維食品的口感和吸收性。

2、補(bǔ)鈣食品。動(dòng)物骨、殼、皮等通過超微粉碎后得到的微粉屬有機(jī)鈣，比無機(jī)鈣容易被人體吸收、利用。這些有機(jī)鈣可以作為添加劑，制成高鈣高鐵的骨粉（泥）系列食品，具有獨(dú)到的營養(yǎng)保健功能，因此被譽(yù)為"21世紀(jì)功能性食品"。當(dāng)這些有機(jī)鈣粉（包括珍珠粉）的粒度小于5微米時(shí)，可用于某些缺鈣食品如豆奶等的富鈣。

3、甲殼素。蟹殼、蝦殼、蛆、蛹等的超微粉末可用作保鮮劑、持水劑、抗氧化劑等，改性后還有其他許多功能性。

改變傳統(tǒng)工藝

改善食品品質(zhì)、降低生產(chǎn)成本超微粉碎，可以使部分食品加工過程或工藝產(chǎn)生革命性的變化。如速溶茶生產(chǎn)，傳統(tǒng)的方法是通過萃取，將茶葉中的有效成分提取出來，然后濃縮、干燥制得粉狀速溶茶?，F(xiàn)在采用超微粉碎僅需一步工序便得到粉茶產(chǎn)品，既大大簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，又大大降低生產(chǎn)成本。再者是豆粉的生產(chǎn)，傳統(tǒng)的工藝是先將大豆浸泡，然后破碎、去皮、細(xì)磨脫水、干燥，如果采用干法超微粉碎技術(shù)，大豆毋須加水浸泡，便可直接破碎、超微得到豆粉產(chǎn)品。這樣，既保留了豆皮的營養(yǎng)，又節(jié)省了能量，因?yàn)閭鹘y(tǒng)方法先加水，最后再脫水干燥，浪費(fèi)很多能量。

軟飲料加工

利用氣流微粉碎技術(shù)，可開發(fā)出的軟飲料有粉茶、豆類固體飲料、超細(xì)骨粉配制富鈣飲料和速溶綠豆精等。如果將茶葉在常溫、干燥狀態(tài)下制成茶粉、使粉體的粒徑小于5微米，則茶葉的全部營養(yǎng)成分易被人體腸胃直接吸收，可以即沖即飲。烏龍茶、紅茶、綠茶、的茶粉還可加入到各種食品中，從而加工出一種全新的茶制品。

在牛奶生產(chǎn)過程中，利用均質(zhì)機(jī)能使脂肪明顯細(xì)化。若98%的脂肪球直徑在2微米以下，則可達(dá)到優(yōu)良的均質(zhì)效果，口感好，易于消化。植物蛋白飲料是以富含蛋白質(zhì)的植物種子和各種果核為原料，經(jīng)浸泡、磨漿、均質(zhì)等操作單元制成的乳狀制品。磨漿時(shí)用膠體磨磨至粒徑5~8微米，再均質(zhì)至1~2微米。在這樣的粒度下，可使蛋白質(zhì)固體顆粒、脂肪顆粒變小，從而防止蛋白質(zhì)下沉和脂肪上浮。調(diào)味品加工微粉食品的巨大孔隙造成集合孔腔，可吸收并容納香氣經(jīng)久不散，這是重要的固香方法之一，因此作為調(diào)味品使用的超微粉，其香味和滋味更濃郁、突出。超微粉碎技術(shù)作為一種新型的食品加工方法，可以使傳統(tǒng)調(diào)味料（主要是香辛料）細(xì)碎成粒度均一、分散性好的優(yōu)良超微顆粒。由于香辛料微粒粒徑的不斷減小，其流動(dòng)性、溶解速度和吸收率均有所增大，入味效果也得到改善。

巧克力生產(chǎn)

巧克力必須具有細(xì)膩滑潤的良好口感，因此巧克力配料的粒度不能大于25微米。當(dāng)平均粒徑大于40微米時(shí)，巧克力的口感就明顯粗糙。因此，只有超微粉碎加工巧克力配料才能保證巧克力的質(zhì)量。瑞士、日本等國，主要采用五輥精磨機(jī)和球磨精磨機(jī)。一種適合我國國情的巧克力球磨機(jī)已經(jīng)得到設(shè)計(jì)開發(fā)，粉碎細(xì)度和能耗指標(biāo)達(dá)到并超過國外同類機(jī)型，特別是比刮板式精磨機(jī)節(jié)能50%以上。

以上列舉了超微粉碎技術(shù)在食品加工中的幾種應(yīng)用，以為管中窺豹，其實(shí)超微粉碎技術(shù)在食品中的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不限于此。

未來的發(fā)展路線

不同的物料具有不同的粉碎特性，往往需要不同的粉碎方法，在食品加工中的超微粉碎設(shè)備一般為氣流粉碎機(jī)和膠磨機(jī)，氣流粉碎是目前較為先進(jìn)的超微粉碎設(shè)備。在加工過程中溫升低，特別適合于熱敏性食品的加工，但能耗大。膠磨機(jī)普遍用于食品超微粉碎工序，它是一種較為傳統(tǒng)的方法。根據(jù)文獻(xiàn)，機(jī)械粉碎有95-99%的粉碎能變成熱量，故物料溫升不可避免。熱敏食品易因此而發(fā)生變質(zhì)、熔解、粘糊，同時(shí)機(jī)器粉碎能力也會(huì)降低。

為此，可在粉碎前或粉碎時(shí)使用適當(dāng)?shù)睦鋮s方法。對(duì)于同一種食品物料也往往需要多種粉碎方式的結(jié)合才能被有效地粉碎；每一種粉碎設(shè)備，往往兼具多種粉碎方式；粉碎過程中因顆粒粉碎、表面積增大所需要的能量遠(yuǎn)比實(shí)際總輸入能量低，說明粉碎機(jī)的實(shí)際輸入能量可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過有效能耗，換句話說粉碎機(jī)的節(jié)能還大有潛力可挖。

超微粉碎技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用具有兩個(gè)方面的重要意義，一是提高食品的口感，且有利于營養(yǎng)物質(zhì)的吸收；二是原來不能充分吸收或利用的原料被重新利用，配制和深加工成各種功能食品，開發(fā)新食品材料，增加了新食品品種，提高了資源利用率。

我國食品工業(yè)總產(chǎn)值在工業(yè)部門中的比重已躍居第一位，達(dá)到5，000億元的規(guī)模，但產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不盡合理，深加工產(chǎn)品即食品制造業(yè)只占16%。目前，促進(jìn)食品工業(yè)的深加工，提高產(chǎn)品附加值已成為社會(huì)和企業(yè)的共識(shí)。因此，超微粉碎技術(shù)作為一種高新技術(shù)，在食品加工中將有廣闊的應(yīng)用前景。