超微粉碎技术在食品中的应用课件

第第一一章章 超超微微粉粉碎碎1.1 粉碎的定义和分类粉碎的定义和分类1.2 气流式超微粉碎技术气流式超微粉碎技术1.5 超微粉碎技术在食品加工中的应用超微粉碎技术在食品加工中的应用本章主要内容本章主要内容1.3 高频振动式超微粉碎技术高频振动式超微粉碎技术1.4 旋转球（棒）磨式超微粉碎技术旋转球（棒）磨式超微粉碎技术第一节第一节 粉碎的定义和分类粉碎的定义和分类一、粉碎的定义一、粉碎的定义利用利用机械或流体动力机械或流体动力的方法克服固体内部凝聚力的方法克服固体内部凝聚力使之破碎的单元操作使之破碎的单元操作破碎破碎磨碎（研磨）磨碎（研磨）n配料混合均匀配料混合均匀n增加固体表面增加固体表面有利后续加工有利后续加工n足够细小的颗粒足够细小的颗粒物质均匀分布物质均匀分布产品品质产品品质粉碎的目的粉碎的目的常用仪器设备常用仪器设备常用仪器设备常用仪器设备二、粉碎的分类二、粉碎的分类粉碎类型粉碎类型原料粒度原料粒度/mm成品颗粒粒度成品颗粒粒度粗粉碎粗粉碎40-15005-50 mm中粉碎中粉碎10-1005-10 mm微（细）粉碎微（细）粉碎5-10100 m超（细）微粉碎超（细）微粉碎5-1010 m根据被粉碎物料和成品粒度大小分类根据被粉碎物料和成品粒度大小分类粒度粒度：物料颗粒的大小：物料颗粒的大小粉碎比（粉碎度）粉碎比（粉碎度）：粉碎前后的粒度比：粉碎前后的粒度比三、超微粉碎的优点三、超微粉碎的优点 超微粉碎优点：超微粉碎优点：粉碎比高：粉碎比高：300-1000300-1000速度快可低温粉碎速度快可低温粉碎粒径细且分布均匀粒径细且分布均匀节省原料，提高利用率；减少污染节省原料，提高利用率；减少污染四、干法超微粉碎的主要类型四、干法超微粉碎的主要类型类型类型基本原理基本原理典型设备典型设备气流式气流式气体通过压力喷嘴的气体通过压力喷嘴的喷射产生剧烈冲击、喷射产生剧烈冲击、碰撞和摩擦碰撞和摩擦环形、圆盘式、对环形、圆盘式、对喷式、超音速式和喷式、超音速式和靶式气流粉碎机靶式气流粉碎机高频振动式高频振动式高频振动产生冲击、高频振动产生冲击、摩擦和剪切摩擦和剪切间歇式和连续式振间歇式和连续式振动磨动磨旋转球（棒）旋转球（棒）磨式磨式球或棒形磨介水平回球或棒形磨介水平回转时产生冲击、摩擦转时产生冲击、摩擦球磨机、棒磨机、球磨机、棒磨机、管磨机和球棒磨机管磨机和球棒磨机干法超微粉碎的主要类型干法超微粉碎的主要类型第二节第二节 气流式超微粉碎技术气流式超微粉碎技术一、基本原理一、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流和能量转换流，物料颗粒在高能气流作产生高度的湍流和能量转换流，物料颗粒在高能气流作用下悬浮输送，相互之间发生剧烈的冲击、碰撞和摩擦用下悬浮输送，相互之间发生剧烈的冲击、碰撞和摩擦作用，加上高速喷射气流对颗粒的剪切冲击作用，使物作用，加上高速喷射气流对颗粒的剪切冲击作用，使物料颗粒间得到充足的研磨而粉碎成超微粒子，同时进行料颗粒间得到充足的研磨而粉碎成超微粒子，同时进行均匀混合。均匀混合。空气作为介质空气作为介质二、特点二、特点n粉碎比大：粉碎颗粒成品粒径粉碎比大：粉碎颗粒成品粒径 5 mn设备紧凑、磨损小、维修容易，但动力消耗大设备紧凑、磨损小、维修容易，但动力消耗大n成品粒度均匀性好成品粒度均匀性好：有一定分级作用：有一定分级作用n适用于热敏性物料：压缩空气时吸收热量而制冷适用于热敏性物料：压缩空气时吸收热量而制冷n多单元联合操纵性好多单元联合操纵性好n卫生条件好：易实现无菌操作。卫生条件好：易实现无菌操作。三、气流式粉碎机三、气流式粉碎机粉碎效率粉碎效率粉碎能力与动力消耗关系粉碎能力与动力消耗关系粉碎动力指数：粉碎动力指数：气流粉粹机：气流粉粹机：2.0-2.23 球磨机：球磨机：1.1-1.17 锤式粉碎机：锤式粉碎机：1.4-1.5P粉碎能力，t/hHp 粉碎动力消耗，kW 粉碎动力指数c 粉碎能力实际测得的系数dP/dHp 单位功耗粉碎能力，t(tWh)粉碎效率粉碎效率提高气流粉粹机的能量效率：提高气流粉粹机的能量效率：增加颗粒间的碰撞概率：增大进料量增加颗粒间的碰撞概率：增大进料量 提高反应（致碎应力）概率：增加冲击速度提高反应（致碎应力）概率：增加冲击速度物料理化性质、受力塑性变形、高真空时产生的龟物料理化性质、受力塑性变形、高真空时产生的龟 裂及颗粒粒度裂及颗粒粒度粉碎效率计算方法粉碎效率计算方法L 粉碎每单位成品所需的理论能量粉碎每单位成品所需的理论能量Es 成品颗粒的比表面能成品颗粒的比表面能E 粉碎每单位成品所需的实际能量粉碎每单位成品所需的实际能量1、环形喷射式气流粉碎机、环形喷射式气流粉碎机1、环形喷射式气流粉碎机、环形喷射式气流粉碎机三层射流三层射流外层：运动路程最长，外层：运动路程最长，受碰撞和研磨作用最强受碰撞和研磨作用最强；中层：颗粒群在旋转过程中产生一定的中层：颗粒群在旋转过程中产生一定的分级作用分级作用，较粗粒级的颗粒在离心力作用下进入外层射较粗粒级的颗粒在离心力作用下进入外层射流与新输入物料重新粉碎流与新输入物料重新粉碎内层：中层产生的细粒级颗粒在射流的径向速度作内层：中层产生的细粒级颗粒在射流的径向速度作用下向内层射流用下向内层射流聚集，并经排料口排出聚集，并经排料口排出。2、圆盘式气流粉碎机、圆盘式气流粉碎机粉碎区粉碎区分级区分级区粉碎区（粉碎室周边）：各层射流速率不同，物料颗粒间冲击、碰撞和研磨。分级区（粉碎室中间）：不同粒度颗粒在旋转气流中的离心速度不同。2、圆盘式气流粉碎机、圆盘式气流粉碎机优点：低热、污染少3、对喷式气流粉碎机、对喷式气流粉碎机工作特点：1)射流及粉碎产品向上运动至上部的机械分级机中进行分级。2)粗粒级经环形空间向下运动受到上升气流淘洗作用后，经2个溜槽返回至粉碎区。3)粉碎产品粒度由射流压力、喷嘴间距、鼓风机风量和分级机转速等控制。3、对喷式气流粉碎机、对喷式气流粉碎机4、超音速式气流粉碎机、超音速式气流粉碎机1）物料颗粒先与压缩空气混合形成气固混合流，之后以超音速方式由喷嘴喷入粉碎室内，发生强烈的冲击、碰撞和摩擦等,相互作用力而被粉碎；2）粒度不同的颗粒由于在旋转气流作用下的径向运动速度不同而得以分级；1）工作原理基本相似2）前者喷嘴喷射的是气固混合物，而后者喷嘴喷射的是单一的气体流3）在前者，物料颗粒由气体混合时受到湍动作用而得以部分粉碎。超音速式和圆盘式气流粉碎机比较5、流化床逆向喷射气流粉碎机、流化床逆向喷射气流粉碎机 1）结合逆向喷射原理与流化床中的膨胀气体喷射流；2）空气通过逆向喷嘴喷入粉碎室使物料液态化；3）物料颗粒在各喷嘴交汇点汇合并因相互冲击碰撞而粉碎1）能耗低；2）粉碎机磨损较轻，可用于粉碎高硬度物料；3）分级精度高，产品粒度分布范围较窄；4）可全自动化操作；5）噪声小、结构紧凑，占地面积小。流化床逆向喷射气流粉碎机特点流化床逆向喷射气流粉碎机特点 第三节第三节 高频振动式粉碎高频振动式粉碎一、基本原理一、基本原理 利用球形或棒形研磨利用球形或棒形研磨介质作高频振动时产生介质作高频振动时产生的冲击摩擦和剪切等作的冲击摩擦和剪切等作用力，来实现对物料颗用力，来实现对物料颗粒的超微粉碎，并同时粒的超微粉碎，并同时起到混合分散作用。起到混合分散作用。专用设备：振动磨专用设备：振动磨 研磨介质有钢球、钢棒、氧化铝球和不锈钢珠等；粉碎作用来自高频振动、循环运动和自传运动；研磨介质的运动是实现超微粉碎的关键；一般说来，磨介尺寸越小，则粉碎成品的粒度也越小。二、基本特点二、基本特点1）研磨效率高；2)研磨成品粒径细，平均达2-3 m；3)可连续化生产，并可采用完全封闭式操作；4）外形尺寸小，占地面积小，操作方便，维修管理容易；5）干湿研磨均可；6）振动磨运转时噪音大，需隔音或消音。三、与球磨机相比的特点三、与球磨机相比的特点 振动磨振动磨第四节第四节 旋转球（棒）磨式超微旋转球（棒）磨式超微粉碎粉碎一、基本原理一、基本原理 利用水平回转简体中的球或棒状研磨介质，由于受到利用水平回转简体中的球或棒状研磨介质，由于受到离心力的影响产生了冲击和摩擦等作用力，达到对物料离心力的影响产生了冲击和摩擦等作用力，达到对物料颗粒粉碎的目的。颗粒粉碎的目的。专用设备：球（棒）磨机专用设备：球（棒）磨机结构简单、设备可靠；粉碎效果好，粉碎比大，最小平均粒度可达到20一40m；应用范围广，适应性强；能与其它单元操作（干燥、混合等）结合进行；干湿法处理均可。二、基本特点二、基本特点三、缺点三、缺点n粉碎周期长、效率低且单位产量的能耗大粉碎周期长、效率低且单位产量的能耗大n研磨介质易磨损破碎，筒体也易被磨损；研磨介质易磨损破碎，筒体也易被磨损；n操作时噪音大，伴有强烈振动；操作时噪音大，伴有强烈振动；n湿法粉碎时不适合于粘稠浆料的处理；湿法粉碎时不适合于粘稠浆料的处理；n粉碎物粒度较振动磨大。粉碎物粒度较振动磨大。四、球（棒）磨机的结构四、球（棒）磨机的结构1 1、筒体结构、筒体结构短筒（短筒（L 1.5DL 1.5D）、长筒（）、长筒（L=L=（1.5-31.5-3）D D）、超长筒）、超长筒（管形筒（管形筒L=L=（3-63-6）D D）和）和 锥形圆筒锥形圆筒2 2、溢流型球磨机、溢流型球磨机3 3、格子型球磨机、格子型球磨机4 4、开口型球磨机、开口型球磨机球球(棒棒)磨机磨机五、球（棒）磨机技术参数的确定五、球（棒）磨机技术参数的确定1 1、转速、转速转速适当，磨介一层层向下滑滚转速适当，磨介一层层向下滑滚离心离心抛落抛落泻落泻落转速提高，磨介抛物线轨迹自由落体下滑转速提高，磨介抛物线轨迹自由落体下滑磨介停止抛射而随筒体旋转磨介停止抛射而随筒体旋转临界转速计算公式临界转速计算公式转速比转速比(v)：球磨机的实际工作转速和临界转速之比：球磨机的实际工作转速和临界转速之比.理论最佳理论最佳v值：值：0.88 实际生产取值：实际生产取值：0.650.85（0.650.78）棒磨机的转速比通常取值较低，在棒磨机的转速比通常取值较低，在0.60左右。左右。nc临界转速，r/minD 转筒直径，m临界转速临界转速球磨机在上述有效粉碎操作范围内的极限转速球磨机在上述有效粉碎操作范围内的极限转速在一定条件下，磨介填充率提高，则进行粉碎的有效钢球数目增加，粉碎物料的能力提高；但填充率过高，在抛射钢球的落点处钢球堆积较多，对减缓钢球的冲击力导致粉碎效率降低能耗上升;球磨机磨介填充率是有限度的，一般不超过50%。2 2、磨介填充率、磨介填充率球（棒）磨机内研磨介质所占的截面积与筒体截球（棒）磨机内研磨介质所占的截面积与筒体截面积的百分比值。面积的百分比值。类型类型填充率填充率球磨机球磨机 干法干法28-35%湿法湿法溢流型球磨机溢流型球磨机40%格子型球磨机格子型球磨机40-45%棒磨机棒磨机干法干法35%湿法湿法35-40%磨介填充率参考数值磨介填充率参考数值3 3、磨介尺寸、磨介尺寸颗粒粗：配置的磨介尺寸大，产生的冲击和摩擦等作用力大，有利于提高产量，但粉碎物成品的粒度也大。颗粒细：配置的磨介尺寸小，粉碎物成品的粒度小，粉碎效果好。实际应用中，将各种尺寸的钢球或钢棒按一定比例配合以达到最佳的优化组合。粉碎物成品的粒度要求越细，筒体直径越大，配比时小钢球的比例越大。影响球（棒）磨机的粉碎效率和成品粒度。影响球（棒）磨机的粉碎效率和成品粒度。4 4、物料的水分、物料的水分干法工作时对物料的水分比较敏感。干法工作时对物料的水分比较敏感。类型类型水分含量水分含量干法干法 2%干燥干燥+干法粉碎干法粉碎5%湿法湿法球磨机球磨机60-82%（65-78%）棒磨机棒磨机70%（78-80%）物料水分控制参考数值物料水分控制参考数值第五节第五节 超微粉碎技术在食品工业中应用超微粉碎技术在食品工业中应用 超微粉碎的最终产品是超微细粉末，具有一般颗粒所没有的超微粉碎的最终产品是超微细粉末，具有一般颗粒所没有的特殊理化性质，如良好的溶解性、分散性、吸附性、化学反特殊理化性质，如良好的溶解性、分散性、吸附性、化学反应活性等。应活性等。超微细技术已广泛应用于超微细技术已广泛应用于食品食品、化工、医药、化妆品农、化工、医药、化妆品农药、染料、涂料、电子及航空航天等许多领域上。药、染料、涂料、电子及航空航天等许多领域上。应用范围应用范围一、食物资源的利用一、食物资源的利用-1：渣皮等：渣皮等含有丰富维生素、微量元素等，含有丰富维生素、微量元素等，具有很好的营养价值，但常规具有很好的营养价值，但常规粉碎纤维粒度大，影响食品的粉碎纤维粒度大，影响食品的口感；口感；通过对纤维的微粒化，能明显通过对纤维的微粒化，能明显改善纤维食品的口感和吸收性。改善纤维食品的口感和吸收性。果皮、果核果皮、果核：经超微粉碎可转变：经超微粉碎可转变为食品。为食品。蔬菜蔬菜：低温下磨成微膏粉，既保：低温下磨成微膏粉，既保存全部的营养素，纤维质也因微存全部的营养素，纤维质也因微细化而增加了水溶性，口感更佳。细化而增加了水溶性，口感更佳。一些动植物体的一些动植物体的不可食部分不可食部分：如：如壳、虾皮等，也可通过超微化而壳、虾皮等，也可通过超微化而 成为易被人体吸收利用的钙源和成为易被人体吸收利用的钙源和甲壳素。甲壳素。一、食物资源的利用一、食物资源的利用-2：骨：骨含有丰富的蛋白质和脂肪、磷脂质、磷蛋白；含有丰富的蛋白质和脂肪、磷脂质、磷蛋白；骨胶原骨胶原(氨基酸氨基酸)、软骨素、钙、铁、维生素、软骨素、钙、铁、维生素A A、B1B1、B2B2、B12B12等营养成分。等营养成分。鲜骨煮、熬之后食用，但鲜骨的营养成分没有被人体鲜骨煮、熬之后食用，但鲜骨的营养成分没有被人体吸收，造成资源浪费。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，既能保持细骨泥或经脱水制成骨粉，既能保持9595以上的营养以上的营养素，且吸收率高。素，且吸收率高。一、食物资源的利用一、食物资源的利用-3：茶：茶传统的饮茶方法是用开水冲泡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茶叶，但是人体并没有完全吸收茶叶的全部营养成分；收茶叶的全部营养成分；将茶叶制成粒径小于将茶叶制成粒径小于5 5微米的微米的粉茶，则茶叶的全部营养成分粉茶，则茶叶的全部营养成分易被人体肠胃直接吸收，用水易被人体肠胃直接吸收，用水冲饮时成为溶液状，无沉淀。冲饮时成为溶液状，无沉淀。二、新型功能食品或添加剂二、新型功能食品或添加剂-1 纤维食品膳食纤维食品膳食纤维素为纤维素为 “第七营养素第七营养素”；增加膳食纤维的摄入是提高人体健康的重要措施；增加膳食纤维的摄入是提高人体健康的重要措施；借助现代超微粉碎技术，使食物纤维微粒化，能明显借助现代超微粉碎技术，使食物纤维微粒化，能明显改善纤维食品的口感和吸收性。改善纤维食品的口感和吸收性。二、新型功能食品或添加剂二、新型功能食品或添加剂-2 补钙食品补钙食品超微粉碎后得到的微粉属有机钙，比无机钙容易被人超微粉碎后得到的微粉属有机钙，比无机钙容易被人体吸收、利用；体吸收、利用；制成高钙高铁的骨粉（泥）系列食品；制成高钙高铁的骨粉（泥）系列食品；粒度小于粒度小于5 5m时可用于某些缺钙食品如豆奶等的富钙。时可用于某些缺钙食品如豆奶等的富钙。二、新型功能食品或添加剂二、新型功能食品或添加剂-3 甲壳素甲壳素蟹壳、虾壳等的超微粉末蟹壳、虾壳等的超微粉末保鲜剂持水剂抗氧化剂降血脂、降血压、降血糖。三、改变传统工艺改善食品品质、降低生产成本三、改变传统工艺改善食品品质、降低生产成本速溶茶速溶茶：采用超微粉碎仅需一步工序便得到粉茶产品，大大简采用超微粉碎仅需一步工序便得到粉茶产品，大大简化生产工艺并降低生产成本；化生产工艺并降低生产成本；豆粉豆粉：干法超微粉碎技术，大豆毋须加水浸泡，便可直接破干法超微粉碎技术，大豆毋须加水浸泡，便可直接破碎、超微得到豆粉产品。碎、超微得到豆粉产品。四、饮料加工四、饮料加工软饮料软饮料：豆类固体饮料、超细骨粉配制富钙饮料和速：豆类固体饮料、超细骨粉配制富钙饮料和速溶绿豆精等；溶绿豆精等；牛奶牛奶：利用均质机能使脂肪明显细化；：利用均质机能使脂肪明显细化；植物蛋白饮料植物蛋白饮料：使蛋白质固体颗粒、脂肪颗粒变小，：使蛋白质固体颗粒、脂肪颗粒变小，从而防止蛋白质下沉和脂肪上浮；从而防止蛋白质下沉和脂肪上浮；调味品加工调味品加工：超微粉使其香味和滋味更浓郁、突出。：超微粉使其香味和滋味更浓郁、突出。五、巧克力生产五、巧克力生产巧克力配料巧克力配料:粒度不能大于粒度不能大于2525微米，微米，当平均粒径大于当平均粒径大于4040微米时，巧克微米时，巧克力的口感就明显粗糙；力的口感就明显粗糙；瑞士、日本等国，主要采用五辊瑞士、日本等国，主要采用五辊精磨机和球磨精磨机；精磨机和球磨精磨机；巧克力球磨机。巧克力球磨机。大豆膳食纤维粉制备基本工艺流程大豆膳食纤维粉制备基本工艺流程水调成溶液状水调成溶液状鲜豆渣等鲜豆渣等胶体磨研磨胶体磨研磨喷雾干燥机干燥喷雾干燥机干燥大豆膳食纤维粉大豆膳食纤维粉直冲蒸汽加热直冲蒸汽加热质地均匀且手感细腻质地均匀且手感细腻挤压处理挤压处理成乳状液成乳状液