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1、參考書： 現(xiàn)代食品工程高新技術(shù)高福成主編中國輕工業(yè)出版社； 食品加工技術(shù)裝備張?jiān)Ｖ兄骶?中國輕工業(yè)出版社； 食品機(jī)械原理與設(shè)計(jì)陸振曦主編 中國輕工業(yè)出版社； 食品通用 與設(shè)備蔣迪清主編 華南理工大學(xué)出版社； 食品機(jī)械學(xué)上、下 李興國主編 四川教育出版社； 食品機(jī)械設(shè)備石一兵主編 中國商業(yè)出版社。,第一章,微粉碎和超微粉碎,粉碎操作在食品工業(yè)中的地位： 迎合某些食品消費(fèi)和生產(chǎn)的需要； 增加固體表面積以利于后道處理的順利進(jìn)行； 工程化食品和功能性食品的生產(chǎn)需要； 減小粉碎粒度，可加快溶解速度、提高混合均勻度或重新賦形以改進(jìn)食品的口感； 控制多種物料相近的粒度，防止各種粉料混合后再產(chǎn)生自動(dòng)分級的離析
2、現(xiàn)象； 進(jìn)行選擇性粉碎使原料顆粒內(nèi)的成分進(jìn)行分離； 減小體型加快干燥脫水速度； 許多食品產(chǎn)品要求有一定的粒度，以保證粉料和粒料的容積質(zhì)量，使之不影響包裝容積、速溶度和調(diào)理性等。,超微粉碎手段出現(xiàn)原因： 在功能性食品生產(chǎn)上，需要非常有效的超微粉碎手段將之粉碎至足夠小的粒度。加之有效的混合才能保證它在食品中的均勻分布。 膳食纖維的粒度與纖維的持水力、膨脹力有很大相互關(guān)系。 巧克力漿料精磨后的粒度與最終產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)和口感特性的關(guān)系。,超微粉碎技術(shù)的研究重點(diǎn)： 超微粉碎技術(shù)已成為現(xiàn)代食品加工的重要新技術(shù)之一。但在超微粉碎過程中能量的利用率很低，目前對該技術(shù)本身的研究集中在如何提高能量的利用率上。例如，大
3、型球磨機(jī)粉碎過程中的能量利用率僅0.6%，其余99.4%的能量以摩擦、熱量和燥音等形式損失掉，而氣流式超微粉碎機(jī)的能量利用率也僅在2%左右。,第一節(jié) 粉碎理論,一、有關(guān)粉碎的基本概念 粉碎：是用機(jī)械力的方法來克服固體物料內(nèi)部凝聚力，達(dá)到使之破碎的單元操作。習(xí)慣上有時(shí)將大塊物料分裂成小塊物料的操作稱為破碎；將小塊物料分裂成細(xì)粉的操作稱為磨碎或研磨，兩者又統(tǒng)稱粉碎。,粒度：物料顆粒的大小稱為粒度，它是粉碎程度的代表性尺寸。對于球形顆粒來說，其粒度即為直徑；對于非球形顆粒，則有以面積、體積或質(zhì)量為基準(zhǔn)的各種名義粒度表示法。 粉碎比：粉碎前后的粒度比稱為粉碎比或粉碎度，它主要指粉碎前后的粒度變化，同時(shí)
4、近似反映出粉碎設(shè)備的作業(yè)情況。一般粉碎設(shè)備的粉碎比為330，但超微粉碎設(shè)備可遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出這個(gè)范圍，達(dá)到3001000以上。對于一定性質(zhì)的物料來說，粉碎比是確定粉碎作業(yè)程度、選擇設(shè)備類型和尺寸的主要根據(jù)之一。,粉碎級別：根據(jù)被粉碎物料和成品粒度的大小，粉碎可分為粗粉碎、中粉碎、微粉碎和超微粉碎四種。 粗粉碎：原料粒度在401500 mm內(nèi)。成品顆粒 粒度在550 mm。 中粉碎：原料粒度在10100 mm內(nèi)，成品顆粒粒度在510mm。 微粉碎(細(xì)粉碎)：原料粒度在510 mm內(nèi)，成品顆粒粒度在100 um以下。 超微粉碎(超細(xì)粉碎)：原料粒度在0.55mm，成品顆粒粒度在1025um以下。,二、粉碎
5、理論,食品粉碎方式：,擠壓粉碎：擠壓粉碎是指物料置于兩個(gè)工作構(gòu)件之間，逐漸加壓，使之由彈性變形或塑性變形而至破裂粉碎的食品粉碎方式。這種粉碎方式僅適用于脆性物料。食品加工中常用的擠壓方式是對輥粉碎，當(dāng)對輥的線速度相等時(shí)，則為純粹的擠壓方式。被處理物料若是具有一定的韌性或塑性，則處理后物料可呈片狀。例如軋制麥片、米片以及油料軋片等處理方式均屬于此類。,彎曲折斷粉碎：彎曲折斷粉碎是指物料在工作構(gòu)件間承受彎曲應(yīng)力超過強(qiáng)度極限而折斷的食品粉碎方式。一般用來處理較大塊的長或薄的脆性物料，例如榨油殘?jiān)惋?、玉米穗等，粉碎的粒度較低。,剪切粉碎：剪切粉碎是指物料在構(gòu)件間承受切應(yīng)力超過強(qiáng)度極限而折斷的食品粉碎
6、方式。這是一種粉碎韌性物料能耗較低的粉碎方式。新形成的表面比較規(guī)則，易于控制處理后粒度的大小，一般果蔬和肉類的切塊、切片、切絲、切丁都屬于這一類。在小麥磨粉用的拉絲對輥磨粉機(jī)中，剪切也起著重要作用。,撞擊粉碎：撞擊粉碎是指當(dāng)物料與工作構(gòu)件以相對高速運(yùn)動(dòng)撞擊時(shí)，受到時(shí)間極短的變載荷，物料被擊碎的食品粉碎方式。這種粉碎方式適用于質(zhì)量較大的脆性物料。撞擊粉碎應(yīng)用范圍很廣，從較大塊的破碎到微粉碎均可以使用，而且可以粉碎多種物料。最典型的撞擊粉碎機(jī)械是錘式粉碎機(jī),它在食品工業(yè)中用得很多。也有利用物料自身高速運(yùn)動(dòng)而碰撞粉碎的機(jī)器，稱為超音速噴射粉碎機(jī)，但是其能耗很大。,研磨粉碎：研磨粉碎是指物料與粗糙工作
7、面之間在一定壓力下相對運(yùn)動(dòng)而摩擦，使物料受到破壞，表面剝落的食品粉碎方式。這是一種既有擠壓又有剪切的復(fù)雜過程。,粉碎規(guī)則： 粉碎物料的基本原則是只需將物料粉碎到所需的粉碎程度，而不作過度的粉碎。因此粉碎規(guī)則如下： 對被粉碎物料只需粉碎到需要的或適于下一工序加工的粉碎比，到達(dá)此程度后，應(yīng)立即使物料離開粉碎機(jī)。 在粉碎操作的前后，都要過篩，凡能通過所需大小篩孔的物料，就不使它再經(jīng)過粉碎機(jī)粉碎，以免引起過度粉碎，降低粉碎機(jī)的生產(chǎn)能力。 當(dāng)所需粉碎比較大時(shí)，應(yīng)分成幾個(gè)步驟進(jìn)行粉碎，實(shí)驗(yàn)證明當(dāng)粉碎比在4左右時(shí)。操作效率最高。 粉碎過程盡可能單一，不應(yīng)添加其他操作。,粉碎操作： 在粉碎操作中，首先要考慮的
8、是采用何種粉碎方法或設(shè)備，這主要取決于被粉碎物料的大小和所要求的粉碎比及物料的物性，而其中物料的硬度和破裂性是最為重要的考慮因素。擠壓和沖擊力對于特別堅(jiān)硬的物料很有效，剪切力（或摩擦力）對于韌性物料有效。將大塊固體物料粉碎為細(xì)粉,由于一次粉碎比很大,常分為若干級,使每級擔(dān)負(fù)一定的粉碎比。典型的三級粉碎流程如圖1-3所示。,開路磨碎是研磨操作的一種最簡單的方法。這種方法不用振動(dòng)篩等附屬分粒設(shè)備,設(shè)備投資費(fèi)用低。物料加入粉碎機(jī)中經(jīng)過粉碎作用區(qū)后,即作為制品卸出,粗粒不再循環(huán)。由于有的粗?？赡軙?huì)很快通過粉碎機(jī)，而有的細(xì)粒在機(jī)內(nèi)停留時(shí)間很長，故制品粒度分布很寬，能量利用不充分。,自由壓碎可以保持物料在
9、作用區(qū)的停留時(shí)間很短。當(dāng)與開路磨碎結(jié)合時(shí)，讓物料借重力落入作用區(qū)，限制了不必要細(xì)粒的粉碎，減少了過細(xì)的粉末形成。此法在功率消耗方面較經(jīng)濟(jì)，但由于有些大顆?？赡軙?huì)迅速通過粉碎作用區(qū)，仍可能產(chǎn)生較寬的粒度分布。,滯塞進(jìn)料是利用機(jī)器出口插入篩網(wǎng)，限制制品的卸出，對于給定的進(jìn)料速度，制品滯塞于粉碎作用區(qū)，直至粉碎成能通過篩孔的大小為止。因物料在粉碎作用區(qū)中停留時(shí)間長，細(xì)粒會(huì)受到過度粉碎，功率消耗大。滯塞進(jìn)料法常用于需要細(xì)破碎制品的場合，用一臺(tái)機(jī)器操作可獲得很大的粉碎比。,閉路磨碎（圖1-4）是從粉碎機(jī)出來的物料流先經(jīng)分粒系統(tǒng)，分出過粗的物料粒，再重新回入粉碎機(jī)，粉碎機(jī)的工作只是針對較大的顆粒，物料在粉
10、碎作用區(qū)中的停留時(shí)間短，動(dòng)力消耗較為經(jīng)濟(jì)。所采用的分粒方法根據(jù)送料的形式而定，采用重力加料或機(jī)械螺旋送料時(shí)，常用振動(dòng)篩作為分粒設(shè)備，當(dāng)用水力或氣力輸送時(shí)則賞用旋風(fēng)分離器。,助磨劑： 在粉碎中，能夠顯著提高粉碎效率或降低能量消耗的化學(xué)物質(zhì)(固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)化學(xué)物質(zhì))稱為助磨劑。由于粉碎作業(yè)，尤其是超微粉碎的能量消耗較高，能量利用率又很低，因此助磨劑的研究具有重要的理論意義和實(shí)際意義。,第二節(jié) 干法超微粉碎和微粉碎,一、氣流粉碎技術(shù)與設(shè)備 基本原理： 氣流粉碎的基本原理是利用空氣、水蒸氣或其他氣體通過一定壓力的噴嘴噴射產(chǎn)生高度的湍流和能量轉(zhuǎn)換流，物料顆粒在這高能氣流作用下懸浮輸送，相互發(fā)生劇烈的沖
11、擊、碰撞和摩擦，加上高速噴射氣流對顆粒的剪切沖擊作用，使得物料顆粒間得到充分的研磨而粉碎成細(xì)小粒子。,氣流粉碎的特點(diǎn)： 粉碎比大，粉碎顆粒成品的平均直徑在5m以下； 在粉碎過程中設(shè)備有分級作用，粗粒由于受離心力作用不會(huì)混到細(xì)粒成品中，保證了成品粒度的均勻一致； 設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、磨損小且維修容易，但功率消耗大； 易實(shí)現(xiàn)無菌操作，衛(wèi)生條件好； 壓縮空氣（或過熱蒸汽）膨脹時(shí)會(huì)吸收很多能量產(chǎn)生制冷作用造成較低的溫度，所以適合應(yīng)用于對熱敏性物料的超微粉碎的加工； 易實(shí)現(xiàn)多單元聯(lián)合操作。例如可利用熱壓縮氣體同時(shí)進(jìn)行粉碎和干燥處理，在粉碎同時(shí)還能對兩種配合比例相差很遠(yuǎn)的物料進(jìn)行很好的混合，此外在粉碎的同時(shí)可噴
12、入所需的包囊溶液對粉碎顆粒進(jìn)行包囊處理。,環(huán)形噴射式氣流粉碎機(jī) 環(huán)形噴射式氣流粉碎機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)如圖1-27示。待粉碎物料經(jīng)由喂料裝置輸送到環(huán)形粉碎室底部噴嘴上，壓縮空氣從管道下方的一系列噴嘴中噴出形成高速噴射氣流（射流），夾帶著物料顆粒運(yùn)動(dòng)。在管道內(nèi)的射流大致可分為外、中、內(nèi)3層。各層射流的運(yùn)動(dòng)速度不相等，這迫使物料顆粒在粉碎室內(nèi)互沖擊、碰撞、摩擦以及受射流的剪切作用達(dá)到粉碎。 環(huán)形噴射式氣流粉碎機(jī)可適用于加工粒度分布較寬的物料。,氣流粉碎設(shè)備,葉輪式氣流粉碎機(jī) 葉輪式氣流粉碎機(jī)不是通過噴嘴形成的射流,而是通過葉輪形式的循環(huán)氣流產(chǎn)生沖擊和碰撞等作用力將物料進(jìn)行粉碎的,該機(jī)帶有兩級粉碎、內(nèi)
13、分級葉輪、鼓風(fēng)和排渣等機(jī)構(gòu),因此可認(rèn)為是一個(gè)小型機(jī)組。,該粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理如圖1-28和圖1-29所示。將小于10mm的物料顆粒，由加料器定量連續(xù)地加至第一粉碎室內(nèi)，第一段粉碎葉輪的5支葉片具有30扭轉(zhuǎn)角，它有助于形成旋轉(zhuǎn)風(fēng)壓；第二段分級葉輪的5支葉輪不具有扭轉(zhuǎn)角，所以形成氣流阻力。第一段粉碎葉輪形成的風(fēng)壓在第一粉碎室內(nèi)引起氣流循環(huán)，隨氣流旋轉(zhuǎn)的物料顆粒之間就會(huì)發(fā)生相互沖擊、碰撞、摩擦和剪切，并且受離心力的作用沖向內(nèi)壁受到撞擊、摩擦、剪切等作用而被粉碎成細(xì)顆粒；第二段分級葉輪具有分級作用。（分級是由第二段分級葉輪所產(chǎn)生的離心力和隔環(huán)內(nèi)徑之間所產(chǎn)生的氣流吸力來決定，若顆粒受的離心力作用大于
14、氣流吸力則被滯留下來繼續(xù)被粉碎，若顆粒所受的離心力作用小于氣流吸力，則它被吸向中心隨氣流進(jìn)人第二粉碎室。） 進(jìn)入第二粉碎室的細(xì)顆粒進(jìn)行同樣的粉碎和分級。,高頻振動(dòng)式超微粉碎技術(shù)與設(shè)備,基本原理： 高頻振動(dòng)式超微粉碎的原理是：利用球形或棒形研磨介質(zhì)作高頻振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的沖擊、摩擦和剪切等作用力，來實(shí)現(xiàn)對物料顆粒的超微粉碎，并同時(shí)起到混合分散作用。振動(dòng)磨是進(jìn)行高頻振動(dòng)式超微粉碎的專門設(shè)備，它在干法或濕法狀態(tài)下均可工作。,振動(dòng)磨的工作原理和結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-8所示，槽形或管形筒體支承于彈簧上，筒體中部有主軸，軸的兩端有偏心重錘，主軸的軸承裝在筒體上通過撓性軸套與電動(dòng)機(jī)連接。主軸快速旋轉(zhuǎn)時(shí)，偏心重錘的離心
15、力使筒體產(chǎn)生一個(gè)近似于橢圓軌跡的快速振動(dòng)。筒體內(nèi)裝有鋼球或鋼棒等磨介及待磨物料，筒體的振動(dòng)使磨介及物料呈懸浮狀態(tài)，利用磨介之間的拋射與研磨等作用力而將物料粉碎。,振動(dòng)粉碎的特點(diǎn)： 振動(dòng)粉碎是靠磨機(jī)系統(tǒng)的振動(dòng)，使研磨體得到加速度運(yùn)動(dòng)而沖擊和研磨物料的一種超細(xì)磨設(shè)備。其主要優(yōu)點(diǎn)為： 破碎比高，粉碎時(shí)間很短； 在影響粉碎的主要因素中，如排出口徑、排出面積、振動(dòng)幅度、介質(zhì)等均可任意地改變，因而不用分級器也可獲得期望的粒度； 適應(yīng)性強(qiáng)，可用于任何物料的超細(xì)磨，可以用于干磨或濕磨。其缺點(diǎn)是進(jìn)料粒度不能過大。,磨介尺寸與原料及成品粒度的相互關(guān)系 研磨介質(zhì)有鋼球、鋼棒、氧化鋁球和不銹鋼珠等，可根據(jù)物料性質(zhì)和成
16、品粒度要求選擇磨介材料與形狀。為提高粉碎效率，應(yīng)盡量先用大直徑的磨介。如較粗粉碎時(shí)可采用棒狀，而超微粉碎時(shí)使用球狀。一般說來，磨介尺寸越小，則粉碎成品的粒度也越小。,物料充填率與粉碎率（以單位時(shí)間內(nèi)的比表面的增加來表示）之間的關(guān)系 振動(dòng)磨磨介的充填率一般在60%80%范圍內(nèi)，物料充填率（筒體內(nèi)物料松容積占磨介之間空隙的百分率）在100%130%之間。物料充填率與粉碎率（以單位時(shí)間內(nèi)的比表面的增加來表示）之間的關(guān)系示于圖111。由圖可見，物料充填率高則粉碎率下降，但振動(dòng)磨筒體內(nèi)新生總表面積與粉碎率(縱坐標(biāo))和物料充填率(橫坐標(biāo))的乘積成正比。物料充填率增加時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)新生的總表面在一定范圍內(nèi)仍
17、是增加的。,第四節(jié) 超微粉碎或微粉碎的應(yīng)用,一. 超微或微粉碎技術(shù)在巧克力生產(chǎn)上的應(yīng)用： 各組成物的相： 巧克力屬超微顆粒的多相分散體系； 油脂在此體系中屬于分散介質(zhì)，是一種連續(xù)相； 糖和可可以細(xì)小的質(zhì)粒作為分散相分散于油脂連續(xù)相內(nèi)； 大部分可可、糖、乳干物質(zhì)粒度在2030m間； 少量和空氣在此體系內(nèi)屬分散體。 在常溫下，精制的巧克力被看作是一種高度均一的固態(tài)混合物。,作為一種固態(tài)混合物，各個(gè)物質(zhì)被均勻地分布在油脂內(nèi)，成為高度乳化的乳濁體。 對巧克力口感起決定作用的因素是巧克力配料的粒度。 當(dāng)配料的平均粒度在25m左右，且其中大部分質(zhì)粒的粒徑在1520 m間時(shí)，口感較好。 當(dāng)平均粒度超過40m
18、時(shí)，口感明顯變差。 巧克力生產(chǎn)流程： 可可豆經(jīng)發(fā)酵和干燥； 發(fā)酵后的可可豆經(jīng)干燥,分級和清理后,進(jìn)行焙炒； 對焙炒后的可可豆進(jìn)行揉搓或碾軋以便皮殼和豆肉分離； 可可豆磨細(xì)一般分階段進(jìn)行： 初粉碎階段: a. 將可可豆肉單獨(dú)磨成初漿料 b.設(shè)備:輥磨,盤磨,球磨和膠體磨等.,c.初磨后漿料顆粒的粒度在50120m間； d. 可從漿料中據(jù)生產(chǎn)需要提取部分可可脂也可再補(bǔ)充些可可脂以調(diào)整漿料組成或百分比。 混合配料 精磨(超微粉碎): 巧克力的細(xì)度取決于精磨方式和精磨程度； 精磨設(shè)備的性能,效率直接影響精磨過程的總效果； 常用設(shè)備是五輥和三輥精磨機(jī)； 精磨過程的操作程序與精磨效果也有密切關(guān)系,必須控制
19、適當(dāng)?shù)臏囟葋碚{(diào)節(jié)適宜的粘度. 精煉以使巧克力細(xì)膩滑潤香味優(yōu)美和醇 精煉常用旋轉(zhuǎn)式精練機(jī)； 在精練作用下,巧克力漿料中的油脂會(huì)分散至料內(nèi)干物質(zhì)表面,使料內(nèi)粒子間容易滑動(dòng)而降低粘度,同時(shí)改善口感.,精煉中使產(chǎn)品口感柔滑,外觀光亮； 精煉過程可使物料含水量減少,粘度減少,使?jié){料變得較為稀薄而易于流散。 調(diào)溫處理: 作用是使巧克力漿料在不同溫度下發(fā)生相態(tài)轉(zhuǎn)變； 調(diào)溫過程包含晶核形成和晶體成長兩方面,對溫度的調(diào)節(jié)和變化控制要求十分嚴(yán)格而準(zhǔn)確。 漿料經(jīng)澆模,硬化，脫模，包裝。 生產(chǎn)中,精磨時(shí)間常持續(xù)1622h,精煉時(shí)間持續(xù)2472h。 二 .超微粉碎技術(shù)在功能性食品基料生產(chǎn)上的應(yīng)用： 功能性食品: 通過其
20、成分增強(qiáng)人體的身體防御功能,調(diào)節(jié)生理節(jié)律，預(yù)防疾病和促進(jìn)康復(fù)等有關(guān)功能的工程化食品。,功能性食品中真正起作用的成分叫生理活性成分,富含這些成分的物質(zhì)即叫功能性食品基料或生理活性物質(zhì) 確認(rèn)具有生理活性的基料包括膳食纖維,真菌多糖,功能性甜味劑，多不飽和脂肪酸酯，復(fù)合脂質(zhì)，油脂替代品自由基清除劑，維生素，微量活性元素，活性肽，活性蛋白質(zhì)和乳酸菌等十多大類。 利用超微粉碎技術(shù)將蛋白質(zhì)顆粒粉碎至某一粒度，便得到可用來代替油脂的功能性食品基料。 膳食纖維是一種重要的功能性食品，能防止多種疾病增加膳食中纖維攝入量，是提高自身健康而采取的一項(xiàng)重要措施。 可利用自然界中富含纖維的原料如小麥 皮，燕麥皮，玉米皮，豆皮，米糠，甜菜渣和蔗渣等來生產(chǎn)膳食纖維添加劑。,蔗渣生產(chǎn)膳食纖維的工藝： 原料清理 粗粉碎 浸泡 異味脫除 二次漂洗 漂白脫色 脫水干燥 微粉碎 功能活化 超微粉碎 膳食纖維的持水力和膨脹力，除與出發(fā)纖維源(原料)和纖維的制備工藝有很大關(guān)系，還有終產(chǎn)品顆粒的粒度有關(guān)。 粒度越小比表面積越大，則纖維的持水性，膨脹力也相應(yīng)增大。 超微粉碎技術(shù)在高活性纖維制備中有重要的作用。,
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