微粉碎和超微粉碎.ppt

參考書： 現(xiàn)代食品工程高新技術高福成主編中國輕工業(yè)出版社； 食品加工技術裝備張裕中主編 中國輕工業(yè)出版社； 食品機械原理與設計陸振曦主編 中國輕工業(yè)出版社； 食品通用 與設備蔣迪清主編 華南理工大學出版社； 食品機械學上、下 李興國主編 四川教育出版社； 食品機械設備石一兵主編 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)生自動分級的離析現(xiàn)象； 進行選擇性粉碎使原料顆粒內的成分進行分離； 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量，使之不影響包裝容積、速溶度和調理性等。,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系。 巧克力漿料精磨后的粒度與最終產(chǎn)品的質構和口感特性的關系。,超微粉碎技術的研究重點： 超微粉碎技術已成為現(xiàn)代食品加工的重要新技術之一。但在超微粉碎過程中能量的利用率很低，目前對該技術本身的研究集中在如何提高能量的利用率上。例如，大型球磨機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的能量利用率也僅在2%左右。,第一節(jié) 粉碎理論,一、有關粉碎的基本概念 粉碎：是用機械力的方法來克服固體物料內部凝聚力，達到使之破碎的單元操作。習慣上有時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、體積或質量為基準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，同時近似反映出粉碎設備的作業(yè)情況。一般粉碎設備的粉碎比為330，但超微粉碎設備可遠遠超出這個范圍，達到3001000以上。對于一定性質的物料來說，粉碎比是確定粉碎作業(yè)程度、選擇設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。成品顆粒 粒度在550 mm。 中粉碎：原料粒度在10100 mm內，成品顆粒粒度在510mm。 微粉碎(細粉碎)：原料粒度在510 mm內，成品顆粒粒度在100 um以下。 超微粉碎(超細粉碎)：原料粒度在0.55mm，成品顆粒粒度在1025um以下。,二、粉碎理論,食品粉碎方式：,擠壓粉碎：擠壓粉碎是指物料置于兩個工作構件之間，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，當對輥的線速度相等時，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件間承受彎曲應力超過強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，例如榨油殘渣油餅、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件間承受切應力超過強度極限而折斷的食品粉碎方式。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中，剪切也起著重要作用。,撞擊粉碎：撞擊粉碎是指當物料與工作構件以相對高速運動撞擊時，受到時間極短的變載荷，物料被擊碎的食品粉碎方式。這種粉碎方式適用于質量較大的脆性物料。撞擊粉碎應用范圍很廣，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械是錘式粉碎機,它在食品工業(yè)中用得很多。也有利用物料自身高速運動而碰撞粉碎的機器，稱為超音速噴射粉碎機，但是其能耗很大。,研磨粉碎：研磨粉碎是指物料與粗糙工作面之間在一定壓力下相對運動而摩擦，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，到達此程度后，應立即使物料離開粉碎機。 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)過粉碎機粉碎，以免引起過度粉碎，降低粉碎機的生產(chǎn)能力。 當所需粉碎比較大時，應分成幾個步驟進行粉碎，實驗證明當粉碎比在4左右時。操作效率最高。 粉碎過程盡可能單一，不應添加其他操作。,粉碎操作： 在粉碎操作中，首先要考慮的是采用何種粉碎方法或設備，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粉,由于一次粉碎比很大,常分為若干級,使每級擔負一定的粉碎比。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。這種方法不用振動篩等附屬分粒設備,設備投資費用低。物料加入粉碎機中經(jīng)過粉碎作用區(qū)后,即作為制品卸出,粗粒不再循環(huán)。由于有的粗粒可能會很快通過粉碎機，而有的細粒在機內停留時間很長，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作用區(qū)的停留時間很短。當與開路磨碎結合時，讓物料借重力落入作用區(qū)，限制了不必要細粒的粉碎，減少了過細的粉末形成。此法在功率消耗方面較經(jīng)濟，但由于有些大顆?？赡軙杆偻ㄟ^粉碎作用區(qū)，仍可能產(chǎn)生較寬的粒度分布。,滯塞進料是利用機器出口插入篩網(wǎng)，限制制品的卸出，對于給定的進料速度，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)中停留時間長，細粒會受到過度粉碎，功率消耗大。滯塞進料法常用于需要細破碎制品的場合，用一臺機器操作可獲得很大的粉碎比。,閉路磨碎（圖1-4）是從粉碎機出來的物料流先經(jīng)分粒系統(tǒng)，分出過粗的物料粒，再重新回入粉碎機，粉碎機的工作只是針對較大的顆粒，物料在粉碎作用區(qū)中的停留時間短，動力消耗較為經(jīng)濟。所采用的分粒方法根據(jù)送料的形式而定，采用重力加料或機械螺旋送料時，常用振動篩作為分粒設備，當用水力或氣力輸送時則賞用旋風分離器。,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物質(固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)化學物質)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際意義。,第二節(jié) 干法超微粉碎和微粉碎,一、氣流粉碎技術與設備 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小粒子。,氣流粉碎的特點： 粉碎比大，粉碎顆粒成品的平均直徑在5m以下； 在粉碎過程中設備有分級作用，粗粒由于受離心力作用不會混到細粒成品中，保證了成品粒度的均勻一致； 設備結構緊湊、磨損小且維修容易，但功率消耗大； 易實現(xiàn)無菌操作，衛(wèi)生條件好； 壓縮空氣（或過熱蒸汽）膨脹時會吸收很多能量產(chǎn)生制冷作用造成較低的溫度，所以適合應用于對熱敏性物料的超微粉碎的加工； 易實現(xiàn)多單元聯(lián)合操作。例如可利用熱壓縮氣體同時進行粉碎和干燥處理，在粉碎同時還能對兩種配合比例相差很遠的物料進行很好的混合，此外在粉碎的同時可噴入所需的包囊溶液對粉碎顆粒進行包囊處理。,環(huán)形噴射式氣流粉碎機 環(huán)形噴射式氣流粉碎機的工作原理和結構如圖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），夾帶著物料顆粒運動。在管道內的射流大致可分為外、中、內3層。各層射流的運動速度不相等，這迫使物料顆粒在粉碎室內互沖擊、碰撞、摩擦以及受射流的剪切作用達到粉碎。 環(huán)形噴射式氣流粉碎機可適用于加工粒度分布較寬的物料。,氣流粉碎設備,葉輪式氣流粉碎機 葉輪式氣流粉碎機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行粉碎的,該機帶有兩級粉碎、內分級葉輪、鼓風和排渣等機構,因此可認為是一個小型機組。,該粉碎機的結構和工作原理如圖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，第一段粉碎葉輪的5支葉片具有30扭轉角，它有助于形成旋轉風壓；第二段分級葉輪的5支葉輪不具有扭轉角，所以形成氣流阻力。第一段粉碎葉輪形成的風壓在第一粉碎室內引起氣流循環(huán)，隨氣流旋轉的物料顆粒之間就會發(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壁受到撞擊、摩擦、剪切等作用而被粉碎成細顆粒；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人第二粉碎室。） 進入第二粉碎室的細顆粒進行同樣的粉碎和分級。,高頻振動式超微粉碎技術與設備,基本原理： 高頻振動式超微粉碎的原理是：利用球形或棒形研磨介質作高頻振動時產(chǎn)生的沖擊、摩擦和剪切等作用力，來實現(xiàn)對物料顆粒的超微粉碎，并同時起到混合分散作用。振動磨是進行高頻振動式超微粉碎的專門設備，它在干法或濕法狀態(tài)下均可工作。,振動磨的工作原理和結構示意圖如圖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機連接。主軸快速旋轉時，偏心重錘的離心力使筒體產(chǎn)生一個近似于橢圓軌跡的快速振動。筒體內裝有鋼球或鋼棒等磨介及待磨物料，筒體的振動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。,振動粉碎的特點： 振動粉碎是靠磨機系統(tǒng)的振動，使研磨體得到加速度運動而沖擊和研磨物料的一種超細磨設備。其主要優(yōu)點為： 破碎比高，粉碎時間很短； 在影響粉碎的主要因素中，如排出口徑、排出面積、振動幅度、介質等均可任意地改變，因而不用分級器也可獲得期望的粒度； 適應性強，可用于任何物料的超細磨，可以用于干磨或濕磨。其缺點是進料粒度不能過大。,磨介尺寸與原料及成品粒度的相互關系 研磨介質有鋼球、鋼棒、氧化鋁球和不銹鋼珠等，可根據(jù)物料性質和成品粒度要求選擇磨介材料與形狀。為提高粉碎效率，應盡量先用大直徑的磨介。如較粗粉碎時可采用棒狀，而超微粉碎時使用球狀。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（以單位時間內的比表面的增加來表示）之間的關系 振動磨磨介的充填率一般在60%80%范圍內，物料充填率（筒體內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（以單位時間內的比表面的增加來表示）之間的關系示于圖111。由圖可見，物料充填率高則粉碎率下降，但振動磨筒體內新生總表面積與粉碎率(縱坐標)和物料充填率(橫坐標)的乘積成正比。物料充填率增加時，單位時間內新生的總表面在一定范圍內仍是增加的。,第四節(jié) 超微粉碎或微粉碎的應用,一. 超微或微粉碎技術在巧克力生產(chǎn)上的應用： 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，是一種連續(xù)相； 糖和可可以細小的質粒作為分散相分散于油脂連續(xù)相內； 大部分可可、糖、乳干物質粒度在2030m間； 少量和空氣在此體系內屬分散體。 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，各個物質被均勻地分布在油脂內，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。 當配料的平均粒度在25m左右，且其中大部分質粒的粒徑在1520 m間時，口感較好。 當平均粒度超過40m時，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,進行焙炒； 對焙炒后的可可豆進行揉搓或碾軋以便皮殼和豆肉分離； 可可豆磨細一般分階段進行： 初粉碎階段: a. 將可可豆肉單獨磨成初漿料 b.設備: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充些可可脂以調整漿料組成或百分比。 混合配料 精磨(超微粉碎): 巧克力的細度取決于精磨方式和精磨程度； 精磨設備的性能,效率直接影響精磨過程的總效果； 常用設備是五輥和三輥精磨機； 精磨過程的操作程序與精磨效果也有密切關系,必須控制適當?shù)臏囟葋碚{節(jié)適宜的粘度. 精煉以使巧克力細膩滑潤香味優(yōu)美和醇 精煉常用旋轉式精練機； 在精練作用下,巧克力漿料中的油脂會分散至料內干物質表面,使料內粒子間容易滑動而降低粘度,同時改善口感.,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)轉變； 調溫過程包含晶核形成和晶體成長兩方面,對溫度的調節(jié)和變化控制要求十分嚴格而準確。 漿料經(jīng)澆模,硬化，脫模，包裝。 生產(chǎn)中,精磨時間常持續(xù)1622h,精煉時間持續(xù)2472h。 二 .超微粉碎技術在功能性食品基料生產(chǎn)上的應用： 功能性食品: 通過其成分增強人體的身體防御功能,調節(jié)生理節(jié)律，預防疾病和促進康復等有關功能的工程化食品。,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即叫功能性食品基料或生理活性物質 確認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，復合脂質，油脂替代品自由基清除劑，維生素，微量活性元素，活性肽，活性蛋白質和乳酸菌等十多大類。 利用超微粉碎技術將蛋白質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系，還有終產(chǎn)品顆粒的粒度有關。 粒度越小比表面積越大，則纖維的持水性，膨脹力也相應增大。 超微粉碎技術在高活性纖維制備中有重要的作用。,