超微粉碎技術在現代化食品加工中的應用之研究
超微粉碎技術是近20年來國際間發展起來的新技術。所謂超微粉碎，是指利用機械或流體動力的方法克服固體內部凝聚力使之破碎，從而將3毫米以上的物料顆粒粉碎10-25微米，操作技術，是20世紀70年代以后，為適應現代高新技術的發展而產生的一種物料加工高新技術。
超微細粉末是超微粉碎的終產品，具有一般顆粒所沒有的特殊理化性質，如良好的溶解性、分散性、吸附性、化學反應活性等。因此超微細粉末已廣泛應用于食品、化工、醫藥、化妝品農藥、染料、涂料、電子及航空航天等許多領域上。
一、技術特點
1、速度快可低溫粉碎
超微粉碎技術是采用超音速氣流粉碎、冷漿粉碎等方法，與以往的純機械粉碎方法完全不同。在粉碎過程中不會產生局部過熱現象，甚可在低溫狀態下進行粉碎，速度快，瞬間即可完成，因而限度地保留粉體的生物活性成分，以利于制成所需的高質量產品。
2、粒徑細且分布均勻
由于采用超音速氣流粉碎，其在原料上力的分布相當均勻。分級系統的設置，既嚴格限制了大顆粒，有避免出現過碎，得到粒徑分布均勻的超細粉，同時很大程度上增加了微粉的比表面積，使吸附性、溶解性等亦相應增大。
3、節省原料提高利用率
物體經超微粉碎后，近納米細粒徑的超細粉一般可直接用于制劑生產，而常規粉碎的產物仍需要一些中間環節，才能達到直接用語生產的要求這樣很可能造成原料浪費。因此，該技術尤其適合珍貴原料的粉碎。
4、減少污染
超微粉碎是在封閉系統下進行，既避免了微粉污染周圍環境，又可防止空氣中的灰塵污染產品。故在食品及醫療保健品中運用該技術，微生物含量及灰塵便得以控制。
二、粉碎方法
1、磨介式粉碎
磨介式粉碎是借助與運動的研磨介質(磨介)所產生的；中擊，以及非；中擊式的彎折、擠壓和剪切等作用力，達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、運動方式、物料的填充率、物料的粉碎力學特性等。磨介式粉碎的典型設備有球磨機、攪拌磨和振動磨3種。
超細球磨機是用于超微粉碎的傳統設備，產品粒度可達20-40微米。當要求產品粒度在20微米以下，則效率低、耗能大、加工時間長。攪拌磨是在球磨機的基礎上發展起來，主要由研磨容器攪拌器、分散器、分離器和輸料泵等組成。工作時在分散器高速旋轉產生的離心力作用下，研磨介質和顆粒漿料；中向乏器內壁，產生)中擊性的剪切、摩擦和擠壓等作用，將顆粒粉碎。攪拌磨能達到產品顆粒的超微化和均勻化，成品的平均粒度小可達到數微米。振動磨是利用磨介高頻振動產生的；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2-3微米以下而且粉碎效率比球磨機高得多，處理量是同容量球磨機的下10倍以上。
2、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生沖擊性積壓、磨擦和剪切等作用，從而達到粉碎的目的。自20世紀40年代美國臺工業氣流粉碎機誕生以來，現已有圓盤式、循環管式、靶式、對撞式、旋轉沖擊式、流化床式6大類氣流粉碎機。與普通機械式超微粉碎機相比，氣流粉碎機可將產品粉很細（粉品細度可達2~40微米），粒度分布范圍更窄，即粒度均勻。又因為氣體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。這一特性對于低熔點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，一般認為要高出其他粉碎方法數倍。
值得指出的是，一般認為產品粒度與喂料速度成正比，即喂料速度愈大，產品粒度也愈大這種理解不全面。當喂料速度或粉碎機內顆粒濃度達到一定值后，這個說法是合理的。因為喂料速度增大，粉碎機內顆粒濃度也增加，發生顆粒擁擠現象，甚顆粒流動像柱塞一樣，只有在"柱塞"前沿的顆粒，才有發生有效碰撞的可能，在后面的顆粒只有相互之間低速的碰撞和摩擦、發熱。但是，這并不是說顆粒濃度愈小，產品粒度愈小，或者粉碎效率愈高。恰恰相反，當顆粒濃度低到一定程度，顆粒之間將缺少碰撞機會而降低粉碎效率機械剪切是超微粉碎.現有的大部分粉碎方法多為沖擊式。對于脆性大、韌性小的物料，這些方法是恒之有效。但基于農產品深加工的發展，特別是新鮮或含水的高纖維物料（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，反映在產品粒度大、能耗高、這類物質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，對食品的要求也愈來愈重視。這對食品的加工技術提出了更高的要求，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。超微粉碎技術根據其特點，應用于食品加工領域，恰恰可以達到上述的一些效果。對食品進行微粒超微化處理，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、粘力發生奇妙的變化。
三、食品加工業的應用
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，具有很好的營養價值，但由于常規粉碎的纖維粒度大，影響食品的口感，而使消費者難于接受。通過對纖維的微粒化，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。果皮、果核經超微粉碎可轉變為食品。蔬菜在低溫下磨成微膏粉，既保存全部的營養素，纖維質也因微細化而增加了水溶性，口感更佳。
一些動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和脂肪、磷脂質、磷蛋白，能促進兒童大腦神經的發育，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等營養成分。鈣、鐵等在鮮骨中的含量也極高，如豬骨中含有復合磷酸鈣鹽、脂質和蛋白質等主要成分。一般將鮮骨煮、熬之后食用，實際上：鮮骨的營養成分沒有被人體吸收，造成資源浪費。利用氣流式超微粉碎技術，將鮮骨多級粉碎加工成超細骨泥或經脫水制成骨粉，既能保持95％以上的營養素，而且營養成分又易被人體直接吸收利用，·吸收率可達90％以上。骨是肉類食品廠的大宗副產品，大多以低價出售處理。因此，將骨制成富鈣產品，既具有營養意義，又具有經濟意義。另外，傳統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、碳水化合物、胡羅卜素以及部分礦物質等，都大量留存于茶渣中大大影響了茶葉的營養及保健功能。如果將茶葉在常溫、干燥狀態下制成粉茶，使粉體的粒徑小于5微米，則茶葉的全部營養成分易被人體腸胃直接吸收，用水沖飲時成為溶液狀，無沉淀。
新型功能食品或添加劑
1、纖維食品膳貪。纖維素被現代營養學界稱為"第七營養素"，它可作為食物填充劑或生理活性物質，是防治現代"文明病"和平衡膳食結構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。借助現代超微粉碎技術，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、補鈣食品。動物骨、殼、皮等通過超微粉碎后得到的微粉屬有機鈣，比無機鈣容易被人體吸收、利用。這些有機鈣可以作為添加劑，制成高鈣高鐵的骨粉（泥）系列食品，具有獨到的營養保健功能，因此被譽為"21世紀功能性食品"。當這些有機鈣粉（包括珍珠粉）的粒度小于5微米時，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。
四、改變傳統工藝
改善食品品質、降低生產成本超微粉碎，可以使部分食品加工過程或工藝產生革命性的變化。如速溶茶生產，傳統的方法是通過萃取，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。現在采用超微粉碎僅需一步工序便得到粉茶產品，既大大簡化生產工藝，又大大降低生產成本。再者是豆粉的生產，傳統的工藝是先將大豆浸泡，然后破碎、去皮、細磨脫水、干燥，如果采用干法超微粉碎技術，大豆毋須加水浸泡，便可直接破碎、超微得到豆粉產品。這樣，既保留了豆皮的營養，又節省了能量，因為傳統方法先加水，再脫水干燥，浪費很多能量。
1、軟飲料加工
利用氣流微粉碎技術，可開發出的軟飲料有粉茶、豆類固體飲料、超細骨粉配制富鈣飲料和速溶綠豆精等。如果將茶葉在常溫、干燥狀態下制成茶粉、使粉體的粒徑小于5微米，則茶葉的全部營養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。在牛奶生產過程中，利用均質機能使脂肪明顯細化。若98%的脂肪球直徑在2微米以下，則可達到優良的均質效果，口感好，易于消化。植物蛋白飲料是以富含蛋白質的植物種子和各種果核為原料，經浸泡、磨漿、均質等操作單元制成的乳狀制品。磨漿時用膠體磨磨粒徑5~8微米，再均質1~2微米。在這樣的粒度下，可使蛋白質固體顆粒、脂肪顆粒變小，從而防止蛋白質下沉和脂肪上浮。調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久不散，這是重要的固香方法之一，因此作為調味品使用的超微粉，其香味和滋味更濃郁、突出。超微粉碎技術作為一種新型的食品加工方法，可以使傳統調味料（主要是香辛料）細碎成粒度均一、分散性好的優良超微顆粒。由于香辛料
微粒粒徑的不斷減小，其流動性、溶解速度和吸收率均有所增大，入味效果也得到改善。
2、巧克力生產
巧克力必須具有細膩滑潤的良好口感，因此巧克力配料的粒度不能大于25微米。當平均粒徑大于40微米時，巧克力的口感明顯粗糙。因此，只有超微粉碎加工巧克力配料才能保證巧克力的質量。瑞士、日本等國，主要采用五輥精磨機和球磨精磨機。一種適合我國國情的巧克力球磨機已經得到設計開發，粉碎細度和能耗指標達到并超過國外同類機型，特別是比刮板式精磨機節能50%以上。
以上列舉了超微粉碎技術在食品加工中的幾種應用，以為管中窺豹，其實超微粉碎技術在食品中的應用遠遠不限于此。
五、未來的發展路線
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備一般為氣流粉碎機和膠磨機，氣流粉碎是目前較為先進的超微粉碎設備。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。膠磨機普遍用于食品超微粉碎工序，它是一種較為傳統的方法。根據文獻，機械粉碎有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生變質、熔解、粘糊，同時機器粉碎能力也會降低。為此，可在粉碎前或粉碎時使用適當的冷卻方法。對于同一種食品物料也往往需要多種粉碎方式的結合才能被有效地粉碎；每一種粉碎設備，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比實際總輸入能量低，說明粉碎機的實際輸入能量可能遠遠超過有效能耗，換句話說粉碎機的節能還大有潛力可挖。
超微粉碎技術在食品加工中的應用具有兩個方面的重要意義，一是提高食品的口感，且有利于營養物質的吸收；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。我國食品工業總產值在工業部門中的比重已躍居位，達到5，000億元的規模，但產品結構不盡合理，深加工產品即食品制造業只占16%。目前，促進食品工業的深加工，提高產品附加值已成為社會和企業的共識。因此，超微粉碎技術作為一種高新技術，在食品加工中將有廣闊的應用前景。
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