超微粉碎分析實用教案

1、本課程主要本課程主要(zhyo)(zhyo)內(nèi)容內(nèi)容第一章 微粉碎和超微粉碎技術(shù)第二章 微膠囊造粒技術(shù)第三章 遠(yuǎn)紅外線應(yīng)用第四章 微波應(yīng)用第五章 水油混合深層油炸和真空油炸第六章 蒸煮袋和軟罐頭(gun tou)第七章 食品超高壓技術(shù)第八章 氣調(diào)保鮮技術(shù)第九章 流化速凍第十章 蒸煮擠壓與氣流膨化第1頁/共61頁第一頁，共62頁。教材教材(jioci)(jioci)與參考書與參考書教材：現(xiàn)代食品工程高新技術(shù)(o xn j sh) 高福成 主編 中國輕工業(yè)出版社主要參考書：食品工業(yè)新技術(shù) 高壓食品加工技術(shù) 膜分離技術(shù)基礎(chǔ) 微波技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用食品殺菌新技術(shù)果蔬采后生理第2頁/共61頁第二頁，

2、共62頁。第一章 微粉碎(fn su)和超微粉碎(fn su)第3頁/共61頁第三頁，共62頁。 超微粉碎是近20年迅速發(fā)展起來的一項高新技術(shù)，能把原材料加工成微米級甚至(shnzh)納米級的微粉，已經(jīng)在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。 如：巧克力、膳食纖維、功能性食品物料等第4頁/共61頁第四頁，共62頁。第5頁/共61頁第五頁，共62頁。第一節(jié) 關(guān)于(guny)粉碎的一般問題一、粉碎的定義粉碎：是用機(jī)械力或流體動力的方法來克服物料內(nèi)部凝聚力使之破碎(p su)的單元操作。習(xí)慣上有時將大塊物料分裂成小塊物料的操作稱為破碎(p su)；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。第6頁

3、/共61頁第六頁，共62頁。超微粉碎：利用機(jī)械或流體動力的方法克服固體內(nèi)部凝聚力將物料加工粉碎至超微粉體大小(dxio)的過程。一般將加工(ji gng)0.1-10m超微粉體的粉碎技術(shù)稱為超微粉碎。第7頁/共61頁第七頁，共62頁。超微粉體是超微粉碎(fn su)的最終產(chǎn)品，按大小超微粉體包括微米級、亞微米級和納米級的微粒：微米級：粒徑1100m的粉體亞微米級：0.11m的粉體納米級：0.0010.1m(1100nm)。一般所指的超微粉體是指粒徑小于25m的粉體工業(yè)上所稱的超微粉體為d9710m的粉體。第8頁/共61頁第八頁，共62頁。 超微粉體顆粒的比表面積、表面能、孔隙率大，因此超微粉體

4、具有獨(dú)特(dt)的物理和化學(xué)性質(zhì)，如良好的溶解性、分散性及吸附性等。 第9頁/共61頁第九頁，共62頁。 不可消化(xiohu)部分被加工成超微粉體后就可能被人體吸收。 超微化食品具有很強(qiáng)的表面吸附力和親和力，因此具有很好的固香性、分散性和溶解性，也容易為人體所吸收消化(xiohu)。 第10頁/共61頁第十頁，共62頁。 目前，日本、美國市場上銷售的果味涼茶、凍干水果粉及超低溫速凍龜鱉粉等食品都是應(yīng)用超微粉碎(fn su)技術(shù)加工而成的。國內(nèi)從20世紀(jì)80年代開始也將此技術(shù)應(yīng)用于花粉破壁。第11頁/共61頁第十一頁，共62頁。二、粉碎的分類根據(jù)被粉碎物料(w lio)和成品粒度的大小，粉碎可

5、分為：粗粉碎 原料粒度在401500mm范圍內(nèi)，成品顆粒粒度約550mm；中粉碎 原料粒度10100mm，成品粒度510mm；微粉碎(細(xì)粉碎) 原料粒度510mm，成品粒度100m以下；超微粉碎原料粒度0.55mm，成品粒度在10m以下。第12頁/共61頁第十二頁，共62頁。三、超微粉體的特性粉體物料(w lio)最主要和最重要的質(zhì)量指標(biāo)之一是其粒度。 超微粉體的特點：顆粒細(xì)微物料(w lio)比表面積和孔隙率大幅度的增加具有獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，如良好的溶解性、分散性、吸附性、沉降速度、流變性、化學(xué)反應(yīng)活性等，第13頁/共61頁第十三頁，共62頁。超微粉碎加工對食品物料性能的影響提高植物原料

6、中有效成分的釋放速度(sd)和釋放量。 超微粉碎的物料基本上無完整的細(xì)胞存在提高原料中有效成分的生物利用度。 可溶性和不溶性成分的吸收率第14頁/共61頁第十四頁，共62頁。 賦予產(chǎn)品細(xì)膩的口感。 如巧克力、牛奶、植物蛋白飲料等 提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性 如巧克力、牛奶、植物蛋白飲料等 改善(gishn)原料的加工性能。 如早秈米超微粉糊化溫度、糊化液透光率和凍融穩(wěn)定性降低；酶解速度、糊化液熱穩(wěn)定性、沖調(diào)性能、溶解度提高。第15頁/共61頁第十五頁，共62頁。經(jīng)超微粉碎的食品在人體內(nèi)的吸收較快、較充分。如：常規(guī)方式粉碎顆粒粒度大，造成三難（難釋放、難吸附、難吸收），使?fàn)I養(yǎng)成分(chng fn)或活性成

7、分(chng fn)生物利用度降低。 超微粉碎后，僅有極少量完整細(xì)胞存在，形成三易三高（易釋放、易吸附、易吸收、釋放速度高、釋放量高、吸收率高）。 第16頁/共61頁第十六頁，共62頁。四、超微粉碎技術(shù)( jsh)在食品工業(yè)中的應(yīng)用在食品應(yīng)用中的分類：水果蔬菜類：桔子粉、蘋果粉、梨粉、胡蘿卜粉、南瓜粉、芹菜粉、菠菜粉等肉類：牛肉粉、雞肉粉、豬肉粉、蝦粉等香辛調(diào)味料類：姜粉、蒜粉、胡椒粉、辣椒粉、香菇粉等第17頁/共61頁第十七頁，共62頁。糧食淀粉類：糯米粉、玉米淀粉、黃豆粉、綠豆粉、紅豆粉、麥麩粉、花生粉等營養(yǎng)強(qiáng)化(qinghu)類：骨粉、海帶粉、胡蘿卜粉、花粉等葉類：茶葉粉、桑葉粉、銀杏葉

8、粉、絞股蘭粉等藥食兼用中藥材保健食品類：甘草類、菊花粉、陳皮粉、麥冬粉、杏仁粉、首烏粉、當(dāng)歸粉等第18頁/共61頁第十八頁，共62頁。例1：貝殼類產(chǎn)品、畜骨粉加工貝殼中含有極其豐富的鈣，在牡蠣的貝殼中，含鈣量超過90以上。利用超微粉碎技術(shù)，將牡蠣殼粉碎至很細(xì)小的粉粒，用物理方法促使粉粒的表面(biomin)性質(zhì)發(fā)生變化，可以達(dá)到牡蠣殼更好地被人體吸收利用的目的。此外來源于節(jié)肢動物的蟹殼、蝦殼、蝦皮等也可以采用超微粉碎的方法來進(jìn)行粉碎得到超微粉末，用于補(bǔ)鈣產(chǎn)品或其他用途。 如采用工藝： 殼類原料清洗干燥初步粉碎超微粉碎產(chǎn)品第19頁/共61頁第十九頁，共62頁。 超微骨粉 采用工藝：鮮骨清洗破碎粗

9、碎細(xì)碎(x su)脫脂超微粉碎干燥滅菌產(chǎn)品 超微骨粉不僅Ca、P等礦質(zhì)元素含量高，生物利用率高，而且蛋白質(zhì)含量高、脂肪含量低第20頁/共61頁第二十頁，共62頁。例2：膳食纖維的加工膳食纖維按其溶解的特性可分為水溶性纖維和水不溶性纖維兩大類。水溶性纖維是指植物細(xì)胞壁內(nèi)的貯存物質(zhì)和分泌物，主要包括果膠、樹膠(shjio)、葡聚糖、瓜爾豆膠等；水不溶性纖維主要是細(xì)胞壁的組成成分，包括纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等。第21頁/共61頁第二十一頁，共62頁。 膳食纖維經(jīng)過超微粉碎后持水力和膨脹力增加。不溶性膳食纖維的溶腸通便(tn bin)的能力增加，水溶性膳食纖維溶解性和分散性增加，品質(zhì)、口感和吸收性能

10、明顯改善。第22頁/共61頁第二十二頁，共62頁。制備膳食纖維的一般工藝（以甘蔗渣為例）：原料清理粗粉碎 浸泡漂洗脫除異味 漂白脫色脫水干燥微粉碎功能活化(huhu)超微粉碎膳食纖維超微粉備選原料：甘蔗渣、蘋果渣、蔬菜渣等。第23頁/共61頁第二十三頁，共62頁。例3：巧克力的生產(chǎn)巧克力屬于超微顆粒的多相分散體系，糖和可可作為(zuwi)分散相分散于油脂連續(xù)相內(nèi)。巧克力一個重要的質(zhì)構(gòu)特征是口感特別細(xì)膩滑潤，這主要取決于配料的粒度。第24頁/共61頁第二十四頁，共62頁。巧克力生產(chǎn)的工藝流程：可可豆發(fā)酵干燥(gnzo)分級清理焙炒簸篩初粉碎(初磨) 混合配料精磨(超微粉碎) 精煉調(diào)溫澆模振模硬化

11、脫模包裝成品第25頁/共61頁第二十五頁，共62頁。例4：調(diào)味料的生產(chǎn)對調(diào)味料的細(xì)微化可以在保證發(fā)揮風(fēng)味的條件下減少用量。而且，超微粉碎后的調(diào)味料粒度(l d)細(xì)、分布窄、質(zhì)量均勻、表面活性高、溶解性大、分散性好，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，大大提高了其使用效果。第26頁/共61頁第二十六頁，共62頁。 調(diào)味品微粉的眾多孔隙可以造成集合孔腔，吸收(xshu)容納的香氣經(jīng)久不散，這是重要的固香方法之一，因此超微粉調(diào)味品的香味和滋味更濃郁、突出。第27頁/共61頁第二十七頁，共62頁。例5：軟飲料的生產(chǎn)利用超微粉碎技術(shù)，可開發(fā)出不同的軟飲料，如速溶粉茶、豆類固體飲料、

12、速溶豆精等。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)(yngyng)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、胡蘿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)(yngyng)及保健功能。第28頁/共61頁第二十八頁，共62頁。 在速溶茶生產(chǎn)中，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、干燥制成粉狀速溶茶。 如果將茶葉在常溫、干燥狀態(tài)下采用超微粉碎(fn su)僅需一步工序便可得到超微粉茶產(chǎn)品，大大簡化了生產(chǎn)工序。第29頁/共61頁第二十九頁，共62頁。 超微茶粉就是用中低檔茶鮮葉，經(jīng)蒸汽殺青、烘

13、干等工藝處理后，再超微粉碎成純天然茶葉超微細(xì)粉。 超微茶粉不僅可以直接沖飲，還可加入主料中制成茶面包、茶蛋糕、茶米粉、茶糖果(tnggu)、茶冰棋淋等食品，改“飲茶”為“食茶”。第30頁/共61頁第三十頁，共62頁。 在牛奶生產(chǎn)過程中，利用均質(zhì)機(jī)能使脂肪(zhfng)明顯細(xì)化。若98的脂肪(zhfng)球直徑在2m以下，則可達(dá)到優(yōu)良的均質(zhì)效果，口感好，易于消化。第31頁/共61頁第三十一頁，共62頁。 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(yunlio)，經(jīng)浸泡、磨漿、均質(zhì)等操作單元制成的乳狀制品。磨漿時用膠體磨將顆粒磨至粒徑為58m，再均質(zhì)為12m。在這樣的粒度下，可使蛋白質(zhì)

14、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。第32頁/共61頁第三十二頁，共62頁。第二節(jié) 粉碎(fn su)理論一、物料的力學(xué)性質(zhì)硬度：在固體表面(biomin)產(chǎn)生局部彈性變形所需的能量， 有軟、硬之分。是粉碎作業(yè)程序、選擇設(shè)備類型和尺寸的主要依據(jù)。對于特別硬的物料用擠壓和沖擊比較有效。強(qiáng)度：物料抵抗塑變的能力，有強(qiáng)、弱之分。通常以物料破壞時單位面積上所受的力即N/m2或Pa來表示。按材料內(nèi)部的均勻性和有否缺陷分為理論強(qiáng)度：指不含任何缺陷的完全均質(zhì)材料的強(qiáng)度，它相當(dāng)于原子、離子或分子間的結(jié)合力。實際強(qiáng)度：材料的實際強(qiáng)度往往遠(yuǎn)低于其理論強(qiáng)度，一般地，實測強(qiáng)度為理論強(qiáng)度的1/100-

15、1/1000。 第33頁/共61頁第三十三頁，共62頁。 脆性：從變形方面看，脆性反映了物料塑變區(qū)域的長短。有脆性和可塑性之分。對于脆性物料以劈裂、沖擊為宜。 韌性：是一種抵抗物料裂縫擴(kuò)展能力的特性。韌性越大，則裂縫末端(m dun)的應(yīng)力集中就越容易得到緩解。對于韌性大的物料以研磨和剪切較好。第34頁/共61頁第三十四頁，共62頁。 對于具體物料來講，強(qiáng)度越大、硬度越高、韌性越大、脆性越小的物料，其破壞所需的變形(bin xng)能就越大，物料不容易粉碎和研磨。第35頁/共61頁第三十五頁，共62頁。纖維含量高的物料，具有什么典型的力學(xué)性質(zhì)？采用何種粉碎(fn su)力適宜？第36頁/共61

16、頁第三十六頁，共62頁。二、粉碎力的種類和形式 絕大多數(shù)固體物質(zhì)都是借助于化學(xué)鍵將質(zhì)點聯(lián)系(linx)在一起的，因此其變形與破壞也必然與化學(xué)鍵的類型及其力學(xué)性質(zhì)有密切關(guān)系。物料粉碎時所受到的作用力包括擠壓力、沖擊力和剪切力（摩擦力） 第37頁/共61頁第三十七頁，共62頁。根據(jù)施力種類(zhngli)與方式的不同，物料粉碎的基本方法包括：壓碎：物料受兩平面間緩慢增加的壓力作用，使之由彈性變形或塑性變形而至破裂粉碎。這種粉碎方式多用于脆性大塊物料，具有韌性或塑性的物料，則可產(chǎn)生片狀，例如軋制麥片、米片以及油料軋片等。劈碎：物料受楔狀工具的作用而被分裂。多用于脆性物料的破碎。第38頁/共61頁第三

17、十八頁，共62頁。 拆斷（或剪碎）：被粉碎的物料兩個工作面之間相當(dāng)于承受集中( jzhng)載荷的兩支點或多支點梁，當(dāng)物料內(nèi)的彎曲應(yīng)力達(dá)到物料的彎曲強(qiáng)度極限時而被拆斷。 多用于硬、脆性大塊物料的破碎，例如榨油殘渣油餅的粉碎。第39頁/共61頁第三十九頁，共62頁。 磨碎：物料在兩個研磨體之間受到摩擦、剪切作用而被磨削為細(xì)粒。 是一種既有擠壓又有剪切的復(fù)雜過程 多用于小塊物料或韌性(rn xn)物料的粉碎，如對輥磨粉的磨碎過程。第40頁/共61頁第四十頁，共62頁。 沖擊破碎：物料在瞬向受到外來的沖擊力而被破碎。 適用于質(zhì)量較大的脆性物料，且從較大塊的破碎到微細(xì)粉碎均可以使用，而且可以粉碎多種物

18、料。 最典型的錘式粉碎機(jī)在食品工業(yè)(sh pn n y)中用得很多。第41頁/共61頁第四十一頁，共62頁。第42頁/共61頁第四十二頁，共62頁。第三節(jié) 超微粉碎(fn su)的方法 干法(n f)超微粉碎 氣流式 高頻振動式 旋轉(zhuǎn)球磨式 轉(zhuǎn)輥式 濕法超微粉碎 攪拌磨 行星磨 膠體磨 均質(zhì)機(jī)第43頁/共61頁第四十三頁，共62頁。氣流(qli)式 以壓縮空氣或過熱蒸汽，通過(tnggu)噴嘴產(chǎn)生的超音速高湍流氣作為顆粒的載體，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。2AB102AB10型氣流(qli)(qli)粉碎機(jī)AB10AB10型氣流粉碎機(jī)第4

19、4頁/共61頁第四十四頁，共62頁。第45頁/共61頁第四十五頁，共62頁。冷凍(lngdng)(lngdng)粉碎 利用(lyng)物料在低溫狀態(tài)下的“低溫脆性”，即物料隨溫度的降低，其硬度和脆性增加，而塑性和韌性降低。在一定溫度下用一個很小的力就能將其粉碎。對含油脂、糖分、水分多的物料特別對含油脂、糖分、水分多的物料特別(tbi)有效有效第46頁/共61頁第四十六頁，共62頁。第四節(jié) 粒度(l d)分布與測定 粉體：就是大量固體粒子(lz)的集合系。它表示物質(zhì)的一種存在狀態(tài)，既不同于氣體、液體，也不完全同于固體。 粒徑：是粉體最重要的物理性能，對粉體的比表面積、可壓縮性、流動性和工藝性能有

20、重要影響。 第47頁/共61頁第四十七頁，共62頁。一、粉體顆粒的粒度粒度：顆粒所占空間(kngjin)的線性尺寸。粒度的表示方法：等效粒度體積直徑：某種顆粒所具有的體積用同樣體積的球來與之相當(dāng)，這種球的直徑，就代表該顆粒的大小，即體積直徑。 第48頁/共61頁第四十八頁，共62頁。 表面積直徑：某種顆粒所具有的表面積用同樣表面積的球來與之相當(dāng)，這種球的直徑，就代表該顆粒的大小，即表面積直徑。 Stokes直徑：某種顆粒所具有的沉降速度用同樣沉降速度的球來與之相當(dāng)，這種球的直徑，就代表該顆粒的大小，即Stokes直徑。 電阻直徑：在相同(xin tn)條件下與實際顆粒產(chǎn)生相同(xin tn)電

21、阻效果的球形顆粒的直徑。庫爾特法所測的粒徑為電阻直徑。第49頁/共61頁第四十九頁，共62頁。二、粉體顆粒的粒度分布粒度分布：用特定的儀器和方法反映出的不同粒徑顆粒占粉體總量的百分?jǐn)?shù)。分為頻率分布和累積分布。頻率分布：表示(biosh)與各個粒徑相對應(yīng)的粒子占全部顆粒的百分含量。累積分布：表示(biosh)小于（或大于）某一粒徑的粒子占全部顆粒的百分含量，累積分布是頻率分布的積分形式。第50頁/共61頁第五十頁，共62頁。頻率(pnl)分布曲線 累積(lij)分布曲線 粒度分布曲線：包括(boku)累積分布曲線和頻率分布曲線。第51頁/共61頁第五十一頁，共62頁。三、表示粒度特性的幾個關(guān)鍵指

22、標(biāo) D50：一個樣品的累積分布達(dá)到50%時所對應(yīng)的粒徑。它的物理意義是粒徑大于它的顆粒占50%，小于它的顆粒也占50%，D50也叫中位徑。D50常用(chn yn)來表示粉體的平均粒度。 第52頁/共61頁第五十二頁，共62頁。 D97：一個樣品的累積分布達(dá)到97%時所對應(yīng)的粒徑。它的物理意義(yy)是粒徑小于它的顆粒占97%。 其它如D16、D90等參數(shù)的定義與物理意義(yy)與D97相似。 第53頁/共61頁第五十三頁，共62頁。四、粒度分布的測定1. 篩析法篩析法是用機(jī)械力搖動(yo dng)樣品使之通過一系列一級比一級小的篩，并稱量每個篩上保留的樣品重量。方法要素：操作標(biāo)準(zhǔn)化；取量適當(dāng)?shù)?4頁/共61頁第五十四頁，共62頁。 2. 顯微鏡法 顯微鏡法是測定粒度分布最直觀的方法，其分析下限(xixin)由透鏡的分辨能力所決定。 由于這種方法單次所測到的顆粒個數(shù)較少，對同一個樣品可以通過更換視場的方法進(jìn)行多次測量來提高測試結(jié)果的真實性。除了進(jìn)行粒度測試之外，顯微圖象法還常用來觀察和測試顆粒的形貌。 第55頁/共61頁第五十五頁，共62頁。圖像處理與分析(fnx)過程 BT-1600 圖像顆粒分析(fnx)系統(tǒng)第56頁/共61頁第五十六頁，共62頁。 3. 沉降法 沉降法可用在1200m粒度范圍內(nèi)，確定粉碎物的粒度分布并計算顆粒粒度。 沉降法又分為(