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超微粉碎技术在食品加工中的应用

2021-12-02
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作者:埃尔派
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超微粉碎技术是近20年来发展起来的新技术。所谓超微粉碎,是指利用机械或流体动力的方法克服固体内部凝聚力使之粉碎,从而将3毫米以上的物料颗粒粉碎至10-25微米的操作技术,是20世纪70年代以后,为适应现代高新技术的发展而产生的一种物料加工高新技术。超微细粉末是超微粉碎的最终产品,具有一般颗粒所没有的...

超微粉碎技术是近20年来发展起来的新技术。所谓超微粉碎,是指利用机械或流体动力的方法克服固体内部凝聚力使之粉碎,从而将3毫米以上的物料颗粒粉碎至10-25微米的操作技术,是20世纪70年代以后,为适应现代高新技术的发展而产生的一种物料加工高新技术。超微细粉末是超微粉碎的最终产品,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、化学反应活性等。因此超微细粉末已广泛应用于食品、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。

三合一-清华大学材料学院

一、技术特点

速度快,可低温粉碎:超微粉碎技术是采用超音速气流粉碎、冷浆粉碎等方法,与以往的纯机械粉碎方法完全不同。在粉碎过程中不会产生局部过热现象,甚至可在低温状态下进行粉碎,速度快,瞬间即可完成,因而最大限度地保留粉体的生物活性成分,以利于制成所需的高质量产品。

粒径细且分布均匀:由于采用超音速气流粉碎,作用在原料上力的分布相当均匀。分级系统的设置,既严格限制了大颗粒,又避免出现过粉碎,得到粒径分布均匀的超细粉,同时很大程度上增加了微粉的比表面积,使吸附性、溶解性等相应增大。

节省原料,提高利用率:物体经超微粉碎后,近纳米细粒径的超细粉一般可直接用于制剂生产,而常规粉碎的产物仍需要一些中间环节,才能达到直接用与生产的要求,这样很可能造成原料浪费。因此,该技术尤其适合珍贵稀少原料的粉碎。

减少污染:超微粉碎是在封闭系统下进行,既避免了微粉污染周围环境,又可防止空气中的灰尘污染产品。故在食品及医疗保健品中运用该技术,微生物含量及灰尘得以有效控制。

二、粉碎方法

磨介式粉碎:磨介式粉碎是借助与运动的研磨介质(磨介)所产生的冲击以及非冲击式的弯折、挤压和剪切等作用力,达到物料颗粒粉碎的过程。磨介式粉碎过程主要为研磨和摩擦,即挤压和剪切,其效果取决于磨介的大小、形状、配比、运动方式、物料的填充率、物料的粉碎力学特性等。磨介式粉碎的典型设备有球磨机、搅拌磨和振动磨3种。

球磨机是用于超微粉碎的传统设备,产品粒度可达20-40微米。当要求产品粒度在20微米以下,则效率低、耗能大、加工时间长。搅拌磨是在球磨机的基础上发展起来,主要由研磨容器、搅拌器、分散器、分离器和输料泵等组成。工作时在分散器高速旋转产生的离心力作用下,研磨介质和颗粒浆料产生冲击性的剪切、摩擦和挤压等作用,将颗粒粉碎。搅拌磨能达到产品颗粒的超微化和均匀化,成品的平均粒度最小可达到数微米。振动磨是利用磨介高频振动产生的冲击性剪切、摩擦和挤压等作用将颗粒粉碎的,所得到的成品平均粒度可达2-3微米以下,而且粉碎效率比球磨机高得多,处理量是同容量球磨机的10倍以上。

气流超微粉碎:气流磨可用于超微粉碎,是以压缩空气或过热蒸汽,通过喷嘴产生的超音速高湍流气流作为颗粒的载体,颗粒与颗粒之间或颗粒与固定板之间发生冲击性积压、磨擦和剪切等作用,从而达到粉碎的目的。现已有圆盘式、循环管式、靶式、对撞式、旋转冲击式、流化床式6大类气流不锈钢粉碎机。与普通机械式超微不锈钢粉碎机相比,气流不锈钢粉碎机可将产品粉碎得很细(粉品细度可达2~40微米),粒度分布范围更窄,即粒度更均匀。又因为气体在喷嘴处膨胀可降温,粉碎过程没有伴生热量,所以粉碎温升很低。这一特性对于低熔点和热敏性物料的超微粉碎特别重要。但是气流粉碎能耗大,能量利用率只有2%左右,要高出其他粉碎方法数倍。

值得指出的是,一般认为产品粒度与喂料速度成正比,即喂料速度愈大,产品粒度也愈大这种理解不全面。当喂料速度或不锈钢粉碎机内颗粒浓度达到一定值后,这个说法是合理的。因为喂料速度增大,不锈钢粉碎机内颗粒浓度也增加,发生颗粒拥挤现象,甚至颗粒流动像柱塞一样,只有在"柱塞"前沿的颗粒,才有发生有效碰撞的可能,在后面的颗粒只有相互之间低速的碰撞和摩擦、发热。但是,这并不是说颗粒浓度愈小,产品粒度愈小,或者粉碎效率愈高。恰恰相反,当颗粒浓度低到一定程度,颗粒之间将缺少碰撞机会而降低粉碎效率。

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