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超微粉碎對食品物料的影響

來源:南京先歐儀器   發布時間:2018-09-28 09:35:23   點擊率:34

超微粉碎對食品物料的影響


超微粉碎技術是20世紀70年代中期發展起來的新興學科。對超微粉體,目前尚無一個嚴格的定義,從幾個納米至幾十微米的粉體統稱為超微粉體。

工業上制備超微粉體的方法包括化學法和機械法。化學法的優點是所制備的超微粉體粒徑小、粒度分布窄、粒形好和純度高,缺點是產量低、成本高、工藝復雜。而機械法的優點是產量大、成本低和工藝簡單,缺點是產品純度、細度和形貌均不及化學法制備的超微粉體。機械超微粉碎是一項比較容易實現工業化的實用技術,也是目前食品加工中應用最廣泛的制備超微粉體的手段。


一、超微粉碎設備

超微粉碎工藝依賴于超細粉碎設備,超微粉碎設備可分為干法粉碎和濕法粉碎兩類。干法粉碎設備主要有球磨機、氣流磨機、振動磨機、沖擊粉碎機、超聲波粉碎機;濕法粉碎設備主要有膠體磨和均質機。物料顆粒在加工過程中受到擠壓、沖擊、碾磨或切割等作用力,從而達到粉碎的目的。

1、球磨機

常規球磨機是細磨的主要加工設備,它主要靠沖擊進行破碎,當物料粒度小于20um時,反映出效率低、能耗大、加工時間長等缺點。攪拌球磨機是能量利用率較高的一種超細粉碎設備,工作時攪拌器以一定速度運轉帶動研磨介質運動,物料在研磨介質中利用摩擦和少量的沖擊研磨粉碎,使得在加工后,粒度小于20um的物料時效率大大提高。


2、氣流磨機

又稱流能磨或噴射磨,是利用壓縮空氣或過熱蒸氣為工作介質產生高壓并通過噴嘴產生超音速氣流作為物料顆粒的載體,使顆粒獲得巨大的動能,從而達到粉碎的目的。氣流粉碎獲得的產品粒度可以很細且均勻,而且粉碎溫升很低,但是能耗大,一般認為要高出其它粉碎方法數倍。


3、振動磨機

振動磨是用彈簧支撐磨機體,由一帶有偏心塊的主軸使其振動,磨機通常是圓柱形或槽形。振動磨的效率比普通磨高10~20倍,其磨粉速度比常規球磨機快得多,而能耗比普通球磨機低很多。這種設備的振幅2~6 mm,頻率1020~4500r/min。


4、沖擊粉碎機

這種粉碎機利用圍繞水平軸或垂直軸高速旋轉的轉子對物料進行強烈沖擊、碰撞和剪切。其特點是結構簡單、粉碎能力大、運轉穩定性好、動力消耗低,適合于中等硬度物料粉碎。


5、超聲波粉碎機

超聲波發生器和換能器產生高頻超聲波。超聲波在待處理的物料中引起超聲空化效應,由于超聲波傳播時產生疏密區,而負壓可在介質中產生許多空腔,這些空腔隨振動的高頻壓力變化而膨脹、爆炸,真空腔爆炸時產生瞬間壓力可達幾千乃至上萬個大氣壓。因此真空腔爆炸時能將物料震碎。

另一方面由于超聲波在液體中傳播時產生劇烈的擾動作用,使顆粒產生很大的速度,從而相互碰撞或與容器碰撞而擊碎液體中的固體顆粒或生物組織。超聲粉碎后顆粒粒度在4um以下,而且粒度分布均勻,但生產能力較低。


6、膠磨機

膠磨機也稱膠體磨,主要由一固定表面和一旋轉表面所組成,兩表面間有可以微調的間隙。當物料通過間隙時,由于轉動體高速旋轉(3000~15000r/min),在固定體和轉動體之間產生很大的速度梯度,使物料受到強烈的剪切從而產生破碎分散的作用,成品粒度達到2~50um,可用于混合、乳化等過程。膠體磨是一種較理想的超微粉碎設備,但對料水比有一定要求。

膠體磨分變速膠體磨、滾子膠體磨、砂輪膠體磨、多級膠體磨和臥式膠體磨。


7、均質機

其原理是通過機械作業或流體力學效應造成高壓、擠壓沖擊和失壓等使料液在高壓下擠研,在強沖擊下發生剪切,在失壓下膨脹,而達到細化和均質的目的。

均質機的類型有高壓均質機、離心式均質機、超聲波式均質機和膠體磨式均質機等。分散器作為乳化機的一種,也能夠對料液進行細化。被分散物料在分散器的轉子和定子之間受到強烈地剪切、擠壓、渦流及卸壓等作用,從而達到粒度減小的效果。


二、超微粉碎加工對食品物料性能的影響

1、提高植物原料中有效成分的溶出

物料經超微粉碎處理后,基本上無完整的細胞存在,其細胞壁被破碎,胞內有效成分暴露出來,提高了釋放速度和釋放量。


2、提高原料中有效成分的生物利用度

對于植物性原料而言,經超微粉碎后細胞破壁,當物料進入胃部后,有效成分迅速釋放,可溶性成分在胃液作用下溶解,進入小腸后溶解的成分開始被吸收;另一方面,這些超細粒子因附著力的影響,易附著在腸壁上,排出體外所需時間較長,提高了其不溶性成分的吸收率。

對于以水不溶性物質為主的物料,提高物料細度即增強其表面效應、體積效應、量子效應和宏觀隧道效應等,利于被腸胃直接吸收,增加了生物利用度。


3、賦予產品細膩的口感

巧克力細膩潤滑的口感特性是由多種因素造成的,但起決定性作用的因素是巧克力配料的粒度。分析表明,配料的平均粒徑在25um左右且其中大部分質粒的粒徑在15~20um之間,產品就有細膩潤滑的口感特性;當平均粒徑超過40um時,產品就明顯感到粗糙感,巧克力的感觀質量也就明顯變差。

在巧克力整個生產過程中,粉碎操作占據及其重要的地位,粗磨和精磨均屬于粉碎操作,特別是精磨(超微粉碎)對巧克力的質量起著舉足輕重的作用。

在棒冰、雪糕生產中,為了起到穩定和填充作用,防止冰晶產生,保證固形物含量,一般需添加相當數量的糯米粉或玉米淀粉,但效果卻常是冰晶較多,口感粗糙。如果將糯米粉和玉米淀粉經超細處理后再添加,制成的雪糕、棒冰的冰晶就會明顯減少,穩定性顯著提高,口感細膩。

在牛奶生產過程中,利用均質機能使脂肪顯著細化。若98%脂肪球直徑在2um以下,則口感好,易于消化。植物蛋白飲料生產過程經過磨漿、均質工藝,可使蛋白質固體顆粒、脂肪顆粒變小,粒徑達到1~2um,不僅賦予產品細膩的口感,還可防止蛋白質下沉和脂肪上浮,提高產品的穩定性。


4、改善原料的加工性能

超微粉碎不論對米粉或面粉的理化性質都有很大的影響,進而改變其加工性能。實驗表明,隨著米粉顆粒粒徑的減小,其粒度分布范圍減小,蛋白質含量、糊化溫度、糊化液的透光率和凍融穩定性降低,酶解速度、糊化液熱穩定性、沖調性能及溶解度提高,米粉的休止角和滑角增大,糊化液沉降性能和對蛋白發泡體系的持泡能力增強,耐酸性基本穩定。