食品微粉碎和超微粉碎技术(共5页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上食品微粉碎和超微粉碎技术1.搅拌磨 在分散器高速旋转产生的离心力作用下，研磨介质和液体浆料颗粒冲向容器内壁，产生强烈的剪切、摩擦、冲击和挤压等作用力（主要是剪切力）使浆料颗粒得以粉碎。 高功率密度（高转速）搅拌磨机可用于最大粒度小于微米以下产品，在颜料、陶瓷、造纸、涂料、化工产品中已获得成功，但大规模工业应用和磨损成本高成为两大难题。粉碎：是用机械力的方法来克服固体物料内部凝聚力，使之破碎的单元操作。超微粉碎：利用机械或流体动力的方法克服固体内部凝聚力使之破碎，能把原材料加工成微米甚至纳米级的微粉。微粉碎和超微粉碎的技术特点：（1）速度快、可低温粉碎（2）粒径细，分布均匀（3）节省原料，提高利用率（4）污染轻（5）提高发酵、酶解过程的化学反应速度（6）利于机体对食品营养成分的吸收粉碎方法：1.磨介式粉碎 借助于运动的研磨介质（磨介）所产生的冲击力，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，及挤压和剪切。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。 典型设备有球磨机、搅拌磨和振动磨3种。球磨机产品粒度20-40m，粒度再小则效率低、耗能大、加工时间长搅拌磨球磨机基础上产生的，粒径可达微米级振动磨平均粒度2-3m以下，处理量是球磨机10倍以上2.气流式超微粉碎 以压缩气体或过热蒸汽，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挤压、摩擦和剪切等作用，从而达到粉碎的目的。 粉品细度2-40 m，粒度均匀，粉碎过程没有伴生热量，温升很低，粉碎能耗大，能量利用率只有2%，高出其它粉碎方法数倍。3.机械剪切式超微粉碎冲击性粉碎方法，对于脆性大、韧性小的物料行之有效，但基于农产品深加工的发展，特别是新鲜或含水较高的高纤维物料的粉碎，气流冲击粉碎效果并不好，产品往往粒度大、能耗高，这类物质的粉碎用剪切式比较合适。针对韧性物料和柔性物料。一. 干法超微粉碎和微粉碎1.气流粉碎机 QSF型深冷超微气流粉碎 压缩气体通过制冷系统，将气体温度降至-120-140，实现物料在深冷状态下的超微气流粉碎。 物料通过冷却呈低温脆化易粉碎状态后，进入粉碎室，冷却后的压缩气体通过特殊配置的超音速喷嘴向粉碎室高速喷射，物料在超音速喷射流中加速，在喷嘴交汇处反复冲击、碰撞，达到粉碎效果。2.机械冲击式粉碎机 利用围绕水平或垂直轴高速旋转转子上的冲击元件（棒、叶片、锤头等）对物料施以强烈的冲击，并使其与定子间以及物料与物料之间产生高频的强力冲击、剪切等作用而粉碎的设备。 该方法粉碎效率高，粉碎比大，结构简单，运转稳定适合于中、软硬度物料的粉碎。有磨损和发热问题。3.振动磨 用弹簧支撑磨机体，由带有偏心块的主轴使其振动，运转时通过介质和物料的一起振动，将物料进行粉碎 介质填充率高，单位时间内的作用次数高（冲击次数为球磨机的4-5倍），效率比普通球磨机高10-20倍，能耗低数倍。通过调节参数，产品平均粒径可达2-3 m以下。1.搅拌磨 在分散器高速旋转产生的离心力作用下，研磨介质和液体浆料颗粒冲向容器内壁，产生强烈的剪切、摩擦、冲击和挤压等作用力（主要是剪切力）使浆料颗粒得以粉碎。 高功率密度（高转速）搅拌磨机可用于最大粒度小于微米以下产品，在颜料、陶瓷、造纸、涂料、化工产品中已获得成功，但大规模工业应用和磨损成本高成为两大难题。3.胶体磨和均质机*胶体磨又称分散磨，工作构件由一个固定的磨体（定子）和一个高速旋转磨体（转子）组成。两磨体之间有一个可调节的微小间隙。物料通过该间隙，转子高速旋转，使附于转子面上的物料速度最大，而附于定子上面的物料速度为零。产生急剧速度梯度。第2章 食品微胶囊技术微胶囊：指一种具有聚合物壁壳的微型容器或包物。其大小一般为5-200m不等，特殊情况下可扩大到0.25-1000 m，微胶囊厚度通常为0.2-10m，形状多样，取决于原料与制备方法。微胶囊内部装载的物料称为心材，可以是单一的固体、液体、气体，也可以是固液、液液、固固或者气液混合体；外部包裹的壁膜称为壁材（包裹材料），通常是单层结构，也可以是双层结构。微胶囊化：制备微胶囊的过程称为微胶囊化。微胶囊化技术：指利用天然或合成高分子等膜材料包埋固体、液体或气体，形成具有半透明或密封的微小粒子的技术，来保护囊心物质免受不利环境因素如光线、氧气等影响，以此来提高产品的稳定性和延长货架期，扩展囊心的应用范围，并控制释放的一种技术。微胶囊的制作过程 将心材分散在微胶囊化的介质中； 再将壁材放入该分散体系中； 通过某一种方法将壁材聚集、沉渍或包敷在已分散的心材周围； 对于形成的不稳定的微胶囊进行化学或物理的方法处理，以达到一定的机械强度。 喷雾微胶囊造粒的特点（1）干燥速率高、时间短（2）物料温度较低（3）产品具有良好的分散性和溶解性（亲油性液体物料的微胶囊化）（4）生产过程简单，操作控制方便，适用于连续化生产喷雾微胶囊造粒的缺点（1）单位产品的耗热量大，设备的热效率低，介质消耗量大。（2）干燥器的体积较大，基建费用高。（3）喷雾干燥的产品通常粒度较小，溶解性高，干燥时可能存在分散困难。（4）芯材有可能残存在微胶囊的表面、存在被氧化的可能，而氧化后会使产品产生异味。2. 分子包埋微胶囊技术也称分子包结法、超分子微胶囊技术；是指分子水平上的包埋行为。其特征是主客体分子间依靠非共价键互相作用，组装成具有一定的完整性的聚集体。3. 空气悬浮成膜法特点：（1）微胶囊包覆膜厚度均匀，有利于药物等囊心物质的释放（2）对大小不同、形状不规则的颗粒均能进行包覆（3）缩短了操作时间（流化床温度控制）（4）适合于制备囊心含量高的微胶囊（5）壁材选用范围广，可以以水溶液、溶剂溶液、乳液、分散液或热熔融物等形式对心材进行包埋。很少发生壁材粘壁的现象第一节 超高压技术概述二 超高压技术的概念与分类食品超高压技术：是将食品及食品原料包装后密封于超高压容器中，以水或其他流体介质作为传递压力的媒介物，在静高压下（一般100-1000 Mpa）和一定的温度下加工适当的时间，引起食品成分非共价键（氢键、离子键、疏水作用）的破环或形成，使食品中的酶、蛋白质、淀粉等高分子物质失活、变性、糊化，并杀死食品中的细菌等微生物，从而达到食品的灭菌、保藏、加工的目的。超高压下水的特性变化在0-209.9MPa，水的冻结点随压力升高而下降，最低达-21.99（209.9MPa）冰1；209.9-350.1MPa，水的冻结点随压力的升高而回升到-16.99 冰2；350.1-632.4MPa，同样随压力的升高而升高到-0.16 冰3；压力进一步升高，形成的冰晶态为冰4。2. 超高压对脂类的影响高压对脂类的影响是可逆的，室温下呈液态的脂肪在高压下（100200MPa）基本可固化。在常压下存在的液体状态的油脂在更高的压力下将发生结晶，这种现象遵循沙特列原理。发生相变结晶，促使更稠、更稳定的脂类晶体形成；不过解压后仍会复原。3. 超高压对多糖和淀粉的影响根据X射线衍射图谱，认为天然淀粉颗粒结晶主要分为三类A型：大多谷物淀粉；B型：根茎和球状根茎类；C型：大多豆类淀粉压力在200MPa以上时，才会对结晶结构有明显影响，200MPa以上，A型结构逐步破坏，出现弱的B型结构，达450MPa以上，B型结构强度有所增加，200-450MPa之间，时A向B的转变，C介于A、B型之间的类型。悬浮液浓度在10-40%范围，含水量越大，A型结晶破坏程度越大。3. 超高压对多糖和淀粉的影响在常温下把淀粉加压到400600MPa，并保持一定的作用时间后，淀粉颗粒将会： 遵循沙特列法则，淀粉呈体积减小的趋势；水分子和淀粉分子间的势能增大，促使淀粉分子间氢键断裂；内部有序态分子间的氢键断裂，分散成无序的状态，即淀粉糊化为-淀粉，由于传递均匀，可以达到100%的糊化。3. 超高压对多糖和淀粉的影响与热处理相比，超高压对淀粉的作用特点为：1）超高压所致完全糊化的淀粉无老化现象，而超高压所致的未完全糊化的淀粉有老化现象；2）低于700 MPa的压力时淀粉不会产生类似热加工的变色。3. 超高压对多糖和淀粉的影响超高压可改善陈米的品质：陈米在20吸水润湿后在50300MPa处理10min，再按常规煮制成饭，其硬度下降、黏度上升、平衡值提高到新米范围，同时光泽和香气也得到改良。还可缩短煮制时间。4. 超高压对蛋白质结构和功能的影响压力导致：盐键及至少部分疏水键的破坏氢键在某种程度上得到加强 共价键的可压缩性较小，对压力的变化不敏感4. 超高压对蛋白质结构和功能的影响对一级结构的影响：至今未见报道对二级结构的影响：（1）较低压力下二级结构保持稳定。（例：羧肽酶400Mpa下保持稳定），在非常高的压力下（>700Mpa），二级结构将发生变化，导致不可逆变性。（2）-螺旋对压力处理相对敏感，而-片层，-转角相对稳定。（3）二级结构的改变除取决于压力强度，还取决于加压时间，长时间加压影响更大。4. 超高压对蛋白质结构和功能的影响对三、四级结构的影响：1）小于150 MPa时，有利于低聚体蛋白的离解，且通常伴随体积的减小。2）高于150-200 MPa的压力会导致蛋白质的伸展和离解的低聚体亚基的重新组合。3）在200 MPa以上的压力，可观察到三级结构的显著变化4. 超高压对蛋白质结构和功能的影响超高压（700 MPa）对蛋白质一级结构无影响，有利于二级结构的稳定，但会破坏其三级结构和四级结构超高压迫使蛋白质的原始结构伸展，分子从有序而紧密的构造转变为无序而松散的构造，或发生变形，活性中心受到破坏，失去生物活性；高压破坏蛋白质胶体溶液，使蛋白质凝集，形成凝胶。4. 超高压对蛋白质结构和功能的影响蛋白质加热变性时，在高温条件下，蛋白质分子混乱形成团状结构，造成凝胶网状结构不致密，不均匀，还可能使网络结构受到破坏，形成大的空洞，从而形成粗糙的网络结构，进而影响其凝胶强度。UHP条件产生的凝胶强度比热凝胶要高，并且浓稠，柔滑，致密精细，弹性好，且能保持天然的色泽及香味但蛋白质溶液需达到一定的质量分数才能形成凝胶，且随温度，压力增高而增高5. 超高压对酶的影响酶受到高压作用后，维持其空间结构的盐键、氢键、疏水键等遭到破坏，从而使肽键分子伸展成不规则的线形多肽，使其活性部位不复存在，导致了酶的失活。在100200 MPa的压力下酶的失活是可逆的，压力达到350 MPa以上时，会使酶产生永久性的不可逆失活。5. 超高压对酶的影响UHP对酶活性的影响主要是通过酶与底物的构象和性质而起作用，对酶促反应可产生两种结果: 1）抑制：UHP对维持酶蛋白质空间结构的次级键（盐键，氢键、疏水键等）的破坏，导致酶活中心改变或丧失，而失活。2）促进：在较低压力下酶活性的上升被认为是压力产生的凝聚作用，完整的组织中酶与底物常常被隔离，而较低的压力可破坏这种隔离，使酶与底物相接触，加速酶促发应。5. 超高压对酶的影响每种酶都存在最低失活压力，低于这个压力酶就不会失活，当超过这个压力时（在特定时间内）酶的失活速度会加速，直到完全失活对于一些酶又存在一个最高压力，高于此压力并不会导致酶的额外失活在相等的处理时间下，应用循环脉冲压力处理可以改善酶的失活5. 超高压对酶的影响超高压作用下影响酶活变化的因素：（1）高压作用因素包括压力值、加压时间以及加压方式（连续加压、间歇加压）（2）酶自身因素，包括酶的种类和来源（3）协同因素，包括酶所处介质的温度、pH值以及介质内所含的物质5. 超高压对微生物的作用（1）超高压对微生物细胞形态的作用胞内的气体空泡在0.6MPa压力下会破坏。许多大肠杆菌在40MPa的压力下个体变大，一些能运动的微生物失去了运动特性超高压阻碍细胞生长、干扰细胞内部诸多加工过程，影响细胞的个体大小，甚至引起细胞的死亡。5. 超高压对微生物的作用（2）超高压对微生物细胞膜和细胞壁的作用在超高压下，细胞膜磷脂分子的横切面减小，细胞膜双层结构的体积随之降低，细胞膜的通透性将被改变。超高压损伤微生物的主要部位是细胞膜，如果细胞膜的通透性过大，将引起细胞的死亡。细胞壁为细胞提供一个细胞外网架，赋予细胞以刚性和形状，20-40MPa的高压力会使细胞破裂，原生质体溶解，所以真核生物对超高压比原核生物敏感。5. 超高压对微生物的作用（2）超高压对微生物生物化学的作用按照化学反应的基本原理，加压有利于促进反应朝向减小体积的方向进行，推迟了增大体积的化学反应。高压引起主要酶系失活，而由酶参与的DNA复制和转录步骤会因压力过高而中断，及对微生物基因机制产生影响。5. 超高压对微生物的作用（3）超高压对微生物遗传机制的作用枯草芽孢杆菌DNA溶液在室温和压力高达1000MPa下也不发生任何变化。原因在于超高压的作用正好抵消了DNA的热变性，超高压消除了热作用引起的体积增大，而且DNA两条链碱基配对使DNA形成规则的双螺旋结构，增加压力有利于氢键的形成。5. 超高压对微生物的作用（4）超高压对微生物生物效应的作用（5）超高压对微生物芽孢的作用细菌芽孢可被高于1000MPa的压力直接杀死。但如此高的压力并不适宜应用于直接的生产。还需要寻找新的工艺。对于易受芽孢菌污染的食品用超高压多次重复短时间处理，杀灭芽孢的效果会更好。高分子分离膜与膜分离技术1.按分离机理 (1)具有所需孔径的膜，分离原理同筛网、滤纸 (2)无孔膜，分离原理类似于萃取(由于被分离物与高分子膜的亲和性强，进入膜分子间隙的粒子经溶解扩散后，可从膜的另一侧被分离出来)； (3)具有反应性官能团作用的膜，离子交换膜。 2.按分离的推动力 压力差、电位差、浓度差、化学反应3.按膜的孔径大小 微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等4.按膜的结构形态 平面膜、卷成螺旋形的袋状体、空心丝膜、对称膜5.按膜的物理形态 固膜、液膜、气膜（实验室研究）6.按膜的材料 无机膜陶瓷膜、金属膜有机膜纤维素类、聚酰胺类、芳香杂环类等膜厚度减小后需要有载体支撑，形成膜的高聚物与多孔载体可以是同一种高聚物，也可以是不同的高聚物（即复合体），这种有载体的高分子膜称为皮层膜，皮层膜可分为孔径随膜厚度变化的和均一不变的两种，前者称为非对称膜，后者称为对称膜。类型优 点缺 点应 用 范 围管式浓差极化易控制，流道畅通，压损小，易拆装清洗，工艺成熟，可处理含悬浮固体、高粘度的体系。单位体积膜面积小，设备体积大，装置成本高，管口密封较困难适于微滤和超滤，建造中小型水厂及医药化工产品的浓缩提纯已商业化类型优 点缺 点应 用 范 围毛细管式由纺丝法制得，无支撑，价格低廉，组装方便，料液流动状态容易控制，单位体积膜面积较大操作压力受限制，系统对操作条件比较敏感，当毛细管内径太小时易堵，料液应预处理中小型工厂产品的浓缩分离已商业化类型优 点缺 点应 用 范 围毛细管式由纺丝法制得，无支撑，价格低廉，组装方便，料液流动状态容易控制，单位体积膜面积较大操作压力受限制，系统对操作条件比较敏感，当毛细管内径太小时易堵，料液应预处理中小型工厂产品的浓缩分离已商业化类型优 点缺 点应 用 范 围平板结构紧凑牢固，可使用强度较高的平板膜，能承受高压，性能稳定，工艺成熟，换膜方便液流状态较差，易堵，不易清洗，容易造成浓差极化，费用较大。膜堆积密度较小产水百吨/天以下的水厂及产品的浓缩提纯已商业化类型优 点缺 点应 用 范 围螺旋卷式结构紧凑，单位体积膜面积大，组件产水量大，工艺较成熟，设备费用低。膜强度好。浓差极化不易控制，易堵塞，不易清洗，换膜困难，密封困难，不宜在高压下操作适于大型水厂已商业化微滤膜分离机制：（1）筛分作用（机械截留作用）：膜具有截留比它孔径大或与孔径相当的微粒等杂质的作用。为微滤膜主要的分离机制。（2）物理作用：吸附和电性质的影响。（3）架桥截留：微孔入口处由于固体颗粒的架桥作用被截留。（4）网络内部节流作用：孔膜的曲折可能造成微粒截留在膜的内部。（5）静电截留：采用与要微滤的带电颗粒相反电荷的膜，可以采用比要分离的颗粒大许多的微滤膜来操作。第一章 纳米技术及纳米食品 纳米食品及其工艺技术对原料的选择原则是：必须经过人类长期食用和证明其有益于人体健康;必须含有丰富的人体代谢必须的营养物质;必须是天然的植物食品并对人体无害无毒、可以满足尖端工艺技术条件、可同时被人体消化系统和皮肤系统等吸收、经过高新技术生产后可以长期室温储存;与其他食品药品化妆品等于人类器官接触的物质不发生任何有害反应和禁忌、与对人体有益的营养成分有协同作用等。食品超临界流体萃取技术 1.超临界流体含义：是指在临界温度和临界压力以上的流体。常见的有二氧化碳、乙烷、丙烷等。 2 超临界流体的性质：处在临界状态的流体作为萃取剂时常表现出十几倍甚至几十倍于通常条件下的萃取能力和良好的选择性。 a.溶解能力：在临界区附件，操作压力和温度的微小 变化会引起流体密度的大幅度变化，因而影响其溶解 能力。 2 超临界流体的性质：由以上特性可以看出，超临界流体兼有液体和气体的双重特性，扩散系数大，粘度小，渗透性好，与液体溶剂相比，可以更快地完成传质，达到平衡，促进高效分离过程的实现。b.超临界流体的传递性质： 超临界流体的密度与液体很接近，又具有气体扩散 性能； 在超临界状态下气体和液体两相的界面消失，表 面张力为零，反应速度最大，热容量、热传导率 等出现峰值； 在临界点附近，压力和温度的微小变化可对溶剂 的密度、扩散系数、表面张力、黏度、溶解度、 介电常数等带来明显的变化.如：粘度接近于气体, 具有很强传递性能和运动速度。 c.超临界流体的选择性 超临界萃取剂的临界温度越接近操作温度， 则溶解度越大。 基本原则： 操作温度应和超临界流体的临界温 度相近。超临界流体的化学性质应和待分离 的物质化学性质越相近；3. 超临界流体的选择 用作萃取剂的超临界流体应具备以下条件: 4. 化学性质稳定，对设备没有腐蚀性，不与萃取物反应；5. 临界温度应接近常温或操作温度，不宜太高或太低；6. 操作温度应低于被萃取溶质的分解变质温度； 7. 临界压力低，以节省动力费用； 8. 对被萃取物的选择性高（容易得到纯产品）； 9. 纯度高，溶解性能好，以减少溶剂循还用量； 10. 货源充足，价格便宜，如果用于食品和医药工业，还应考虑选择无毒的气体。 超临界CO2流体萃取的局限性：（1）对脂溶性成分溶解能力较强而对水溶性成分溶解能力较低；（2）设备造价较高而导致产品成本中的设备折旧费比例过大；（3）更换产品时清洗设备较困难。夹带剂的作用： a.大大增加被分离组分在超临界流体中的溶解度； b.大大提高溶质的选择性。 夹带剂的类型： a.混溶的超临界溶剂，其中含量少的为夹带剂; b.是将亚临界态的有机溶剂加入到纯超临界流体中。 夹带剂可以从两方面影响溶质在超临界气体中的溶解度与选择性：一是溶剂的密度；二是溶质与夹带剂分子间的相互作用夹带剂的选择： a. 在萃取段，夹带剂和溶质的相互作用能改善溶 质的溶解度和选择性。 b. 在溶剂分离阶段，夹带剂与超临界溶剂应能较易分离，同时夹带剂还应与目标产物易于分离。 c. 在食品、医药工业中应用夹带剂时，应考虑夹 带剂的毒性等问题。 食品远红外技术、微波技术、超声波技术实际匹配指从辐射体透射来的全部辐射尽可能多地被物料吸收，即物料具有可能高的全吸收率。二、远红外加热设备远红外加热元件的基本要求：热辐射面温度要均一，辐射温度能够任意迅速控制；热辐射面传热以外的热损失尽量小；热辐射面加热材料有高的耐热性能，机械强度要好；热源（加热装置）结构简单，制造容易。油炸技术及油炸食品油炸原理 食品置于热油中-油快速均匀传热-食品表面温度迅速升高，水分汽化-食品表面出现干燥层-水分气化层向食品内部迁移-食品表面硬化成膜，内部水蒸气蒸发受阻，产生蒸汽压，穿透作用增强，使食品加速熟化-食品表面温度升至热油温度，食品内部温度趋向100-食品表面发生焦糖化及蛋白质变性，产生独特的油炸香味。二. 油炸机及辅助设备1.油炸机分类-根据加热方式不同（1）直接加热油炸设备热源如电源发出的热量、柴油或者石油液化气燃烧后的火焰直接对炸油进行加热。不足之处：传热面积小，传热面温度高油与过高温度的传热面直接接触，接触处的油膜产生过热，易造成油的变质燃烧在燃烧室内燃烧不充分，热效率差在可燃性的油下面有用直接火加热的燃烧室，易引起火灾操作人员在高温的燃烧炉旁操作，工作环境差。残渣落入锅底部，影响传热，迫使传热面过热，残渣在高热下分解，使油变质。二. 油炸机及辅助设备1.油炸机分类-根据加热方式不同（2）间接加热油炸设备热源首先对某一介质，如导热油或者蒸汽进行加热，产生新的二次热源，利用二次热源对炸油进行加热。温度调节通过调节热媒流量以及油的循环量来控制，在采用调节油的循环流控制方法时，注意不使油中的残渣在热交换管道中沉淀。专心-专注-专业