超微粉碎及其在食品中的应用-食品高新技术作业

超微粉碎及其在食品中的应用

前言

超微粉碎技术是近年来随着现代化工、电子、生物、材料及矿产开发等高新技术的不断发展而兴起的，是国内外食品加工的高科技尖端技术。在国外，美国、日本市售的果味凉茶、冻干水果粉、超低温速冻龟鳖粉、海带粉、花粉和胎盘粉等， 多是采用超微粉碎技术加工而成；而我国也于20世纪90年代将此技术应用于花粉破壁，随后一些口感好、营养配比合理、易消化吸收的功能性食品（如山楂粉、魔芋粉、香菇粉等）应运而生。

超微粉碎的前景应用广阔，并且对于科学、实际生产都具有指导意义，随着技术越来越成熟，应用的就会越来越广阔。

1 超微粉碎的原理

超微粉碎的原理与普通粉碎相同, 只是细度要求更高, 它利用外加机械力, 使机械力转变成自由能, 部分地破坏物质分子间的内聚力, 来达到粉碎的目的。超微粉碎技术是利用特殊的粉碎设备, 通过一定的加工工艺流程, 对物料进行碾磨、冲击、剪切等, 将粒径3mm 以上的物料粉碎至粒径10~ 25μm 以下的微细颗粒, 从而使产品具有界面活性, 呈现出特殊的功能。与传统的粉碎、破碎、碾碎等加工技术相比, 超微粉碎产品的粒度更加微小。超微粉碎技术是基于微米技术原理的. 随着物质的超微化, 其表面分子排列、电子分布结构及晶体结构均发生变化，产生块(粒) 材料所不具备的表面小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应, 从而使得超微粉碎产品与宏观颗粒相比具有优异的物理、化学及表界面性质。

2 超微粉碎技术的优点

2.1 速度快, 可低温粉碎

超微粉碎技术采用超音速气流粉碎、冷浆粉碎等方法，在粉碎过程不会产生局部过热现象, 甚至可在低温状态下进行, 粉碎瞬时即可完成，因而能最大限度地保留粉体的生物活性成分, 有利于制成所需的高质量产品。

2.2 粒径细, 分布均匀

由于采用了气流超音速粉碎，使得原料外力的分布非常均匀。分级系统的设置既严格限制了大颗粒, 又避免了过碎, 能得到粒径分布均匀的超细粉，很大程度上增加了微粉的比表面积, 使吸附性、溶解性等亦相应增大。

2.3 节省原料，提高利用率

物体经超微粉碎后的超微粉一般可直接用于制剂生产，而用常规粉碎方法得到的粉碎产品，仍需一些中间环节才能达到直接用于生产的要求，这样很可能造成原料的浪费。因此，超微粉碎技术非常适合珍稀原料的粉碎。

2.4 减少污染

超微粉碎是在封闭系统内进行的，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，在食品及医疗保健品中运用该技术，可控制微生物和灰尘对产品的污染。

2.5 提高了发酵、酶解过程的化学反应速度

由于经过超微粉碎后的原料，具有极大的比表面，在生物、化学等反应过程中，反应接触的面积大大增加了，因而可以提高发酵、酶解过程的反应速度，在生产中节约了时间，提高了效率。

2.6 利于对食品营养成分的吸收

研究表明，经过超微粉碎的食品，由于其粒径非常小，营养物质不必经过较长的路程就能释放出来，并且微粉体由于粒径小而更容易吸附在小肠内壁，加速了营养物质的释放速率，使食品在小肠内有足够的时间被吸收。

3 超微粉碎的方法

3.1 普通超微粉碎方法

普通超微粉碎方法按性质分为物理方法和化学方法。天然植物超微粉碎普遍采用物理方法制备微粉, 不发生化学反应, 保持了物料原有的化学性质。根据粉碎过程中物料载体种类的不同又分为干法粉碎和湿法粉碎。

其技术上要求: ①产品粒径小, 粒度分布范围窄; ②粉碎工艺简单, 自动化程度高; ③产出率高, 能耗低, 生产成本低; ④生产安全, 产品污染少, 纯度高。

3.2 低温超微粉碎方法

具有韧性、黏性、热敏性和纤维类物料的超微粉碎, 一直是微粉制备过程中的难点, 近年来针对上述成分的特性, 采用深冷冻超微粉碎方法, 取得了较好的结果。它是利用物料在不同温度下具有不同性质的特性, 将物料冷冻至脆化点或玻璃体温度之下, 使其成为脆性状态, 然后再用机械粉碎或气流粉碎方式,

使其超细化的方法。

4 超微粉碎设备类型

超微粉碎工艺依赖于超细粉碎设备, 超微粉碎设备可分为干法粉碎和湿法粉碎两类。干法粉碎设备主要有球磨机、气流磨机、振动磨机、冲击粉碎机、超声波粉碎机；湿法粉碎设备主要有胶体磨和均质机。

4.1 球磨机

常规球磨机是细磨的主要加工设备, 它主要靠冲击进行破碎, 当物料粒度小于 20μm 时, 反映出效率低、能耗大、加工时间长等缺点。搅拌球磨机是能量利用率较高的一种超细粉碎设备, 工作时搅拌器以一定速度运转带动研磨介质运动, 物料在研磨介质中利用摩擦和少量的冲击研磨粉碎, 使得在加工后, 粒度小于 20μm 的物料时效率大大提高。

4.2 气流磨机

气流式超微粉碎又称流能磨或喷射磨，是利用气体通过压力喷嘴的喷射产生剧烈的冲击、碰撞、摩擦等作用来实现对物料的超微粉碎。与普通机械式超微粉碎机相比，气流粉碎机可将产品粉碎得很细, 粒度分布范围更窄，粒度更均匀。因为气体在喷嘴处膨胀可降温, 粉碎过程不伴随热量产生, 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，一般要高出其他粉碎方法数倍，气流粉碎还存在粉碎极限, 粉碎粒度与产量成线性关系，产量越大，粒度越大。

4.3 高频振动磨机

高频振动式超微粉碎是利用球形或棒形磨介作高频振动而产生的冲击、摩擦、 剪切等作用力来实现对物料的超微粉碎。振动磨是用弹簧支撑磨机体，由一带有偏心块的主轴使其振动，磨机通常是圆柱形或槽形。振动磨的效率比普通磨高10~ 20倍，其粉磨速度比常规球磨机快得多，而能耗比普通球磨机低数倍。

4.4 冲击粉碎机

冲击式超微粉碎机利用围绕水平轴或垂直轴高速旋转的转子对物料进行强烈冲击、碰撞和剪切。其特点是结构简单，粉碎能力大，运转稳定性好，动力消耗低，适合于中等硬度物料的粉碎。国产的MLC-40高速冲击粉碎机用于超微粉碎取得了理想效果，入料粒度3-5mm ，产品粒度10-40μm 。

4.5 超声波粉碎机

超声波发生器和换能器产生高频超声波。超声波在待处理的物料中引起超声空化效应, 由于超声波传播时产生疏密区，而负压可在介质中产生许多空腔, 这些空腔随振动的高频压力变化而膨胀、爆炸，真空腔爆炸时产生瞬间压力可达几千乃至上万个大气压。因此真空腔爆炸时能将物料震碎。另一方面由于超声波在液体中传播时产生剧烈的扰动作用，使颗粒产生很大的速度，从而相互碰撞或与容器碰撞而击碎液体中的固体颗粒或生物组织。超声粉碎后颗粒粒度在 4μm 以下, 而且粒度分布均匀，但生产能力较低。

4.6 胶磨机

胶磨机也称胶体磨, 主要由一固定表面和一旋转表面所组成，两表面间有可以微调的间隙。当物料通过间隙时，由于转动体高速旋转( 3 000 -15 000 r /m in) ，在固定体和转动体之间产生很大的速度梯度，使物料受到强烈的剪切从而产生破碎分散的作用, 成品粒度达到2-50μm ，可用于混合、乳化等过程。胶体磨是一种较理想的超微粉碎设备，但对料水比有一定要求。

胶体磨分变速胶体磨、滚子胶体磨、砂轮胶体磨、多级胶体磨和卧式胶体磨。

4.7 均质机

其原理是通过机械作业或流体力学效应造成高压、挤压冲击和失压等使料液在高压下挤研，在强冲击下发生剪切，在失压下膨胀，而达到细化和均质的目的。

均质机的类型有高压均质机、离心式均质机、超声波式均质机和胶体磨式均质机等。分散器作为乳化机的一种，也能够对料液进行细化。被分散物料在分散器的转子和定子之间受到强烈地剪切、挤压、涡流及卸压等作用，从而达到粒度减小的效果。

4.8 其他新型超微粉碎设备

科技发展日新月异，随着人们对超微粉碎设备机理的深入认识，产生了几种新型的超微粉碎设备，现介绍如下。

4.8.1 重压研磨式超微粉碎机

其粉碎腔室由2个以上压轮与研磨槽组成，机构采用特殊计算与设计，使得压力可随时传递到物料上，而压轮的压力采用螺旋压力机构，可保证压轮旋转均匀和压力一致。当物料由风机风力吸入粉碎腔室时，在压轮旋转压力作用下，物

料在压轮与研磨槽之间发生碰撞、冲击与研磨，又在物料离心力及压轮旋转力场带动下，物料反复进入压轮与研磨槽之间而被反复挤压与研磨细化。可以说，其超微过程是物料受到反复挤压研磨作用而被超微化的。

4.8.2 冷冻粉碎机

该设备又名低温粉碎机，其原理是预先用液氮将物料冷却冻结至脆化点以下，利用其低温脆性轻而易举地使物料粉碎。按操作过程的处理方式可分为3种：（1）物料经冷媒处理，使其温度降低到脆化温度以下，随即送入常温状态粉碎机中粉碎。（2）将常温物料投入到内部保持低温的粉碎机内粉碎。主要适用于含纤维质较低的热敏性物料粉碎。（3）物料经冷媒深冷后，送入机内保持适当低温的粉碎机中进行粉碎。此方式为以上两种方式的综合，主要用于热塑性物料的粉碎。

5 超微粉碎技术在食品工业中的应用

5.1 概况及重要意义

超微粉碎技术的应用范围不仅包括粮食饲料加工（特别是鱼虾饲料、秸秆粉碎、添加剂载体）、生物制品、中草药，还可涉及到食品、化工、冶金等领域的深加工。

在食品工业中，将各类动植物、微生物等原料加工成超微粉，具有重要意义：

（1）较大程度地保持了物料原有的生物活性和营养成分，改善了食品的口感；

（2）使得食品有很好的固香性、分散性和溶解性，利于营养物质的消化吸收；

（3）由于空隙增加，微粉孔腔中容纳一定量的 CO2和N 2 可延长食品保鲜期；（4）

原来不能充分吸收或利用的原料被重新利用，节约了资源；（5）配制和深加工成各种功能食品，增加了品种，提高了资源利用率。

5.2 在食品中应用的分类

食品超微粉虽然问世不久，却已经在调味品、饮料、罐头、冷食品、焙烤食品、保健食品等方面大显身手，且效果较佳。

5.3 在食品加工中的应用

5.3.1 软饮料加工

目前，利用气流微粉碎技术已开发出的软饮料有粉茶、豆类固体饮料和超微骨粉配制富钙饮料等。茶文化在中国有着悠久的历史，传统的饮茶是用开水冲泡

茶叶，但是人体并没有大量吸收茶的营养成分，大部分蛋白质、碳水化合物及部分矿物质、维生素等都存留于茶渣中。若将茶叶在常温、干燥状态下制成粉茶 （粒径小于5μm ），可提高人体对其营养成分的吸收率。将茶粉加到其他食品中，还可开发出新的茶制品。

植物蛋白饮料是以富含蛋白质的植物种子和果核为原料，经浸泡、 磨浆、 均质等操作制成的乳状制品。 磨浆时， 可用胶磨机磨至粒径 5-8μm ， 再均质至1-2μm 。在这样的粒度下，蛋白质固体颗粒、脂肪颗粒变小，从而防止了蛋白质下沉和脂肪上浮。

5.3.2 果蔬加工

蔬菜在低温下磨成微膏粉，既保存了营养素，其纤维质也因微细化而使口感更佳。例如，人们一般将其视为废物的柿树叶富含、芦丁、胆碱、黄酮甙、胡萝卜素、多糖、氨基酸及多种微量元素，若经超微粉碎加工成柿叶精粉，可作为食品添加剂制成面条、面包等各类柿叶保健食品，也可以制成柿叶保健茶。成人每日饮用柿叶茶，可获取，具有明显的阻断亚硝胺致癌物生成的作用。另外，柿叶茶不含咖啡碱，风味独特，清香自然。可见，开发柿叶产品，可变废为宝，前景广阔。

利用超微粉碎对植物进行深加工的产品种类繁多，如枇杷叶粉、 红薯叶粉、 桑叶粉、银杏叶粉、豆类蛋白粉、茉莉花粉、 月季花粉、甘草粉、脱水蔬菜粉、 辣椒粉等。

5.3.3 粮油加工

将超微粉碎的麦麸粉、大豆微粉等加到面粉中，可制成高纤维或高蛋白面粉；稻米、小麦等粮食类加工成超微米粉由于粒度细小，表面态淀粉受到活化，将其填充或混配制成的食品具有优良的加工性能，且易于熟化，风味、口感好；大豆经超微粉碎后加工成豆奶粉，可以脱去腥味；绿豆、红豆等其它豆类也可经超微粉碎后制成高质量的豆沙、豆奶等产品。

5.3.4 水产品加工

螺旋藻、海带、珍珠、龟鳖、鲨鱼软骨等超微粉具有独特的优点。 例如，珍珠粉的传统加工是经过十几个的球磨使颗粒度达几百目；而若在-67℃ 左右的低温和严格的净化气流条件下瞬时粉碎珍珠，可以得到平均粒径为10μm 以下的

超微珍珠粉。与传统加工相比，此法充分保留了珍珠的有效成分，其钙含量高达42%，可作为药膳或食品添加剂，制成补钙营养品。

5.3.5 功能性食品加工

“药食同源”、“食疗重于药疗”的思想已普遍为人们接受。对于功能性食品的生产，超微粉碎技术主要在其基料（如膳食纤维，脂肪替代品等）的制备中起作用。超微粉体可提高功能物质的生物利用度，降低在食品中的用量；其微粒子在人体内的缓释作用，又可使功效性延长。

膳食纤维素被现代医学界称为“第七营养素”，虽不被人体直接消化，但它可增加肠道蠕动，作为有毒物质的载体及无能量的填充剂，平衡膳食结构、防治现代“文明病”。

在研制开发固体蜂蜜的工艺中，用胶体磨将配料进行超微粉碎可增加产品的细腻度。另外，用超微细骨粉、海虾粉补钙，超微细海带粉补碘，也显示出易行性。

5.3.6 调味品加工

作为一种新型的食品加工技术，超微粉碎可使传统调味料 （主要是香辛料） 细碎成粒度均一、分散性好的优良超微颗粒。随着粒径的减小，其流动性、溶解度和吸收率均有所增加，巨大孔隙率使得孔腔容纳的香气经久不散，因而超微粉调味品的香味和滋味非常浓郁、纯正，入味效果也更佳，适于生产速溶、方便食品。

5.3.7 畜禽制品加工

随着人们对饮食营养的日益重视，绿色肉类粉体食品逐渐成为了市场上的热点。

5.3.7.1鲜骨粉（泥）

各种畜、禽鲜骨所含丰富的蛋白质和磷脂质，能促进儿童大脑神经的发育，有健脑增智之功效；其中的骨胶原、软骨素等有滋润皮肤防衰老的作用；另外， 鲜骨中还有高含量的钙、铁及VA 、VB1、VB2等营养成分。人们一般将鲜骨煮、 熬之后食用，其营养并没被充分利用，造成资源浪费。若用气流式超微粉碎技术将鲜骨多级粉碎加工成超微骨泥或经脱水制成骨粉，既能保持95% 以上的营养素，又能提高吸收率。骨髓粉 （泥）还可作为添加剂，制成高钙高铁的骨粉（泥）

系列食品，具有独到的保健功能，被誉为“ 世纪的功能性食品”。

超微粉碎技术改变了人们长期以来只通过长时间煲汤而利用骨头的传统， 使得鲜骨的开发成为可能。

5.3.7.2乳鸽冻干超微粉

乳鸽冻干超微粉富含人体所需的17种氨基酸，且具有高蛋白、高能量、低脂肪的特点，对于补血养身、骨骼生成、美容润颜等都有很好的疗效，是一种高级健康补品。

它是在冻干条件下利用超微粉碎工艺，使乳鸽粉的粒径达到0.5-10μm ，大大增强其速溶性、吸附性、亲和力；原料细胞壁的破碎可使其中的营养成分、微量元素和维生素充分释放，成为极易吸收的活性离子。此技术非常完美地保持了乳鸽的天然色、香、味及营养，且易于贮存；也为同类产品的研发开创了一条新思路。

5.3.8冷食制品加工

在冷食业中应用超微粉碎技术，不但能降低成本，增加花色品种，还为开发新冷食提供了新型原辅料。

5.3.8.1用于棒冰、雪糕类的生产

在棒冰、 雪糕类生产中， 为了起到稳定和填充作用， 防止冰晶产生， 保证固形物含量， 一般需加进相当数量的糯米粉和玉米淀粉， 但效果却常是冰晶较多， 口感粗糙。如果将糯米粉和玉米淀粉经超微处理后再添加，制成的雪糕、 棒冰的冰晶会明显减少，稳定性显著提高，口感细腻、柔和。

5.3.8.2用于冰淇淋的生产

超微细粉可作为冰淇淋的稳定剂、填充剂、 固香剂、 营养粘合剂及抗冻剂。在冰淇淋生产中，一般采用明胶、羧甲基纤维素、卡拉胶等作为稳定剂，但成本较高；常添加糯米粉和玉米淀粉作为填充物，但细度不够 （200目左右），稳定性不高，无法大量替代明胶。若用超微细糯米粉和玉米淀粉，则可大大降低明胶量，达到相同的稳定效果；阻止产生大的冰晶，防止脂肪上浮和析出料液游离水， 缩短老化和凝冻时间，并有好的凝胶力和膨胀力。

5.3.8.3开发保健型冷食

利用药食兼用的超微细原料可开发保健型冷饮。例如， 用超微细的大枣粉、

枸杞粉、 山楂粉、 乌梅肉粉等开发系列速溶保健冷饮；也可做成 “大枣原味”、“山楂原味”、“乌梅原味”的棒冰、雪糕、冰淇淋；用超微细的莲子粉、甘草粉、 罗汉果粉、陈皮粉、菊花粉、桑叶粉等开发系列保健冷饮，只要调整口味定将受到消费者欢。

5.3.8.4 开发风味型、高品质的冷饮

随着对 “绿色食品” 的追求， 现代人对冷饮的偏爱已从传统的“香精味” 、 “奶油味”、“巧克力味” 转向果蔬味。然而，目前的冷饮厂家由于受加工手段的限制，大部分只是从新鲜的果蔬中取瓤、切块再打浆，最后和其它原辅料混合制得产品，所含颗粒粗大，味道很淡；有的甚至直接加入水果香精，以次充好。现在采用超微粉碎技术，开发菠萝粉、苹果粉、香蕉粉、南瓜粉、菠菜粉、芹菜粉、香菜粉等一系列真正的果蔬冷饮品；采用超微的骨粉、海带粉、胡萝卜粉、 麦麸粉、玉米粉等开发营养强化类冷食，适于儿童和老年人，以补充他们对钙、 碘、V A 、V B 等的特殊需求；还可以用超微细的核桃粉、银耳粉、花生粉、蚕豆

粉、香菇粉、芝麻粉等开发特色冷饮。

结语

超微粉碎加工技术适用范围广、操作工艺简单、产品附加值高、经济效益显著，是食品加工业的一种新手段、新思路，对于传统工艺、配方的改进，新产品的开发，尤其是保健食品（功能食品）的开发将产生巨大推动作用。

超微粉碎技术与超高压灭菌技术、微胶囊技术、膜分离技术、超临界萃取技术、微波技术、辐照技术、冷冻干燥技术以及生物技术被共同列为国际性食品加工新技术。充分利用先进的超微粉碎技术开发出的众多微细绿色保健食品，顺导了产品的高档化、天然化、方便化发展趋势，最终为改善人民生活和健康服务。可以预见，此技术的应用会改变食品在我们膳食的生活方式及食品的选择，可以将食品走向精又粗的模式，让食品更加科学、合理化。

超微粉碎技术的发展对食品加工包括食物资源的充分利用、新型功能食品的开发、传统工艺的改进、食品品质的改善、生产成本的降低和人类健康具有深远的意义。