基本介紹
- 中文名：超微粉碎技術
- 外文名：superfine grinding technology
- 類型：加工技術工藝
- 又名：超微粉碎
- 粉碎方法：乾法和濕法
- 套用：食品及其他
定義及分類,特點,速快溫控,粒徑小,提高利用率,減少污染,提高速度,提高吸收,套用,軟飲料加工,功能食品加工,果蔬加工,糧油加工,中草藥,化妝品,農藥,生物粉體,發展前景,
定義及分類
超微粉碎技術是一種將各種固體物質粉碎成直徑小於10μm粉體的高科技含量的工業技術。該技術是近20年來迅速發展形成的一種新技術，在已開發國家被廣泛套用於冶金、食品、醫藥、化妝品、航天航空等國民經濟部門及軍事領域。
根據原料和成品顆粒的大小或粒度，粉碎可分為粗粉碎、細粉碎、微粉碎（超細粉碎）和超微粉碎4種類型。一般而言，超微粉體按大小可分為納米粉體、亞微米粉體、微米粉體等，粒徑在1~100nm的粉體稱為納米粉體，1~100μm的粉體稱為微米粉體，在0.1~1μm的粉體稱為亞微米粉體。
普通超微粉碎方法按性質分為化學方法和物理方法（機械式粉碎法）。化學合成法產量低、加工成本高、套用範圍窄。物理製備法使物料不發生化學反應，保持了物料原有的化學性質。根據粉碎過程中物料載體種類的不同又分為乾法粉碎和濕法粉碎。乾法粉碎有氣流式、高頻振動式、旋轉球（棒）磨式、錘擊式和自磨式等幾種形式；濕法粉碎主要是膠體磨和均質機。針對韌性、黏性、熱敏性和纖維類物料的超微粉碎，可採用深冷凍超微粉碎方法。該方法的原理是利用物料在不同溫度下具有不同性質的特性，先將物料冷凍至脆化點或玻璃體溫度之下，使其成為脆性狀態，然後再用機械粉碎或氣流粉碎方式，使物料超微化。
特點
速快溫控
超微粉碎技術可採用超音速氣流粉碎、冷漿粉碎等方法，在粉碎過程中可避免產生局部過熱等現象，甚至可在低溫狀態下進行，並且粉碎速度較快，因而能最大限度地保留粉體的生物活性及各種營養成分，減少有效成分的損失，有利於高品質產品的開發和製備。因此，超微粉碎技術不僅適用於含纖維狀物料的粉碎（尤其適用於含芳香性、揮發性成分物料的粉碎），而且還可根據不同物料的需要，採用中、低和超低溫粉碎，以便根據物料性質及加工要求達到更好的產品效果。
粒徑小
在原料上超微粉碎外力的分布上相對較均勻。分級系統既嚴格限制了大顆粒，又避免了物料過碎，可以得到粒徑分布均勻的超微粉，同時增加了微粉的比表面積，進而使產品的吸附性、溶解性等增大。
提高利用率
採用常規的機械粉碎方法，纖維性較強的物料在粉碎過程中產生大量殘渣，造成原料的大量浪費，且用常規粉碎方法得到的產物，仍需要進行一些中間環節的操作才能達到直接用於生產的要求，這樣可能會造成原料的浪費，而物體經超微粉碎後，超微粉一般可直接用於生產。
減少污染
傳統粉碎方法密封較差，易產生污染，而超微粉碎是在封閉系統內進行的，既避免了微粉污染周圍環境，又可防止空氣中的灰塵污染產品。在食品及醫療保健品中運用該技術，可控制微生物和灰塵的污染。同時，由於超微粉碎加工是純物理過程，不會混入其他雜質，這也使得加工後的中草藥具有純天然性，保證了原料成分的完整性與安全性。
提高速度
由於經過超微粉碎後的原料具有極大的比表面積，在生物、化學等反應過程中，增加了反應接觸面積，從而提高反應速度，在生產中不僅節約了時間，而且提高了效率。向天勇等研究發現，玉米秸稈經超微粉碎後，其理化性狀得到明顯改善，同時在飼料加工過程中顯著提高了其發酵效率。
提高吸收
物料經過超微粉碎後，細胞破壁，大量的營養物質不必經過較長的路徑就能釋放出來，並且微粉體由於粒徑小而更容易吸附在小腸內壁上，這樣也加速了營養物質的釋放速率，使物料在小腸內有足夠的時間被吸收。所以提高物料細度，增大其比表面積，有利於提高體內的吸收量和吸收速度。劉蕊等研究表明，葛根芩連湯超微粉中的葛根素、黃芩苷含量比細粉分別提高56.10%、41.73%，這表明超微粉碎技術能顯著提高葛根芩連湯中主要有效成分葛根素和黃芩苷的溶出度。
套用
軟飲料加工
超微粉碎技術已用於茶粉、植物蛋白飲料及奶製品等軟飲料的生產。茶葉中的功能成分大多存在於細胞壁中，傳統泡茶方式不能使人體完全吸收營養物質，脂溶性的茶多酚及絕大多數蛋白質、礦物質等都留在茶渣中，使茶葉的保健功效大大降低。利用超微粉碎技術製備茶粉，可顯著提高茶葉營養成分的溶出率，最大程度的發揮茶葉的功效，將茶粉添加到食品中，還可製得多種新型茶製品。鞠璐寧等研究了蜂蜜茶粉的性質與多項指標，結果表明茶粉具有優良的穩定性和溶解性，較好的保留了蜂蜜和茶的風味及營養物質。吳萍等將超微粉碎製得的烏龍茶粉加入飼料，發現茶粉可明顯降低肉鴨脂腹率，提高血清超氧化物歧化酶活性，改善肉質。Jeng-Leun Mau等用紅茶、綠茶及烏龍茶超微粉代替10%~30%的小麥粉加入蛋糕，製作了口感細膩香滑的新型茶蛋糕，各種超微食品如表1所示。
表 1 7 大類食品超微粉
食品種類 | 超微粉碎產品 |
水果蔬菜類 | 橘子粉、蘋果粉、梨粉、胡蘿蔔粉、南瓜粉、芹菜粉、菠菜粉等 |
肉類 | 牛肉粉、雞肉粉、豬肉粉、蝦粉等 |
香辛料、調味料類 | 姜粉、蒜粉、胡椒粉、辣椒粉、香菇粉等 |
糧食澱粉類 | 糯米粉、玉米澱粉、黃豆粉、綠豆粉、紅豆粉、麥麩粉、花生粉等 |
營養強化類 | 骨粉、海帶粉、胡蘿蔔粉、花粉等 |
葉類 | 茶葉粉、桑葉粉、銀杏葉粉、膠股蘭粉等 |
藥食兼用中藥材保健食品類 | 甘草粉、菊花粉、陳皮粉、麥冬粉、杏仁粉、首烏粉、當歸粉等 |
功能食品加工
超微粉碎技術可有效提高功能物質的利用率，常用於膳食纖維等基料的製備。梅新等用氣流超微粉碎機製得甘薯膳食纖維粉，研究表明：通過超微粉碎處理，粒徑明顯減小，可溶性膳食纖維、糖醛酸及鼠李糖含量分別提高3.56%、3.64%和2.17%，持水性、持油性及吸水膨脹性均有顯著提升。張春霞等將製備好的山楂不溶性膳食纖維粗粉進行超微粉碎，並加入小鼠日常飼料，經過雷射粒度儀檢測，超微粉碎後粒徑約為粉碎前的1/5，且有較好的降脂功效。楊健等用球磨機對小米麩皮進行超微粉碎，試驗結果表明，經超微粉碎後，小米麩皮膳食纖維微粉的膨脹力、持水力、持油力分別為原粉的2.3、3.1和1.6倍，且具有較強的陽離子交換能力，可有效改善小米麩皮粉的物理特性。
果蔬加工
果蔬加工過程中產生的殘渣，大多被丟棄，造成了資源流失。利用超微粉碎技術可將其製成超微粉，不僅保留了果蔬的營養，改善了口感，還使其更易於消化吸收，充分利用了資源，簡化了果蔬的儲藏與運輸。此外，將果蔬超微粉當做配料加入烘焙製品、冷製品、飲料及奶製品等，可開發出多種營養豐富的新型食品。胡立玉等發現對南瓜粗粉進行超微粉碎處理後，其蛋白質溶解度、多糖含量及可溶性膳食纖維提取率明顯提高，且具有較好的自由基清除能力。周禹含等發現經超微粉碎處理後，棗粉分散性和溶解性增強，吸濕性降低，還原糖、黃酮、環磷酸腺苷溶出率增加，明顯加強了機體對棗粉營養成分的吸收。李兆路等將乾制後的桑堪果進行超微粉碎，研究發現果粉色澤變淺，溶解度、吸油力及固形物含量分別增加13%、125%和22.34%，總酚和花色苷溶出量也有所增加，持水力、還原糖含量及吸濕性略有下降。
糧油加工
經超微粉碎處理的糧油製品，其口感、色澤和消化吸收率都有很大提升。此外，糧油加工過程中會產生麩皮、豆渣、米糠等副產物，這些副產物含有多種營養物質，利用超微粉碎技術可將其製成超微粉，提高營養物質的溶出率，輔助加強機體的吸收能力，使資源最大化利用。關二旗等製備了小麥超微粉，檢測得出隨著小麥超微粉粒徑的減小，其沉澱值、破損澱粉含量及吸水率顯著增加，澱粉糊化的黏度及麵團穩定時間呈先升後降趨勢，在小麥粒徑為25μm左右時，最有利於麵團加工特性的改善。黃贇贇等將超微綠茶粉代替6%的小麥粉加入麵團中，分析檢測得出麵團吸水率上升4.3%，穩定時間增加83.8%，麵筋強度增大，延伸度降低，因此，在實際生產時，選擇合適的茶粉及添加量有助於製備高品質的產品。陳慶敏等製備了紅米超微粉，實驗結果表明：隨著紅米微粉粒徑的減小，堆積密度增加0.121g/mL，溶解度、持水力、抗氧化活性及酚類物質含量都有所增加。
中草藥
中草藥超微粉碎技術是對傳統粉碎技術的更新和發展，主要指細胞級的微粉碎，其不以粉碎細度為目的，而是追求細胞的破壁率，既豐富了傳統中草藥炮製內容，又為中草藥的現代化生產、套用和開發注入新的活力。高曉慧等比較研究了茯苓超微粉及其傳統飲片的水提浸膏得率和茯苓多糖的溶出量，表明超微粉碎後的茯苓藥材，大幅提高了水溶性浸出物量及茯苓多糖的溶出度。杜曉敏等比較了歸附地黃丸超微粉與粗粉對幼年雄性小鼠生長發育及生殖系統、腎虛動物和陽虛動物模型的影響，發現在相同劑量時，超微粉的藥效學作用更加明顯。蔡光先等研究了白參超微飲片與其傳統飲片健脾功能的量效關係，結果表明，超微粉能減少有效用藥劑量，1/2傳統劑量超微粉白參具有與傳統湯劑白參相同的作用。
化妝品
隨著化妝品行業的蓬勃發展，大多生物活性物質及中草藥粉被用於多種化妝品中，但由於原料粒徑大，常導致低溫難溶於水或直接塗抹難以被皮膚吸收等問題。將原料進行超微粉碎，可極大降低活性物的溶解溫度，有助於活性的維持。此外，氣流式超微粉碎技術也常用於製造壓粉類化妝品，能顯著改善粉體的結構，提高粉體的性能和產品的質量。王奕等用旋風粉碎機製備了超微綠茶粉，並將其加入凝膠面膜中，檢測結果表明：在最佳配方條件下，面膜貼合度高，用後皮膚光滑滋潤。Rajkhowa等用濕磨粉碎機和噴霧乾燥器製備粒徑為1.5μm的羊毛超微粉，研究發現，粉碎後的羊毛超微粉表面積增大了700倍，黏著力顯著增加，有助於改善化妝品的性能。
農藥
粉碎是農藥加工中最重要的關鍵技術。加工農藥可濕性粉劑、水分散粒（片 ）劑、泡騰粒（片 ）劑、懸浮劑、乾懸浮劑、粉劑時，影響其生物活性的主要因素是原藥的粒徑。在胃毒藥劑中，藥粒愈小，越易被害蟲所吞食，食後亦較易被溶解而中毒。例如，藥粒為1μm的砷酸鉛對蜜蜂所表現的毒性比藥粒為22μm的要高10倍以上。觸殺性殺蟲劑的粉粒愈小，則每單位質量的藥劑與蟲體接觸面積愈大，則觸殺效果愈強。如中國農業大學農學院試驗表明：不同粒徑的六六六粉粒對黏蟲2～3齡幼蟲的毒效差異甚大，藥粒直徑小於10μm的毒力最大，毒效比直徑30～40μm的藥粒約大1倍，要取得相同的防效，直徑小於10μm的藥粒可減少一半的用量。
生物粉體
近20年，生物粉體材料在醫學、植物病理學上得到了廣泛研究和套用。生物粉體材料具有良好的生物相容性、耐蝕性等優點，受到越來越多的重視。套用超微粉碎技術製備生物粉體，是超微粉碎技術的另一重要套用，也是今後的重要發展方向之一。如β-磷酸三鈣（β-TCP）和羥基磷灰石（HAp）具有良好的生物相容性，當其植入體內後，無全身或局部毒性反應、不致溶血或凝血、不致突變、無刺激等不良反應，可廣泛套用於生物硬組織的填充、修復和替換，是人體骨骼最理想的修復替代材料之一。採用SPS技術並在875°C下保溫燒結製備得到透明的生物陶瓷超微粉體，具有較小的晶粒尺寸和緻密的顯微結構，有良好的細胞相容性，可作為一種新型的細胞培養載體材料和新型醫學視窗材料。HAp超微粉體顆粒對癌細胞有一定的抑制作用，而對正常細胞無影響。利用超微粉碎技術製備的5%烯唑醇超微粉種衣劑是針對黑穗病菌研製的專用型玉米種衣劑，對該病有著極其良好的防效。
