课件：食品超微粉碎.ppt

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1、,Contents,CH1 食品超微粉碎技术,,S1 超微粉碎定义及作用,一、超微粉碎的定义,1.定义:将加工0.110m的超微粉体的粉碎和相应的分级技术称为超微粉碎(Superfine grinding),,S1 超微粉碎定义及作用,2.粉体共同的力学性能,比表面积SV大 SV化学性能及表面活性化学反应速度可塑性强:加工成各种形状的产品流动性好 有利于输送、混合、成型、干燥等单元操作,,S1 超微粉碎定义及作用,二、超微粉碎的作用,1. 使食品具有独特的理化性能SG表面积和孔隙率食品的分散性、吸附性、溶解性微粉化食品具有良好的固香性、分散性和溶解性,容易消化吸收2. 改善食品的口感 颗粒的微

2、粉化颗粒感消失食品的爽口感,,S1 超微粉碎定义及作用,3. 使食品成分被充分利用:骨、壳、纤维等4. 改进或创新食品Functional food:Se(Toxicity, SGuniformity) Dietary fiber (SG WHC、Expansibility)花粉的破壁:行星球磨机5. 使某些食品加工过程或工艺产生革命性的变化速溶茶:传统(提取、浓缩、干燥)；SG(一步),,S1 超微粉碎定义及作用,说明：粉碎的粒度并非越细越好:存留时间短、口感消失超微粉碎过程中能量利用率很低 E.g.气流式超微粉碎机:能量利用率2%左右,其余以摩擦、热量、噪音等形式损失,,S2 超微粉碎基本

3、理论,一、物料的基本特性,,S2 超微粉碎基本理论,1. 强度定义:指物料抵抗破坏的阻力(破坏应力,N/m2)强度高低是物料内部价键结合能的体现 粉碎过程:通过外力对物料施以能量,当能量结合能时,物料发生变形、破坏甚至粉碎物料颗粒越细,强度越大 粒度变细,颗粒宏观和微观裂纹,缺陷,强度粉碎能耗,所以SG能耗较高,,S2 超微粉碎基本理论,2. 硬度定义:指物料抵抗变形的阻力硬度高的物料,其强度和对粉碎的阻力也越大3. 易磨性定义:指物料粉碎难易程度的特性,,S2 超微粉碎基本理论,4. 脆性根据物料塑性变形区域长短来划分的性质脆性材料:抵抗动载荷或冲击的能力较差,常采用冲击粉碎的方法5. 韧性

4、定义:指在外力作用下,塑性变形过程中吸收能量的能力。吸收的能量越大,韧性越好韧性材料:抗拉和抗冲击性能较好,但抗压性能差,,S2 超微粉碎基本理论,说明强度越强、硬度越小、脆性越小而韧性越大的物料,所需的变形能越多,,S2 超微粉碎基本理论,二、材料粉碎机理,1.格里菲斯(Griffith)强度理论Griffith理论主要观点:材料内部微小裂隙失稳扩展导致材料的宏观破坏Griffith理论的主要依据:任何材料中总有各种微小裂纹裂纹尖端的有严重的应力集中,即应力最大,,S2 超微粉碎基本理论,设裂纹扩展时,其表面积增加S,令比表面积能为,则表面能增加.S,此时,其附近约1个原子距离之内的形变能为

5、：,裂纹扩展所需要的能量:形变能提供。根据热力学第二定律,裂纹扩展条件:形变能表面能增加量,-应力E- 弹性模量,,S2 超微粉碎基本理论,临界条件为：,Griffith强度理论适用于脆性材料,而对于弹性体如橡胶等不适合,-应力; E- 弹性模量 -比表面积能;-距离,,S2 超微粉碎基本理论,2. 断裂,应力达到弹性极限时,材料发生破坏,无塑性变形出现曲线的斜率为弹性模量E,脆性材料应力-应变曲线,实际材料,,S2 超微粉碎基本理论,A-弹性极限；C-屈服极限C点以后:应力不变,应变逐渐增大,但材料并未破坏,此时变形为塑性变形(不可恢复)应力达到断裂强度D时,材料即破坏,韧性材料应力-应变曲

6、线,说明:塑性破坏和脆性破坏都是生成微裂纹和裂纹不断扩展的结果;二者区别:宏观上:是否塑性变形,微观上:是否存在晶格的滑移,,S2 超微粉碎基本理论,三、物料粉碎的基本方法,1. 压碎物料置于2个粉碎面之间,施加压力后,物料压应力达到其抗压强度极限而被粉碎特点:挤压力作用缓慢均匀； 物料粉碎均匀常用于物料的粗碎,,S2 超微粉碎基本理论,2. 劈碎,用一个平面和一个带尖棱的工作表面挤压物料时,物料沿压力作用线的方向劈裂由于劈裂平面上的拉应力拉伸强度极限,,S2 超微粉碎基本理论,3. 折断,被粉碎的物料相当于承受集中载荷的两支点或多支点梁,当物料内的弯曲应力达到物料的弯曲强度极限时而被折断,,

7、S2 超微粉碎基本理论,4. 磨碎,物料与运动的表面之间受一定的压力和剪切力的作用,当剪切力达到物料的剪切强度时,物料就被粉碎,,S2 超微粉碎基本理论,5. 冲击破碎,物料在瞬间受到外来的冲击力而粉碎,适用于脆性物料的粉碎,,S3 粉体的细度特征,,S3 粉体的细度特征,一、粉径1. 粒径的表示方法长径:粒径的长度短径:微粒最短的方向测定定方向径:微粒置于显微镜下,全部微粒均按照同一方向测量,其值为定方向径(平均值)有效径:与被测粒子有相同的沉降速度的球形粒子的直径。根据Stokes沉降定律,由微粒的沉降速度求出的粒径:v=2(1-2)r2/9,,丝网筛,S3 粉体的细度特征,2. 粒径的测

8、定方法(1)筛分法:(测定粒径45m常用方法)最细的标准筛500目(孔径=25m) 目:每英寸(1in=0.0254m)长度具有的筛孔数 超微粉体能用筛分法吗？ 超微粉体:粒径10m 不能用筛分法,,S3 粉体的细度特征,超微粉体粒径的测定方法:(1)沉降法:重力沉降和离心沉降(2)显微镜法:光学、扫描和透射电子显微镜(3)电子传感器法:库尔德计数器测定(4)激光测粒仪法(5)比表面积测定法:透过法和BET法,,S3 粉体的细度特征,二、比表面积质量比表面积:单位质量微粒所具有的表面积Sm 体积比表面积:单位体积微粒所具有的表面积Sv,透过法,气体吸附法(BET法):低温下颗粒的气体吸附量计算

9、透析法:样品压实,测定空气流过样品时阻力,用柯增尼-卡曼理论计算样品表面积,,S3 粉体的细度特征,三、微粉的密度及孔隙率1. 微粉的密度真密度:除去微粉中微粒的孔隙、裂缝占有的体积,并除去物质晶格内大于分子或原子的空隙所占有的体积,而后求得的密度(真密度仪)粒密度:不排除微粒内部的孔隙而得的密度堆密度(松密度):单位容积微粉的质量 指微粒(包括微粒本身的孔隙)及微粒间的空隙所占的总容积,,S3 粉体的细度特征,2. 孔隙率定义:指微粒中孔隙及微粒间空隙所占容积与微粉总容积之比 孔隙率=全部孔隙的体积/微粉的体积= (微粉的体积Vb-微粉本身的体积VP)/微粉的体积Vb =1-Vp/Vb堆密度

10、(bulk density)=微粉质量/Vb 真密度(True density)=微粉质量/Vp,,S3 粉体的细度特征,四、微粉的流动性1. 影响微粉流动性的因素微粒之间的作用力:范德华力、静电力等粒度大小:粒径10m产生黏着性,流动性差微粒的形态含水率表面摩擦力,,S3 粉体的细度特征,2. 微粉流动性的测定方法休止角:指一堆粉末的表面与平面可能产生的最大角度。粒子表面愈粗糙,愈不规则,休止角越大,流动性越差。休止角测定示意图滑角:将微粉铺于板面上,将板倾斜到能使90%的微粒移动,此时平板与水平所成的夹角称为滑角流出速度:单位时间内流出的微粉量,,原理:利用围绕水平或垂直轴高速旋转的回转体

11、对物料进行猛烈冲击,使其与固定体碰撞或颗粒之间冲击碰撞,从而使物料粉碎优点:粉碎效率高,粉碎比大,结构简单,运转稳定,适合中、软硬度物料的粉碎缺点:磨损较大,产热量大,S4 主要超微粉碎设备,一、机械冲击式粉碎机,,原理:利用高速气流或过热蒸汽的能量使颗粒相互冲击、碰撞、摩擦而被粉碎特点:粒度小且均匀,适用于低熔点,热敏性物料(气体在喷嘴处膨胀可降温;粉碎过程无热量生成)缺点:设备制造成本高,一次性投资大,能耗较高,能量利用率低(2%左右),S4 主要超微粉碎设备,二、气流粉碎机,,原理:用弹簧支撑磨机体,主轴上装偏心块,主轴旋转时,偏心块产生惯性离心力使筒体发生振动,将物料粉碎,S4 主要超

12、微粉碎设备,三、振动磨,1-电动机 2-联轴器 3-主轴 4-偏心重块5-轴承 6-槽体 7-弹簧,振动磨结构简图,,研磨效率高成品粒径小,平均粒径40m时,口感粗糙,感官品质变差,,名词解释:强度,硬度,易磨性,脆性,韧性,有效径,真密度,粒密度,堆密度,孔隙率,休止角,滑角问答题:1.超微粉碎概念及作用2.物料粉碎的基本方法3.粒径的表示方法及超微粉体粒径的测定方法4.机械冲击式粉碎机、气流式粉碎机和振动磨的工作原理及特点,思考题,,5.超微粉体流动性测定方法6.超微粉碎技术在食品工业上的应用及发展前景,思考题,Thank You !,,S3 粉体的细度特征,固定漏斗使其保持垂直,漏斗嘴离桌面高度8 12cm桌面铺放1张干净白纸, 将粉末由漏斗顶端加入,测定粉末在白纸上所形成锥形的底部直径(2R)在,形成椎体高度H计算休止角a a=arctan(H/R),