超微粉碎是指利用流体动力或机械的方法破坏固体内部的凝聚力,使大约3 mm的物料颗粒被粉碎至10~25 μm的加工方法。超微粉碎[1]是利用电机粉碎刀片对物料进行撞击及剪切式粉碎作用,故得到的物料的粉碎效果较好,它可通过干法粉碎和湿法粉碎。现制备超微粉体的方法有化学合成法和机械粉碎法。化学合成法的特点有粒形好、粒度分布窄、粉体粒径小,但缺点有工艺复杂且产量低,花费的成本高。机械粉碎法的特点是产量大、成本低、工艺简单,但细度和感官品质不及化学合成法制备的粉体。但机械超微粉碎因其较易实现工业化故在制备超微粉体中应用最广泛[2]。
锤片式粉碎机[3,4]是利用高速旋转的锤片产生的作用力使物料粉碎。锤片式粉碎机因其效率高、操作维修方便、工艺配置简单、占地面积少、动力消耗低、通用性强和加工性能好而被广泛应用在粮食类物料粉碎行业中。但锤片式粉碎机的性能也受诸多因素影响,如锤片末端线速度、筛孔直径和锤筛间隙等。要想获得较好的粉碎效果,张雷等指出适当增加锤片末端线速度及锤片的数量,选择合适的筛孔和筛片开孔率,控制好锤筛间隙等都会改善锤片式粉碎机的性能。张雷[4]等还指出3种新型高效节能的锤片粉碎机,即异型粉碎锤片式粉碎机、振动筛锤片粉碎机、双转子锤片式粉碎机。陈立胜[5]指出刨丝式粉碎机粉碎物料时能够获得比锤片式粉碎更小的面粉颗粒,因刨丝式粉碎是锤片式粉碎的进一步粉碎。
高剪切均质机[6]是由定子、电机、转子、密封件和叶轮等组成的湿法粉碎设备,它提供给物料粉碎的剪切力来源于层流效应、空穴效应和湍流效应等各种流体力学效应。高剪切均质机的工作原理是:高速旋转的叶轮转子所产生的离心力给转子中心区带来强大的负压。高剪切均质机运行而产生的离心力将进入粉碎腔内的物料甩向四周。物料先是受到搅拌粗破碎,当破碎后的物料到了定子齿圈内侧与叶轮转子顶部的微小间隙时,会受到剪切力作用。当物料进入转子齿圈与定子齿圈的微小间隙内,继续受到剪切力等的作用,使分散相颗粒破碎或乳化,在物料从中心向四周的分散过程中,被逐步细化,最终物料达到均质乳化的效果。夏芸[7]等指出豆渣经高剪切均质机处理量为450 kg/h,单次粉碎后粒径为126 μm,但他们认为高速切割技术在鲜湿豆渣粉碎中具有较好的工业化应用前景。
球磨机是由旋风分离器和气流粉碎机、引风机、除尘器等组成的粉碎系统。它是利用研磨介质的冲击作用以及研磨介质与球磨内壁的,摩擦作用对物料进行粉碎等。被球磨过的淀粉颗粒可能会遭到破坏。刘琳[8]指出,与湿热处理相比,球磨可以使淀粉结晶度降低,使一些种类如绿豆淀粉等的溶胀势和溶解度升高。但是湿热处理和球磨都会使RVA糊化曲线降低。不同的淀粉经过球磨处理后会发生凝胶形成,温度有所下降,再经过湿热处理后又出现明显地上升。徐中岳[9]等指出机械球磨对于木薯淀粉实现微细化是有效的。
粒度简单来说就是指颗粒的大小。比表面积是粒度特性的一个关键指标。不同粉碎方式对不同颗粒的粒度影响不同。孙丹丹[10]等指出球磨可以使淀粉的颗粒粒度减小,比表面积增大。但淀粉颗粒会在球磨的时间过长的情况下发生二次团聚的现象,导致比表面积减小,粒度增大。田晓红[11]等指出通过辊磨所得到的豌豆粉粒度粒度比较小,分布较均匀。而利用锤磨和石磨所制得的粒度就较大,且分布不均匀。冯康[12]指出,微细化淀粉可用于制备新型的Pickering乳液。Pickering乳液不仅拥有传统乳液的特点,且乳液稳定、乳化剂用量少。他还指出较高的OS基团取代度和较小的淀粉粒径可制备较稳定的Pickering乳液,且分支更多,链长更短的淀粉颗粒也更有利于制备稳定乳液。
结晶是指分子链的有序排列。结晶度的定义为聚合物中结晶区域所占的比例。杜云英[13]等指出对于木薯淀粉,干法粉碎比湿法粉碎所得到颗粒表面更光滑些,经过湿法粉碎处理后的淀粉结晶度降低,而干法粉碎得到的淀粉的结晶结构变成无定形结构。谢涛[14]等人的实验结果表明当超微粉碎的时间达到60 min后,会完全破坏淀粉内部的结晶结构,使之成为无定形结构。夏宁[15]等指出大米淀粉在球磨过程中,淀粉颗粒结晶度逐渐减小,球磨20 h后结晶结构基本消失。
糊化的本质是水进入淀粉粒中,淀粉分子之间的氢键断裂,破坏了淀粉分子间的缔合状态,分散在水中,成为亲水性的胶体溶液。老化的本质是糊化淀粉分子在温度下降时,由于分子运动下降,淀粉糊中分子中的氢键很多,分子缔合很牢固,水溶解性下降,淀粉糊冷却速度快,直链淀粉分子来不及重新排列结成束状结构。Blakeney[17]认为淀粉粒在水悬浮液状态下,糊化过程膨胀的能力和程度淀粉糊的黏度。郝征红[18]等指出绿豆淀粉糊的经过振动式超微处理20 min可明显提高绿豆淀粉的老化程度,可促进抗性淀粉的形成,可为提高绿豆淀粉制品中抗性淀粉含量的工艺改进及绿豆抗性淀粉的生产提供理论依据及技术支持。
淀粉的糖化指淀粉降解为麦芽糖、果糖、葡萄糖等低聚糖或单糖的过程。因糊化的淀粉较易降解,故工业上一般采用先糊化再糖化。谢涛[14]等指出锥栗淀粉通过60 min的超微粉碎处理后,可以改善淀粉的糖化以及酒精发酵特性,从而使液化-糖化发酵96 h得到的酒精产量达到13.64%,而直接糖化发酵108 h后酒精产量才能达到12.32%。
(1)相比于干法粉碎,湿法粉碎更好。①从粉碎设备能源消耗方面,在满足工艺要求的情况下,湿法更符合生产实际的需要。②湿法粉碎淀粉结晶强度降低,颗粒粒径较小,得到的淀粉黏性较好。③湿法粉碎能有效减少损伤淀粉的产生。因此,可以多采用湿法粉碎获得淀粉原料。
(2)不同粉碎方式对于淀粉的理化性质影响不同,要根据不同的工艺需求采取正确的粉碎方式从而获得所需的淀粉。
[1]沈莎莎,田建珍.不同粉碎方式对谷物粉碎效果及品质影响研究进展[J].小麦研究,2013(2):17-24.
[2]韩 雪,郭祯祥.超微粉碎技术在谷物加工中的应用[J].粮食与饲料工业,2016(3):13-16.
[3]柴丛杰,单术梅,吕宝泉.谈锤片式粉碎机的使用与维护[J].农机使用与维修,2014(6):57.
[4]张 雷,阮竞兰.锤片式粉碎机工作性能影响因素及研究现状[J].包装与食品机械,2013(6):55-57,54.
[6]徐 凯,高友生,张裕中.含纤维食品物料的湿法粉碎[J].包装与食品机械,2003,21(3):1-3.
[7]夏 芸,张茂龙,张裕中.鲜湿豆渣湿法粉碎技术研究[J].粮食与食品工业,2011(4):12-18.
[8]刘 琳.球磨和湿热处理对淀粉结构和理化性质的影响[D].郑州:河南工业大学,2015.
[9]徐中岳,罗志刚,何小维.湿法超微粉碎对木薯淀粉理化性质的影响[J].中国粉体技术,2009(6):26-29.
[10]孙丹丹,张宏伟.机械球磨对木薯淀粉颗粒形态及结晶性能的影响[J].化学工程与装备,2009(8):8-9.
[11]田晓红,沈 群,张 敏,等.不同粉碎方式的碗豆粉对豌豆挂面品质的影响[J].粮油食品科技,2016(2):12-16.
[12]冯 康.玉米淀粉微细化改性及其在Pickering乳液中的应用[D].广州:华南理工大学,2015.
[13]杜云英,何小维,谭 辉.干湿法微粉碎对木薯淀粉理化性质的影响[J]. 粮油加工,2010(2):56-60.