食品粉碎前處理技術(shù)研究進(jìn)展

馬寅斐，葛邦國，趙巖，初樂，朱風(fēng)濤

（中華全國供銷合作總社濟(jì)南果品研究院，山東濟(jì)南 250014）

食品粉碎前處理技術(shù)研究進(jìn)展

馬寅斐，葛邦國，趙巖，初樂，朱風(fēng)濤*

（中華全國供銷合作總社濟(jì)南果品研究院，山東濟(jì)南 250014）

本文綜述了食品粉碎前處理技術(shù)，如干燥粉碎、微波熱力輔助粉碎、冷凍粉碎、定向生物酶解及干法分級粉碎等，闡述了技術(shù)的原理及特點(diǎn)，分析了這些前處理技術(shù)在食品加工領(lǐng)域的應(yīng)用情況，以期為高效、節(jié)能粉碎加工應(yīng)用提供可行的前處理技術(shù)。

食品粉碎；前處理；研究進(jìn)展

食品粉碎作為最常見的食品加工方式之一，是物料通過加工將其顆粒尺寸變小的加工方式，加工需求廣泛。食品粉碎對食品的物理性質(zhì)改變不大，僅改變物料的顆粒尺寸及與其他物料的混合特性。隨著食品工業(yè)的發(fā)展，食品加工業(yè)和食品消費(fèi)者對于物料粉碎的細(xì)度、口感、營養(yǎng)成分等要求越來越高，國內(nèi)外食品粉碎技術(shù)發(fā)展迅速，如超細(xì)微粉碎、氣流粉碎、濕法高速剪切等粉碎新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其應(yīng)用也更為廣泛。但在目前食品粉碎加工過程中，常因?yàn)槲锪细哂捕?、高粘性、高纖維含量以及物料的熱敏性影響粉碎效果，粉碎難度增加。根據(jù)不同物料加工特性采用合適的粉碎前處理技術(shù)，則可有效降低粉碎難度，減少粉碎能耗，保護(hù)物料功能成分，提高產(chǎn)品品質(zhì)。目前，國內(nèi)外對于粉碎前處理技術(shù)重視不足，僅僅依靠裝備升級來滿足粉碎需求，本文簡單介紹了目前食品粉碎前處理技術(shù)研究現(xiàn)狀和應(yīng)用情況，并根據(jù)物料特性進(jìn)行歸類分析，以此來指導(dǎo)生產(chǎn)高質(zhì)食品粉產(chǎn)品，為食品粉的綠色加工提供理論依據(jù)。

1 干燥粉碎前處理技術(shù)

1.1 組合干燥粉碎

食品干法粉碎是將物料干制后進(jìn)行粉碎，通常采用熱風(fēng)方式進(jìn)行干制。而采用組合干燥方式進(jìn)行粉碎前處理，可減少干燥時(shí)間、提高質(zhì)量、安全高效降低能耗，常見有微波-熱風(fēng)組合干燥、遠(yuǎn)紅外-熱風(fēng)組合干燥、滲透-熱風(fēng)（冷凍）組合干燥、冷凍-微波-熱風(fēng)/真空組合干燥等方式。Varith等[1]對采用微波-熱風(fēng)組合干燥方式干燥去皮龍眼，優(yōu)化工藝降低單位能耗48.1%，縮短干燥時(shí)間64.4%；章斌等[2]采用微波-熱風(fēng)組合干燥香蕉片產(chǎn)品，提升了產(chǎn)品品質(zhì)，特性接近凍干產(chǎn)品，且能耗低、干燥速率快；Nathakaranakule等[3]對龍眼進(jìn)行了遠(yuǎn)紅外輔助熱風(fēng)干燥，結(jié)果表明，此種組合干燥能顯著提高干燥速率和產(chǎn)品的復(fù)水率，有效降低產(chǎn)品硬度及韌性，且產(chǎn)品收縮率降低，成多孔結(jié)構(gòu)，更有利于風(fēng)味保持和粉碎加工；滲透脫水-熱風(fēng)組合干燥可在較短的時(shí)間內(nèi)除去食品中的水分而保持其組織結(jié)構(gòu)，破碎后可以保持食品應(yīng)有的風(fēng)味、色澤、營養(yǎng)及感官品質(zhì)[4，5]；徐艷陽等[6,7]對草莓、毛竹筍進(jìn)行了冷凍-微波-熱風(fēng)/真空組合干燥研究，優(yōu)選了聯(lián)合干燥的組合工藝參數(shù)，顯著降低產(chǎn)品能耗，且品質(zhì)方面接近凍干產(chǎn)品。目前，對于組合干燥處理，大多數(shù)研究主要強(qiáng)調(diào)的產(chǎn)品品質(zhì)，能耗高則成為制約組合干燥全面推廣的主要因素之一。開展多數(shù)組合干燥處理方式性價(jià)分析，兼顧產(chǎn)品品質(zhì)和處理成本，使之具有熱風(fēng)干燥低成本的優(yōu)勢，又有如冷凍干燥品質(zhì)高的特點(diǎn)是組合干燥的研究重點(diǎn)。通過針對不同物料特性進(jìn)行組合干燥前處理，可以有效降低粉碎難度，提高產(chǎn)品品質(zhì)。

1.2 熱泵干燥粉碎

熱泵干燥是利用逆卡諾原理，按照逆卡諾循環(huán)工作，從加工環(huán)境中集聚熱能，再與被加熱對象進(jìn)行熱交換，實(shí)質(zhì)上是一種熱量提升裝置。熱泵干燥方式本身具有能耗低、干燥效率高，條件易于控制且干燥系統(tǒng)密閉不依賴外界環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可減輕天然果蔬制品褐變和氧化等問題。徐建國等[8]采用熱泵技術(shù)干燥胡蘿卜片，優(yōu)化了干燥溫度和空氣速度等參數(shù)，通過研究干燥過程的特征，修正的單項(xiàng)指數(shù)模型，有效提高了熱泵干燥效率，降低對物料營養(yǎng)的破壞，保護(hù)了物料的營養(yǎng)品質(zhì)。成剛[9]將單位能耗除濕量值、葉綠素含量兩者結(jié)合進(jìn)行干燥效果評價(jià)，進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化，優(yōu)選出聯(lián)合干燥甘藍(lán)的最佳工藝參數(shù)，干燥耗能降低了40.6%。通過熱泵干燥進(jìn)行粉碎前處理，可以有效降低整個(gè)加工過程能耗，但需要注意熱泵的運(yùn)轉(zhuǎn)和維護(hù)，來降低設(shè)備損耗成本，才能最終實(shí)現(xiàn)前處理的節(jié)能干燥。

1.3 變溫壓差膨化干燥粉碎

變溫壓差膨化干燥又可稱為微膨化干燥或氣流膨化干燥，是將食品預(yù)干燥后，采用相變和氣體的熱壓效應(yīng)，將食品裝入相對高壓低溫的膨化容器中，改變罐內(nèi)的壓差、溫度，并控制膨化時(shí)間，使被加工物料內(nèi)部水分通過壓差的快速轉(zhuǎn)變汽化蒸發(fā)，并可使物料形成均勻的多孔狀結(jié)構(gòu)，有較高的脆度和膨化度。對于傳統(tǒng)的果蔬類食品，由于水分含量較高，可通過變溫壓差膨化干燥前處理后粉碎，使得產(chǎn)品具有綠色健康、營養(yǎng)優(yōu)良、復(fù)水性好等特點(diǎn)。He等[10]、Saca[11]、Sullivan[12]分別對茶葉、香蕉片、胡蘿卜片進(jìn)行了變溫壓差膨化工藝優(yōu)化，明顯提高了各個(gè)產(chǎn)品的品質(zhì)；Bi等[13]研究了通過變溫壓差膨化干燥的哈密瓜片的芳香成分組成，使得變溫壓差膨化干燥的哈密瓜片具有更好的原料特征香氣。因此，變溫壓差膨化干燥作為粉碎脫水前處理，可降低粉碎應(yīng)力，提高產(chǎn)品的復(fù)水效果，更好地制備食品營養(yǎng)粉，與超微粉碎技術(shù)聯(lián)合將是果蔬食品制粉的新發(fā)展方向，但變溫壓差膨化干燥能耗較高，如何降低膨化能耗，選擇高附加值難破碎的物料，是選擇變溫壓差膨化干燥粉碎前處理技術(shù)要注意的問題。

2 微波熱力輔助粉碎前處理技術(shù)

微波加熱是向被加熱物質(zhì)內(nèi)部輻射微波電磁場，推動其偶極子運(yùn)動，使物料分子之間相互碰撞、摩擦而生熱。針對高硬度的食品物料，通過微波加熱技術(shù)可實(shí)現(xiàn)物料快速加熱，可以改善物料的易磨性，降低物料硬度，起到輔助粉碎效果。John W.Walkiewicz等[14]進(jìn)行了微波熱力輔助粉碎研究，功粉碎指數(shù)顯示易磨度提高10%～24%。也有學(xué)者利用微波熱力輔助粉碎快速加熱礦石，增加易磨性。如果將微波熱力輔助粉碎應(yīng)用于食品粉碎加工，可降低粉碎應(yīng)力，更好提高粉碎效果，提高粉碎效率。目前，微波熱力輔助粉碎在食品加工中應(yīng)用較少，其特點(diǎn)更適宜于高硬度低水分的食品原料，微波功率和時(shí)間的選擇成為微波熱力輔助粉碎前處理技術(shù)在食品中應(yīng)用的主要研究內(nèi)容。

3 冷凍粉碎前處理技術(shù)

冷凍粉碎利用了物料在低溫狀態(tài)下的“低溫脆性”，即物料隨著溫度的降低，其硬度和脆性增加，而塑性及韌性降低，在一定溫度下，用一個(gè)很小的力就能將其粉碎。隨著溫度降低，物料抗拉強(qiáng)度、硬度和壓縮強(qiáng)度增高，沖擊韌性和延伸率降低，即呈現(xiàn)脆性。有學(xué)者在加工淀粉時(shí)，采用冷凍后球磨方式處理，提高直鏈玉米淀粉和米淀粉的冷水溶解率、膨脹率及消化性，黏度顯著降低[11]；杜冰等[15]在加工綠茶粉過程中通過加入低溫液氮，獲得更高出粉率和較好色澤、滋味的高質(zhì)綠茶粉；張偉敏等[16]利用冷凍粉碎技術(shù)將活甲魚進(jìn)行粉末化處理，風(fēng)味、品質(zhì)俱佳。宮元娟等[17]通過圖像處理分析技術(shù)研究物料的投影面積收縮率，采用冷凍處理蟲草等高附加值原料，減少物料硬度，降低粉碎應(yīng)力，再進(jìn)行球磨制粉。冷凍粉碎可以粉碎常溫下難以粉碎的物質(zhì)，制成的粉粒比常溫粉粒體流動性更好、粒度分布更理想，并克服了常溫粉碎時(shí)因發(fā)熱、氧化等造成的變質(zhì)現(xiàn)象，具有廣闊的應(yīng)用前景。

4 定向生物酶解前處理技術(shù)

定向生物酶解前處理技術(shù)主要是根據(jù)物料特性來進(jìn)行優(yōu)選適宜的生物酶，通過酶解處理，降低物料的粘性，纖維含量等方式，從而實(shí)現(xiàn)降低粉碎難度，提升產(chǎn)品得率。于濱等[18]通過苦瓜取汁后，60℃熱風(fēng)干燥將水分降至6%，先采用雙螺桿擠壓膨化再通過超微粉碎制粉，有效提高苦瓜粉的持水率和溶脹性，同時(shí)具有較高的降糖活性。對于細(xì)胞壁包裹厚，不利用功能成分利用的物料制粉，主要研究了細(xì)胞壁破壁前處理技術(shù)。夏志蘭等[19]通過生物酶法與超聲波結(jié)合處理，優(yōu)選溶壁酶和超聲波處理強(qiáng)度，提高靈芝孢子的破壁率，然后通過凍干粉碎制得高多糖含量的靈芝孢子粉；也有學(xué)者研究了超高壓超臨界撞擊流技術(shù)處理靈芝孢子，有效提高了靈芝孢子粉的破壁率。定向生物酶解前處理技術(shù)更為廣泛的應(yīng)用于含水高的物料，通過定向生物酶解可以更好的降低粉碎成本，提高產(chǎn)品品質(zhì)和得率[13]。

5 干法分級粉碎前處理技術(shù)

干法分級粉碎前處理技術(shù)主要是通過根據(jù)物料的特性，篩選分級，將易粉碎的物料優(yōu)先分出，再將粗物料進(jìn)行粉碎后，混合進(jìn)行精細(xì)粉碎。此種方法可有效減少粉碎過程能耗，提高粉碎效率和設(shè)備使用率。美國卡夫食品公司利用干法分級粉碎的方法，將洗凈并經(jīng)過調(diào)理的小麥麥粒進(jìn)行預(yù)分成兩部分，包括含胚乳并帶有少量胚芽和殘余糠麩的細(xì)級部分，及含糠麩、胚芽和少量殘余胚乳的粗級部分。選用超微粉碎對粗級部分破碎，再將粗級部分與細(xì)級部分混合，可得到超細(xì)磨粉的全谷物小麥粉。干法分級粉碎為混合型物料粉碎加工提供了一條新思路，在食品加工過度精細(xì)化的今天，干法分級粉碎前處理技術(shù)不僅可以有效降低粉碎能耗，還可以更好的實(shí)現(xiàn)食品的多元化精細(xì)加工。

6 結(jié)語

目前，我國食品加工粉碎仍然主要以熱風(fēng)干燥后直接磨粉為主，此種工藝不僅能耗高，而且容易破壞食品中天然健康的營養(yǎng)和功能成分，且不利于高粘性、高硬度、高纖維含量及熱敏性物料的粉碎。粉碎前處理技術(shù)的深入研究和合理選用也是提升食品制粉品質(zhì)的重要途徑。相信隨著粉碎前處理技術(shù)的廣泛推廣和應(yīng)用、粉碎技術(shù)水平的提升、社會對低碳節(jié)能生產(chǎn)方式訴求的增加以及人們對天然健康食品的需求的上升，食品制粉水平將會更上一個(gè)臺階。

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Research Progress of Pretreatment Technology for Food Grinding

MA Yin-fei,GE Bang-guo,ZHAO Yan,CHU Le,ZHU Feng-tao*
(Jinan Fruit Research Institute,All China Federation of Supply&Marketing Co-operatives,Jinan 250014,China)

In this study,the author elaborated the technical principles and features about food grinding pretreatment technology,including dried grinding,microwave heating assisted grinding,freeze grinding,directional biological enzymolysis,dry classification grinding,analyzed the situation of these technologies application for food processing areas,in order to provide feasible pretreatment technologies for efficient and energy saving grinding process.

Food grinding;pretreatment;research progress

TS205

A

1008-1038(2016)12-0013-04

2016-10-30

馬寅斐（1986—），男，助理研究員，主要研究方向果蔬及油脂加工*