超微粉碎技術(shù)在新疆特色林果加工中的應(yīng)用

閆圣坤，孫儷娜，李忠新，楊莉玲，阿布里孜·巴斯提，王慶惠，崔寬波，劉　佳，祝兆帥

（新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，新疆特色林果裝備工程技術(shù)研究中心，新疆烏魯木齊　830091）

超微粉碎技術(shù)在新疆特色林果加工中的應(yīng)用

閆圣坤，孫儷娜，李忠新，楊莉玲，阿布里孜·巴斯提，王慶惠，崔寬波，劉佳，祝兆帥

（新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，新疆特色林果裝備工程技術(shù)研究中心，新疆烏魯木齊830091）

綜述了超微粉碎技術(shù)的原理及特點(diǎn)、工藝與設(shè)備，并對超微粉碎技術(shù)在新疆特色林果加工中的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景作了重點(diǎn)介紹，旨在為新疆特色林果資源的開發(fā)利用提供理論基礎(chǔ)。

超微粉碎技術(shù)；粉碎機(jī)理；新疆特色林果；應(yīng)用

0　引言

新疆素來有“瓜果之鄉(xiāng)”的美稱，是世界重要的果品生產(chǎn)帶。截至2013年，新疆林果種植面積達(dá)到116×104hm2，產(chǎn)量達(dá)到608.61×104t，新疆具有特有的自然條件和資源優(yōu)勢，適合各類林果品的生長，新疆的特色林果業(yè)發(fā)展處于全國前列。新疆特色林果主要包括核桃、紅棗、杏、巴旦木等。超微粉碎技術(shù)是最新的粉碎方法，一般是指將直徑在3 mm以上的顆粒通過物理（機(jī)械、氣流、球磨）的方法將顆粒粉碎到10～25 μm，是集機(jī)械、物理、化學(xué)等多學(xué)科融合的一門新興學(xué)科，而將超微粉碎技術(shù)與新疆林果加工相結(jié)合，開發(fā)新類型的產(chǎn)品，對傳統(tǒng)食品工業(yè)的進(jìn)步具有巨大的推動力。美國在超微粉碎技術(shù)方面發(fā)展較為領(lǐng)先，如美國凍干水果粉，作為一種新型的加工方法，現(xiàn)也逐步引起了我國科研人員的關(guān)注。本文就超微粉碎技術(shù)簡述新疆特色林果加工中的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景。

1　超微粉碎原理及特點(diǎn)

1.1粉碎原理

與傳統(tǒng)的粉碎技術(shù)相比，超微粉碎是基于微胞壁的破碎進(jìn)行粉碎處理，所以經(jīng)超微粉碎獲得的粉體粒度更小。日本學(xué)者研究得出，植物物料經(jīng)超微粉碎，微胞破壁率可以達(dá)到90%以上，這對植物材料的粉碎來說效率非常高，因為微胞的破壁率大小是判斷粉碎好壞的主要標(biāo)準(zhǔn)。分析超微粉碎的原理，主要是由于物質(zhì)在粉碎的過程中，其表面分子排列、電子和晶體結(jié)構(gòu)均發(fā)生了變化，所獲得的產(chǎn)品具有大顆粒所沒有的量子效應(yīng)和表面效應(yīng)，同時也能表現(xiàn)出優(yōu)異的物理、化學(xué)及表界面性質(zhì)［1-4］。

1.2超微粉碎的優(yōu)點(diǎn)

1.2.1具有較高的生物利用率

超微粉碎可將分布在微胞質(zhì)中的有效成分高效溶出，有效提高有效成分的吸收率，不必像普通溶出方法是將有效物質(zhì)先通過微胞壁滲透，再通過解吸和溶解過程，最后才能由有機(jī)體吸收利用，因此超微粉碎的原料溶出阻力減小、溶出度增大、提取率提高，并且粒徑小、吸收速率快，實(shí)現(xiàn)生物利用率的提高。

1.2.2粉碎效率高

超微粉碎技術(shù)較以往的普通機(jī)械粉碎具有粉碎速度快、短時間內(nèi)完成的優(yōu)點(diǎn)，較以往機(jī)械速度提高40倍，而且粒徑較小。

1.2.3生物活性成分保留率高

超微粉碎可通常在較低的溫度下進(jìn)行，有利于熱敏性物質(zhì)的粉碎，如含揮發(fā)性成分物質(zhì)的粉碎，超微粉碎可極大地保留粉體內(nèi)的生物活性成分，產(chǎn)品品質(zhì)較普通方法有大幅提高。

1.2.4生產(chǎn)成本低

超微粉碎省去了其他常規(guī)粉碎方法所需要的中間環(huán)節(jié)，可直接用于進(jìn)一步產(chǎn)品的生產(chǎn)，提高效率、節(jié)約生產(chǎn)成本，適合稀有原料的粉碎。

2　超微粉碎加工技術(shù)及裝備

超微粉碎主要有機(jī)械法和氣流法2種。氣流法又可分為干法和濕法，通過對物料進(jìn)行擠壓、剪切或研磨，或幾種方式的聯(lián)合作用實(shí)現(xiàn)粉碎；現(xiàn)有的超微粉碎裝置主要有氣流式、磨介式和機(jī)械剪切式［5-6］。

2.1氣流式超微粉碎裝備

氣流式超微粉碎是通過壓力噴嘴將高速氣流（300～500 m/s）或過熱蒸汽（300～400℃）噴射到物料上，通過物料內(nèi)部分子的相互作用，加之高速氣流的沖擊、剪切，實(shí)現(xiàn)粉碎的目的。與其他超微粉碎裝置相比，其特點(diǎn)是產(chǎn)品微度高、顆粒規(guī)整、表面平滑、分散性好，并且粉碎過程中升溫少，不產(chǎn)生熱量，適宜對低熔點(diǎn)、熱敏性物料進(jìn)行超微粉碎，所得產(chǎn)品營養(yǎng)成分保留率大，安全衛(wèi)生；但氣流式超微粉碎存在的主要問題是能耗較大，并且還存在粉碎極限，隨著產(chǎn)量的增大，粒度也會越來越大。

2.2旋轉(zhuǎn)球磨式/高頻振動式超微粉碎裝備

旋轉(zhuǎn)球磨式超微粉碎裝備是利用最為普遍的一種超微粉碎裝備，主要由攪拌器、筒體、傳動裝置和機(jī)架組成，研磨介質(zhì)在攪拌器的帶動下高速運(yùn)轉(zhuǎn)，主要依靠摩擦和沖擊進(jìn)行研磨。高頻振動式超微粉碎裝備是通過球形或棒形磨帶動實(shí)現(xiàn)高頻振動，對物料進(jìn)行沖擊、剪切等作用，實(shí)現(xiàn)物料的粉碎。振動磨利用帶有偏心塊的主軸帶動彈簧振動，而彈簧起到了支撐磨機(jī)體的作用。振動磨的效率較普通磨高20倍，但能耗僅為普通球磨裝備的幾十分之一，振動磨的振幅介于2～6 mm，而頻率則在1 020～4 500 r/min。

2.3剪切式超微粉碎裝備

剪切式超微粉碎裝備是將高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子在水平或垂直旋轉(zhuǎn)過程中對物料進(jìn)行剪切，該裝置結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)效率高、性能穩(wěn)定、耗能少，適合硬度處于中等的物料粉碎。

3　超微粉碎技術(shù)在新疆特色林果加工中的應(yīng)用

新疆特色林果的果實(shí)大多都可深加工成超微果粉，進(jìn)一步開發(fā)成全果飲料或是袋裝粉劑。超微粉碎技術(shù)的發(fā)展為新疆特色林果深加工技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展開辟了新方向。例如，新疆大量種植的紅棗由于加工方式較為單一，僅以初加工產(chǎn)品銷售，造成產(chǎn)品價格低、果農(nóng)收益甚微，若將紅棗通過先干燥再超微粉碎加工后，既可解決以上問題，還為南疆果農(nóng)打開致富之路。

以下通過對主要新疆特色林果超微粉碎加工的介紹，為新疆特色林果的加工利用提供理論基礎(chǔ)。

3.1葡萄

黃曉慶［7］通過料液比、提取時間、溶劑比例、磨齒間隙等方面，研究濕法超微粉碎技術(shù)對提取花青素的影響，并利用大孔樹脂進(jìn)行純化，通過濕法超微粉碎輔助提取花青素具有效率高、時間短、易于操作等優(yōu)點(diǎn)。任艷軍等人應(yīng)用小型氣流粉碎機(jī)對葡萄籽進(jìn)行超微粉碎，將葡萄籽粉碎到平均粒徑為15.61 μm，通過超微粉碎工藝后，葡萄籽中的有效成分可以快速溶出，生物利用率顯著提高。徐春雅［8］通過制備葡萄皮渣超微粉碎產(chǎn)品，研究了粉碎后葡萄皮渣的相關(guān)物理化學(xué)特性及保健功效，結(jié)果顯示超微粉碎技術(shù)對葡萄皮渣中的功能性成分作用性均有所提高，為葡萄深加工和超微粉碎技術(shù)的有效結(jié)合、開發(fā)相關(guān)保健品奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

3.2杏

滕碩［9］通過對杏仁油加工的廢料——甜杏仁紅衣進(jìn)行超微粉碎，研究制備過程中甜杏仁紅衣的物理化學(xué)特性和功能成分的組成，并對超微粉碎的最佳工藝進(jìn)行了深入研究。同樣，通過超微粉碎技術(shù)的運(yùn)用，甜杏仁紅衣的物理化學(xué)特性及功能性均有較大的提高。

3.3核桃

陳義勇等人［10］通過對比球磨機(jī)濕法及氣流干法對核桃的粉碎效果，發(fā)現(xiàn)球磨機(jī)濕法超微粉碎的效果更好，在此基礎(chǔ)上得到核桃球磨機(jī)濕法超微粉碎的最優(yōu)工藝為球料比5 g/g，核桃漿液濃度50%，攪拌器轉(zhuǎn)速700 r/min，球磨介質(zhì)為氧化鋯球，中直徑10 mm。

3.4枸杞

張民等人通過考察超微粉碎技術(shù)對枸杞多糖得率、結(jié)構(gòu)特征及其抗氧化活性的影響，得出超微粉碎后枸杞多糖平均分子量明顯降低，其球形顆粒狀團(tuán)聚物的高度和直徑減小，抗氧化活性顯著提高。采用超微粉碎技術(shù)，能有效提高枸杞多糖得率，降低多糖分子量，有助于增強(qiáng)其抗氧化活性，為超微粉碎技術(shù)在枸杞等植物類藥材有效成分提取中的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。劉俊梅等人將枸杞葉通過氣流磨制成超微粉，再調(diào)制成保健乳粉，制得的枸杞菜超微粉顏色翠綠、營養(yǎng)豐富，為枸杞菜深加工提供了一個可行的途徑。

3.5石榴

翟文俊等人［11］通過超微粉碎技術(shù)對石榴籽進(jìn)行前處理，并利用溶劑萃取法提取石榴籽微粉中的石榴油，得到石榴籽微粉的粒徑為8.76 μm，提取工藝中料液比1∶8，浸提溫度90℃，浸提時間60 min，石榴籽油提取率為34.86%。通過分析可知，微粉的粒徑是石榴籽油提取效果優(yōu)劣的關(guān)鍵影響因素，粒徑越小，破壁效果越好，油的提取率越高。

4　超微粉碎技術(shù)在新疆特色林果加工中存在的問題

新疆特色林果通過超微粉碎技術(shù)的加工，減少了生產(chǎn)環(huán)節(jié)中有效成分的損失，最大限度地利用了原材料，減少了資源浪費(fèi)，但超微粉碎技術(shù)加工后的產(chǎn)品易出現(xiàn)團(tuán)聚效果、相溶性差，為超微粉碎的研究帶來了一定的困難。

5　結(jié)語

超微粉碎技術(shù)已經(jīng)成為一個研究的熱點(diǎn)，有較大的潛在效益，世界各國都開展了大量研究。通過超微粉碎技術(shù)的應(yīng)用，拓展了新疆特色林果加工技術(shù)，擴(kuò)大了加工范圍，為林果資源的進(jìn)一步開發(fā)利用提供了重要的解決途徑，豐富了食品加工業(yè)的原料資源，同時還有利于將新疆特色林果品開發(fā)成各種功能型、保健型的食品，促進(jìn)新疆特色林果業(yè)的發(fā)展。隨著超微粉體技術(shù)的成熟和發(fā)展，必將為食品行業(yè)、藥品行業(yè)提供更廣闊的發(fā)展前景。

［1］Joe R Urschel.Machine and method for comminuting products［P］.USA Patent：3888426，1975-06-10.

［2］鄭永林.超微粉碎原理、工藝設(shè)備及應(yīng)用 ［M］.北京：中國建材工業(yè)出版社，1993：34.

［3］楊宗志.超微氣流粉碎（原理、設(shè)備和應(yīng)用）［M］.北京：化工出版社，1985：172-176.

［4］蓋國勝.超微粉碎分級技術(shù)：理論研究·工藝設(shè)計·生產(chǎn)應(yīng)用 ［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，2000：280-284.

［5］張炳文，郝征紅.超微粉碎技術(shù)在可食與藥用資源開發(fā)中的應(yīng)用 ［J］.食品工業(yè)科技，2004（3）：138-141.

［6］劉智勇，潘永亮，曾文碧.超微氣流粉碎技術(shù)在輕工業(yè)中的應(yīng)用 ［J］.皮革科學(xué)與工程，2007，17（3）：35-38.

［7］黃曉慶.濕法超微粉碎提取葡萄皮中花青素 ［J］.食品工業(yè)，2012，33（6）：12-15.

［8］徐春雅.葡萄皮渣超微粉體特性及輻照滅菌的研究 ［D］.咸陽：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2009.

［9］滕碩.超微粉碎對甜杏仁紅衣理化性質(zhì)的影響及工藝研究 ［D］.烏魯木齊：新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

［10］陳義勇，王亮，趙小忠.響應(yīng)面優(yōu)化核桃粕的濕法超微粉碎工藝 ［J］.食品研究與開發(fā)，2011，32（2）：24-27.

［11］翟文俊，岳紅.超微粉碎輔助提取石榴籽油的研究 ［J］.食品科技，2009，34（4）：164-166.◇

The Application of Ultramicro Airflow Grind Technology in the Xinjiang Characteristic Wood's Fruit Industry

YAN Shengkun，SUN Li'na，LI Zhongxin，YANG Liling，Abulizi·Basiti，WANG Qinghui，CUI Kuanbo，LIU Jia，ZHU Zhaoshuai
（Xinjiang Research Center of Equipment for Characteristic Wood's Fruit，Agricultural Mechanization Institute，Xinjiang Academy of Agricultural Sciences，Urumqi，Xinjiang 830091，China）

The principle，characteristics and equipment of ultramicro airflow grind technology are analyzed in this paper.Then the applications and prospect of ultramicro airflow grind technology in the xinjiang characteristic wood's fruit industry.This paper aims to provide a theoretical base in the development and utilization of xinjiang characteristic wood's fruit resources.

ultramicro airflow grind technology；comminution mechanism；xinjiang characteristic wood's fruit；application

F326.5

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.06.048

1671-9646（2016）06b-0069-03

2016-04-29

新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院青年基金項目“紅棗口含片開發(fā)及其關(guān)鍵技術(shù)研究”（XJNKQ-2014024）。

閆圣坤（1986— ），女，碩士，助理研究員，研究方向為農(nóng)產(chǎn)品精加工技術(shù)。