食品工业新技术及应用食品工业新技术及应用 目目 录录 绪论绪论 第一章第一章 食品微粉碎和超微粉碎食品微粉碎和超微粉碎 第二章第二章 微胶囊造粒技术微胶囊造粒技术 第三章第三章 微波加热技术微波加热技术 第四章第四章 食品分离新技术食品分离新技术 第五章第五章 食品蒸煮挤压技术食品蒸煮挤压技术 第六章第六章 食品生物技术食品生物技术绪绪 论论一、一、学学习本本课程的意程的意义和作用和作用二、二、学学习本本课程的基本要求程的基本要求一、一、学习本课的意义和作用学习本课的意义和作用1、本、本课程在食品工程在食品工业中的作用中的作用（1） 满足食品保藏、加工和消足食品保藏、加工和消费新需要。新需要。（2） 促促进工工艺、技、技术、设备的革新。的革新。（3） 实现资源开源开发的最大化，达到的最大化，达到经济效益的最效益的最优化。化。二、二、学习本课程的基本要求学习本课程的基本要求1、学、学习新技新技术和和设备相关基本原理，特点相关基本原理，特点等基本知等基本知识。2、学、学习新技新技术在食品工在食品工业中的典型中的典型应用。用。3、了解和学、了解和学习新技新技术的最新的最新发展和展和应用情用情况况4、尽可能地、尽可能地扩充新知充新知识（相关和交叉学科）（相关和交叉学科），从中求，从中求发展、求展、求创新。新。第一章第一章 食品微粉碎和超微粉碎食品微粉碎和超微粉碎概述概述第一第一节粉碎理粉碎理论第二第二节干法超微粉碎和微粉碎干法超微粉碎和微粉碎第三第三节湿法超微粉碎湿法超微粉碎第四第四节粒度分布与粒度分布与测定定第五第五节超微粉碎和微粉碎的超微粉碎和微粉碎的应用用概述概述粉碎：用机械力的方法克服固体物料内粉碎：用机械力的方法克服固体物料内部凝聚力达到使之部凝聚力达到使之破碎破碎的的单元操作。元操作。破碎破碎：大：大块物料分裂成小物料分裂成小块物料的操作。物料的操作。研磨和磨碎：将小研磨和磨碎：将小块物料分裂成物料分裂成细粉的粉的操作。操作。概述概述粉碎：破碎和研磨的粉碎：破碎和研磨的统称。称。粉碎在食品工程中的作用粉碎在食品工程中的作用1、满足某些食品消足某些食品消费和生和生产的需要；的需要；2、增加固体表面、增加固体表面积以利于后道以利于后道处理的理的进行；行；3、工程化食品和功能食品的生、工程化食品和功能食品的生产需要。需要。概述概述超微粉碎技超微粉碎技术应用用结果果1、可以使食品具有独特的物理化学性能、可以使食品具有独特的物理化学性能2、可以改善食品感官性能；、可以改善食品感官性能；3、使食品成分被充分利用；、使食品成分被充分利用；4、改、改变某些食品加工某些食品加工过程或生程或生产工工艺；5、食品改、食品改进或或创新。新。第一节第一节 粉碎理论粉碎理论1、有关粉碎的基本概念、有关粉碎的基本概念根据被粉碎物料和根据被粉碎物料和产品粒度的大小，品粒度的大小，粉碎分粉碎分为四四类（1）粗粉碎）粗粉碎 原料粒度原料粒度 401500mm 成品粒度成品粒度550um（2）中粉碎）中粉碎 原料粒度原料粒度 10100mm 成品粒度成品粒度510um第一节第一节 粉碎理论粉碎理论（3）微粉碎微粉碎 原料粒度原料粒度 510mm 成品成品粒度粒度100um以下以下（4）超微粉碎）超微粉碎 原料粒度原料粒度 0.55mm 成品粒度成品粒度1025um以下以下按粉体大小划分，超微粉体可分按粉体大小划分，超微粉体可分为：（1）微米）微米级 1100um （2） 亚微米微米级 0.11um （3） 纳米米级 1100nm第一节第一节 粉碎理论粉碎理论粉碎比：粉碎前后的粒度比。粉碎比：粉碎前后的粒度比。反映粉碎前后粒度反映粉碎前后粒度变化和化和设备性能指性能指标。超微粉碎：粉碎比超微粉碎：粉碎比3001000以上。以上。总粉碎比（多粉碎比（多级粉碎）：每粉碎）：每级粉碎比之粉碎比之和。和。干法粉碎：在干燥状干法粉碎：在干燥状态下下进行的粉碎操行的粉碎操作。作。湿法粉碎：物料湿法粉碎：物料悬浮于浮于载体液流中体液流中进行行的粉碎操作。的粉碎操作。第一节第一节 粉碎理论粉碎理论二、粉碎理二、粉碎理论（一）粉碎力的种（一）粉碎力的种类与形式与形式1、种、种类：挤压力、冲力、冲击力、剪切力力、剪切力2、形式：施力种、形式：施力种类和方式不同，粉碎基本方法：和方式不同，粉碎基本方法：（1）压碎：碎：挤压强度极限。度极限。（2）劈碎：抗伸）劈碎：抗伸强度极限。度极限。（3）研磨：剪切）研磨：剪切强度极限。度极限。（4）折断（弯曲）：弯曲）折断（弯曲）：弯曲强度极限。度极限。（5）冲）冲击：瞬：瞬间冲冲击力作用。力作用。第一节第一节 粉碎理论粉碎理论（二）物料力学性（二）物料力学性质应力和力和应变关系、极限关系、极限应力不同，分力不同，分为：（1）硬度：）硬度：弹性模量大小，抵抗性模量大小，抵抗弹性性变形的能力。形的能力。（2）强度：度：弹性极限性极限应力大小。力大小。一般硬度大，物料一般硬度大，物料强度和度和对粉碎阻力大。普氏硬度以粉碎阻力大。普氏硬度以物料按物料按强度分度分为10级。（3）脆性：塑）脆性：塑变区域区域长短。短。（4）韧性：抵抗物料裂性：抵抗物料裂缝扩展能力大小，反映物料吸收展能力大小，反映物料吸收应变能量的能力。能量的能力。不同于不同于强度和硬度，脆性和度和硬度，脆性和韧性无确切数量概念。性无确切数量概念。第一节第一节 粉碎理论粉碎理论 可碎性和可磨性物料粉碎的可碎性和可磨性物料粉碎的难易性。易性。 表示方法：表示方法：标准准单位成品的粉碎能耗；位成品的粉碎能耗；单位能耗所得位能耗所得标准成品的准成品的产量。量。 具体物料的力学性具体物料的力学性质是多种力学性是多种力学性质的的综合合, ,决定了粉碎方式的决定了粉碎方式的综合性和复合性和复杂性。性。 第一节第一节 粉碎理论粉碎理论选择施力方式的一般原施力方式的一般原则：（1 1）粒度大或中等硬度物料）粒度大或中等硬度物料压碎、冲碎、冲击、弯曲等。、弯曲等。（2 2）粒度）粒度较小且小且坚硬物料硬物料压碎、冲碎、冲击、研磨。、研磨。（3）粒状或泥状物料冲）粒状或泥状物料冲击、劈碎、研磨等。、劈碎、研磨等。（4）韧性物料剪切或高速冲性物料剪切或高速冲击。第一节第一节 粉碎理论粉碎理论（三）物料在粉碎（三）物料在粉碎过程中的程中的变化以及超微粉碎化以及超微粉碎过程特点程特点过程程变化：在不同粉碎力作用下，化：在不同粉碎力作用下，产生相生相应应变，并以并以应变能形式能形式积蓄于物料内部，当局部蓄于物料内部，当局部应变能能超超过某某临界界值时，在脆弱的裂，在脆弱的裂缝线上上发生裂解。生裂解。外界提供粉碎所需能量的外界提供粉碎所需能量的过程。程。粉碎至少需要两方面的能量：粉碎至少需要两方面的能量：裂解裂解发生前的生前的变形能与体形能与体积有关。有关。裂解裂解发生后出生后出现新表面所需的表面能与表面新表面所需的表面能与表面积有关。有关。第一节第一节 粉碎理论粉碎理论 为什么粉碎随粒度减小而什么粉碎随粒度减小而变得更加困得更加困难？ 为什么粉碎什么粉碎过程中有用功与裂程中有用功与裂缝长短有关短有关？2 2、超微粉碎、超微粉碎过程特点程特点 粉碎粉碎团聚的聚的动态平衡平衡过程程 物料粉碎至微米及物料粉碎至微米及亚微米微米级，其表面，其表面积和比表和比表面面积显著增加，微著增加，微细颗粒相互粒相互团聚，形成二次聚，形成二次或三次或三次颗粒的粒的趋势逐逐渐增加，在一定粉碎条件增加，在一定粉碎条件和和环境下，境下，经过一定一定时间后，超微粉碎后，超微粉碎处于粉于粉碎碎团聚的聚的动态平衡平衡过程，在此情况下，物料程，在此情况下，物料粉碎速度粉碎速度趋于于变缓，即使延，即使延长粉碎粉碎时间，物料，物料的粒度不再减小，甚至出的粒度不再减小，甚至出现“变粗粗”趋势。第一节第一节 粉碎理论粉碎理论 物料物料“粉碎极限粉碎极限”：超微粉碎：超微粉碎过程中程中出出现粉碎粉碎团聚平衡聚平衡时的物料粒度。的物料粒度。 粉碎粉碎过程机械化学效程机械化学效应 在某些粉碎工在某些粉碎工艺和条件下，由于超微粉和条件下，由于超微粉碎碎时间长，强度大，成品粒度小除造成度大，成品粒度小除造成物料粒度减小的物料粒度减小的变化外，化外，还因机械超微因机械超微粉碎作用粉碎作用导致被粉碎物料晶体致被粉碎物料晶体结构和物构和物化性化性质的的变化。此效化。此效应称称为超微粉碎机超微粉碎机械化学效械化学效应。 第一节第一节 粉碎理论粉碎理论 三、粉碎能耗三、粉碎能耗 粉碎能：物料粉碎粉碎能：物料粉碎时，当作用力超，当作用力超过颗粒之粒之间的的结合力合力时，产生粉碎，外力做功称生粉碎，外力做功称为粉碎能粉碎能或粉碎能耗。或粉碎能耗。 粉碎能消耗于以下几方面：粉碎能消耗于以下几方面： 机械机械传动中的能耗；中的能耗； 粉碎粉碎发生前的生前的变形能和粉碎后的形能和粉碎后的储能；能； 粉碎物料新增表面粉碎物料新增表面积的表面能；的表面能； 晶体晶体结构构变化所消耗的能量；化所消耗的能量； 磨介磨介间的摩擦、震的摩擦、震动及其他能耗。及其他能耗。第一节第一节 粉碎理论粉碎理论 能耗理论能耗理论主要研究粉碎能耗与被粉碎物料和所主要研究粉碎能耗与被粉碎物料和所得产品粒度之间的关系。得产品粒度之间的关系。 三种假说：三种假说：1 1、RittingerRittinger假说（表面积假说）假说（表面积假说） 粉碎能耗和粉碎后物料的新生表面积成正比。粉碎能耗和粉碎后物料的新生表面积成正比。 第一节第一节 粉碎理论粉碎理论 2、kick 假假说（体（体积假假说）粉碎能耗与粉碎能耗与颗粒的体粒的体积呈正比，粉碎后呈正比，粉碎后颗粒的粒度也呈正比减少。粒的粒度也呈正比减少。 其中：其中：D和和d 分分别为粉碎前后的粒度粉碎前后的粒度第一节第一节 粉碎理论粉碎理论3 3、BandBand假假说（裂（裂缝假假说） 粉碎能耗与裂粉碎能耗与裂缝长度呈正比，裂度呈正比，裂缝长度与度与颗粒体粒体积和和颗粒面粒面积均有关。均有关。 假假设：变形功集聚于形功集聚于颗粒内部的裂粒内部的裂纹附近，附近，产生生应力集中使裂力集中使裂纹扩展成裂展成裂缝，裂，裂缝发展到一展到一定程度定程度时，颗粒被粉碎。粒被粉碎。 第一节第一节 粉碎理论粉碎理论 粉碎能耗粉碎能耗统一公式一公式 建立能耗微分式和建立能耗微分式和积分式：分式：dW-dW-颗粒粒度减少粒粒度减少dxdx时的粉碎能耗的粉碎能耗x-x-颗粒粒度粒粒度c,n-c,n-系数系数第一节第一节 粉碎理论粉碎理论积分式：积分式：当当n=1,n=1,得体积假说能耗公式得体积假说能耗公式n=1.5,n=1.5,得裂纹扩展假说能耗公式得裂纹扩展假说能耗公式n=2,n=2,得表面积假说能耗公式得表面积假说能耗公式n n1时，积分得：时，积分得：第一节第一节 粉碎理论粉碎理论式中：式中：m=n-1;k=c/n-1.m=n-1;k=c/n-1.令令D/d=D/d=i ,则 式中，式中，m为与物料性与物料性质，产品粒度和品粒度和设备类型等有关常数。如，方解石采用型等有关常数。如，方解石采用圆筒筒球磨机粉碎球磨机粉碎时，m约为1.23。第一节第一节 粉碎理论粉碎理论 三种能耗理三种能耗理论适用范适用范围：表面表面积假假说适用于适用于产物粒度在物粒度在10um以下的粉碎；以下的粉碎；体体积假假说适用于粗粒适用于粗粒产物粉碎；物粉碎；裂裂纹扩展假展假说适用于以上两者之适用于以上两者之间, 粉碎物粒度粉碎物粒度1mm10mm。 第一节第一节 粉碎理论粉碎理论 能耗理能耗理论发展：展：1、极限比表面、极限比表面积理理论(田中达夫）田中达夫）式中：式中：S-比表面比表面积；W-粉碎能；粉碎能；S-极限比表面极限比表面积；k-系数。系数。上式上式积分，且分，且SS时，有，有第一节第一节 粉碎理论粉碎理论 2、在在综合考合考虑粉碎能增加、表面能粉碎能增加、表面能转变为热能能与与弹性能性能贮藏以及固体表面某些物理化学藏以及固体表面某些物理化学变化化基基础上提出新能耗公式上提出新能耗公式(列列宾契夫）：契夫）：式中式中-机械粉碎效率；机械粉碎效率；W-粉碎能耗；粉碎能耗；k-与粉与粉碎碎颗粒形状有关参数；粒形状有关参数；s粉碎粉碎产物比表面物比表面积；s0-颗粒初始比表面粒初始比表面积； S-粉碎极限粉碎极限时的比的比表面表面积；e, -比比弹性性变形能和比塑性形能和比塑性变形能；形能；l-物理或化学物理或化学变形形层厚度。厚度。第一节第一节 粉碎理论粉碎理论 粉碎能耗理粉碎能耗理论十分复十分复杂，除与原料粒度和，除与原料粒度和产品粒度有关，品粒度有关，还与物料性与物料性质、状、状态、粉碎粉碎设备类型、操作条件、型、操作条件、环境因素等境因素等有关，在利用能耗理有关，在利用能耗理论建立的公式建立的公式对粉粉碎能耗碎能耗进行估算行估算时，需根据，需根据实验数据数据对各系数及各系数及实验结果果进行修正，方可用于行修正，方可用于评估或比估或比较粉碎粉碎过程和粉碎程和粉碎设备能耗。能耗。第一节第一节 粉碎理论粉碎理论粉碎粉碎动力学力学 研究物料粉碎研究物料粉碎时粒度、粒度、产量和量和时间的关系。的关系。 对间歇式粉碎：粉碎速度与粗歇式粉碎：粉碎速度与粗颗粒含量成正比。粒含量成正比。式中：式中： -在提在提t时的粗的粗颗粒含量；粒含量；k-比例系比例系数。数。第一节第一节 粉碎理论粉碎理论粉碎粉碎动力学公式：力学公式：式中：式中：m-与物料性与物料性质及粉碎条件有关及粉碎条件有关它是粉碎流程它是粉碎流程设计的依据。的依据。第二节第二节 干法超微粉碎和微粉碎干法超微粉碎和微粉碎根据生根据生产粉碎力的原理粉碎力的原理1、 气流式气流式2、高、高频振振动式式3、旋、旋转球磨式球磨式4、转辊式式5、锤击式式6、自磨式、自磨式第二节第二节 干法超微粉碎和微粉碎干法超微粉碎和微粉碎 一、高一、高频振振动式超微粉碎式超微粉碎（一）原理：利用球形或棒形研磨介（一）原理：利用球形或棒形研磨介质作高作高频振振动时产生的冲生的冲击、摩擦和剪切等作用力、摩擦和剪切等作用力实现对物料物料颗粒的超微粉碎。粒的超微粉碎。 （二）振（二）振动磨磨 装有研磨介装有研磨介质和物料的振和物料的振动磨筒体在磨筒体在传动轴（轴上装有偏心重上装有偏心重锤）的）的带动下作园振下作园振动。磨桶的壁使介磨桶的壁使介质受到受到经常性冲常性冲击。随着振。随着振动频率升高，介率升高，介质起落冲起落冲击呈放射抛射，并且在机呈放射抛射，并且在机桶壁上回桶壁上回转滑滑动和和围绕桶中心运桶中心运动。 介介质获得三种运得三种运动（1 1）强烈抛射：烈抛射：对物料起冲物料起冲击作用作用（2 2）高速同向自）高速同向自转：对物料起研磨作用物料起研磨作用（3 3）慢速公）慢速公转：对物料起均化作用物料起均化作用（三）、影响粉碎（三）、影响粉碎过程因素程因素 粉碎物比表面粉碎物比表面积与粉碎与粉碎时间关系：关系：见p16p16 研磨介研磨介质越小，粉碎越小，粉碎产品粒度越小；品粒度越小； 振振动频率越高，粉碎率越高，粉碎产品粒度越小品粒度越小第二节第二节 干法超微粉碎和微粉碎干法超微粉碎和微粉碎（四）振（四）振动磨特点磨特点1 1、研磨效率高、研磨效率高研磨介研磨介质小，比表面小，比表面积大；磨介装填系数（大；磨介装填系数（60608080）比球磨机（）比球磨机（28284545）大，冲）大，冲击次次数多，冲数多，冲击力大，研磨效率高（比球磨机高几力大，研磨效率高（比球磨机高几倍至十几倍。倍至十几倍。2 2、研磨成品粒度、研磨成品粒度细，平均粒径达，平均粒径达2 23um3um以下。以下。3 3、可、可实现连续化生化生产并采用封并采用封闭生生产。4 4、外形尺寸小，占地面、外形尺寸小，占地面积小，操作方便，小，操作方便，维修修容易。容易。5 5、干湿法研磨均可，但运、干湿法研磨均可，但运转噪音大。噪音大。 第二节第二节 干法超微粉碎和微粉碎干法超微粉碎和微粉碎二、二、转辊式微或超微粉碎式微或超微粉碎（一）原理：利用（一）原理：利用转动的磨的磨辊在另一相在另一相对表面之表面之间产生的摩擦、生的摩擦、挤压、剪切等作、剪切等作用力，达到粉碎物料的目的。用力，达到粉碎物料的目的。（二）（二）辊磨机工作原理磨机工作原理在磨机内，磨在磨机内，磨辊表面光滑或表面光滑或带齿槽，由槽，由于磨于磨辊转速不同使速不同使夹在在辊间物料受到剪物料受到剪切、切、挤压等作用而粉碎。等作用而粉碎。第二节第二节 干法超微粉碎和微粉碎干法超微粉碎和微粉碎（三）（三）齿辊技技术特性特性1、齿数（牙数）：数（牙数）：单位位圆周上拉周上拉丝形成拉形成拉线数。数。例如小麦磨粉，常采用例如小麦磨粉，常采用1232齿数。数。2、齿形：形：见p27 其中牙角：其中牙角：锋面与面与钝角之角之间的的夹角角锋角：角：锋面与直径之面与直径之间的的夹角角钝角：角：钝面与直径之面与直径之间的的夹角角齿顶：0.1-0.4mm，防止磨，防止磨损。第二节第二节 干法超微粉碎和微粉碎干法超微粉碎和微粉碎3、磨、磨齿排列：排列：锋对锋、锋对钝、钝对锋、钝对钝锋对锋：先：先挤压，后剪切，后剪切钝对钝：先：先挤压，后略剪切，后略剪切4、拉、拉丝斜度：平斜度：平稳研磨条件：拉研磨条件：拉丝有一定斜度且有一定斜度且相互平行。一般相互平行。一般020斜度越小斜度越小则径向分力越大，粉碎率越高，同径向分力越大，粉碎率越高，同时轴向分力越小，物料不易克服磨向分力越小，物料不易克服磨齿的摩擦阻力而的摩擦阻力而滑向一滑向一边。第二节第二节 干法超微粉碎和微粉碎干法超微粉碎和微粉碎（四）特点（四）特点1、研磨效果好，且能耗小。、研磨效果好，且能耗小。2、粉碎物料平均粒度可达、粉碎物料平均粒度可达4050um。三、气流式超微粉碎三、气流式超微粉碎（一）基本原理（一）基本原理利用空气、蒸汽或其它气体通利用空气、蒸汽或其它气体通过一定一定压力的力的喷嘴嘴喷射射产生高能气流，生高能气流，颗粒在气流作用下粒在气流作用下悬浮浮输送，送，相互之相互之间发生生强烈冲烈冲击、碰撞和摩擦作用，加上、碰撞和摩擦作用，加上高速气流高速气流对颗粒剪切冲粒剪切冲击作用，使物料粉碎并均作用，使物料粉碎并均匀混合。匀混合。第二节第二节 干法超微粉碎和微粉碎干法超微粉碎和微粉碎（二）气流式超微粉碎特点（二）气流式超微粉碎特点1、粉碎比大，粉碎、粉碎比大，粉碎颗粒成品平均粒度在粒成品平均粒度在5um以以下；下；2、设备结构构紧凑、磨凑、磨损小且易于小且易于维修，但修，但动力力消耗大；消耗大；3、粉碎、粉碎过程程设置具有一定分置具有一定分级作用，保作用，保证成品成品粒度均匀性；粒度均匀性；4、压缩空气（空气（过热蒸汽）膨蒸汽）膨胀吸吸热产生致冷作生致冷作用，有利于用，有利于热敏性物料的粉碎；敏性物料的粉碎；第二节第二节 干法超微粉碎和微粉碎干法超微粉碎和微粉碎5、易、易实现多多单元元联合操作；如粉碎与干燥合操作；如粉碎与干燥联合合处理；粉碎与混合理；粉碎与混合联合合处理；粉碎与包埋理；粉碎与包埋联合合处理。理。6、易、易实现无菌操作，无菌操作，卫生条件好。生条件好。（三）（三）圆盘式气流粉碎机式气流粉碎机示意示意图见p11,粉碎室呈扁平粉碎室呈扁平圆形形,沿沿圆壁等距壁等距设置若干置若干喷嘴，嘴，喷射流桶射流桶圆周呈周呈45度，将粉碎度，将粉碎室分成靠周室分成靠周边的粉碎区和中的粉碎区和中间的分的分级区。由于区。由于各各层射流速率差异，射流速率差异，颗粒粒间发生冲生冲击、碰撞和、碰撞和研磨，达到粉碎目的。研磨，达到粉碎目的。第二节第二节 干法超微粉碎和微粉碎干法超微粉碎和微粉碎分分级作用：粒度不同作用：粒度不同颗粒在旋粒在旋转运运动气流气流离心离心场中径向运中径向运动速度不同，粒度大速度不同，粒度大颗粒粒径向速度大，而粒度小的径向速度小，粉径向速度大，而粒度小的径向速度小，粉碎碎时同同时进行分行分级，粗，粗颗粒被抛向外粒被抛向外围重重新粉碎。新粉碎。适用范适用范围：进料粒度通常小于料粒度通常小于0.15mm，一，一般不超般不超过6mm，成品粒度，成品粒度0.2-5um.第三节湿法超微粉碎第三节湿法超微粉碎湿法超微粉碎主要湿法超微粉碎主要设备：均：均质机和胶体磨机和胶体磨一、胶体磨一、胶体磨（一）工作原理：（一）工作原理： 工作构件由一个固定的磨体（定子）和一个高工作构件由一个固定的磨体（定子）和一个高速旋速旋转磨体（磨体（转子）子）组成，两磨体成，两磨体间可可调节间歇。歇。 当物料通当物料通过间歇歇时，由于，由于转子高速旋子高速旋转，使附，使附着在着在转子上物料速度达最大，而附着于定子上子上物料速度达最大，而附着于定子上物料速度物料速度为零，因而零，因而产生生较大速度梯度，物料大速度梯度，物料第三节湿法超微粉碎第三节湿法超微粉碎受到受到强烈的剪切、摩擦等作用而被粉碎。烈的剪切、摩擦等作用而被粉碎。（二）特点（二）特点1、可在、可在较短短时间内内实现对悬浮液中固形物浮液中固形物进行超微粉碎，同行超微粉碎，同时具有混合、具有混合、搅拌、拌、分散、乳化作用。分散、乳化作用。2、可、可调间歇（小于歇（小于1um)达到控制成品粒达到控制成品粒度。度。3、效率高、效率高、产量大。量大。4、结构构简单、操作方便、占地面、操作方便、占地面积小。小。第三节湿法超微粉碎第三节湿法超微粉碎 二、均二、均质机机（一）工作原理：工作部件高（一）工作原理：工作部件高压均均质阀工作原理与胶体磨相似，当高工作原理与胶体磨相似，当高压物料在物料在阀盘和和阀座座间流流过时产生了生了较大速度梯大速度梯度，速度在度，速度在缝隙的中心最大，而附着在隙的中心最大，而附着在阀盘和和阀座上物料速度座上物料速度为零，由于速度零，由于速度梯度梯度产生的生的强烈剪切烈剪切 作用使物料作用使物料细化。化。第三节湿法超微粉碎第三节湿法超微粉碎（二）特点（二）特点1、适于、适于产量粘度量粘度较低物料。低物料。2、乳化、分散作用更大。、乳化、分散作用更大。第四节粒度分布与测定第四节粒度分布与测定一、粉碎物料粒度与粒度分布一、粉碎物料粒度与粒度分布1、粒度表示方法、粒度表示方法物料粉碎后，分散状物料粉碎后，分散状态的个体物理的个体物理单元元颗粒粒颗粒大小的量度粒大小的量度粒度粒度。球形球形颗粒：粒：颗粒直径粒径粒直径粒径非球形非球形颗粒：粒：（1）按某种）按某种规定的定的线性尺寸表示粒径性尺寸表示粒径如采用球体、立方体或如采用球体、立方体或长方体的代表尺寸。方体的代表尺寸。 第四节粒度分布与测定第四节粒度分布与测定（2）定定义与与颗粒各粒各现象象对应的当量直径（名的当量直径（名义粒度）粒度）如如 表面表面积为基准的名基准的名义粒度外表面粒度外表面积等于等于该颗粒表面粒表面积的球体直径。的球体直径。设颗粒表面粒表面积为S，则第四节粒度分布与测定第四节粒度分布与测定 如定如定义总体体积等于等于该颗粒体粒体积的球体直径，的球体直径，则有以体有以体积为基准的名基准的名义粒度。粒度。平均粒度：平均粒度：实际超微粉体超微粉体为各种粒度各种粒度颗粒的集合（粒的集合（颗粒群）。粒群）。平均粒度平均粒度计算方法：算方法：统计数学的方法。数学的方法。第四节粒度分布与测定第四节粒度分布与测定 设体系中某一微分区体系中某一微分区间的粒度的粒度为di,相相应粒径的粒径的颗粒数粒数为n,则颗粒群的平均粒径以个数粒群的平均粒径以个数为基准基准时，有多种表示，有多种表示和和计算方法。算方法。2、粒度分布、粒度分布平均粒度：平均粒度：颗粒大小的平均程度，不能表示粒度分粒大小的平均程度，不能表示粒度分布的特征。如两批粉体平均粒径相同，具有相同粒径布的特征。如两批粉体平均粒径相同，具有相同粒径的的颗粒数量（粒数量（质量、体量、体积）可能不同。）可能不同。为全面描述粉全面描述粉体粒度，引入粒度分布（体粒度，引入粒度分布（频率分布或相率分布或相对分布）。分布）。在粒径在粒径间隔隔d（dc）内的所有）内的所有颗粒的粒的质量百分数量百分数为d，相，相应的的颗粒粒数和表面粒粒数和表面积百分数百分数为dF和的和的dS。粒径的粒径的计数相数相对频率率第四节粒度分布与测定第四节粒度分布与测定 粒径的表面粒径的表面积相相对频率率粒径的体粒径的体积（质量）量）相相对频率率粒径相粒径相对频率分布曲率分布曲线根据上述定根据上述定义式，利用式，利用积分即可得任何粒径分即可得任何粒径范范围内的所有内的所有颗粒的粒的计数、表面数、表面积和体和体积（质量）百分数。量）百分数。第四节粒度分布与测定第四节粒度分布与测定在在范范围内的内的颗粒所占的粒所占的计数百数百分数分数为：粉径小于和等于粉径小于和等于dc的的颗粒所占的粒数百分数（即粒所占的粒数百分数（即累累计粒数百分数）粒数百分数）在整个粒径分布范在整个粒径分布范围内，内，颗粒的累粒的累计粒数百分数粒数百分数为100% 第四节粒度分布与测定第四节粒度分布与测定 粒度分布粒度分布表示方法：表示方法：1、列表法、列表法2、图解法解法3、函数法、函数法第四节粒度分布与测定第四节粒度分布与测定 粉体频率分布表粉体频率分布表粒径范围/um质量/g频率分布/%粒径范围/um质量/g频率分布/%160-12012640-205025120-80402020-018980-4080406、施工图设计、施工图设计初步初步设计文件批准后，分文件批准后，分专业进行施工行施工图设计。工工艺人人员完成工完成工艺设计施工施工图，并向其它，并向其它相关相关设计工作提出各种数据要求，使工作提出各种数据要求，使设计协调和和谐，满足工足工艺要求要求。施工施工图作用：指作用：指导施工。施工。在初步在初步设计图基基础上，上，进一步一步细化（如所有尺化（如所有尺寸寸标注）和注）和补充（如充（如设备安装安装图、管道安装、管道安装图）。）。第四节粒度分布与测定第四节粒度分布与测定图解法：解法： 粉体粒径粉体粒径为横指横指标，分，分别以以频率分率分别和累和累积分布数分布数值为纵坐坐标可可绘制出相制出相对百分率和累百分率和累积百分率曲百分率曲线（见上上图）。）。 其中相其中相对百分率曲百分率曲线的峰的峰值所所对应的粒径的粒径为众数粒径，众数粒径，指指颗粒出粒出现最多的粒径最多的粒径值。中位径（。中位径（d50)d50)指累指累积百分百分率曲率曲线上占上占颗粒粒总数数5050的粒子所的粒子所对应的粒径；的粒径；d90d90和和d10d10分分别表示在累表示在累积分布曲分布曲线上占上占颗粒粒总数数9090和和1010的粒子所的粒子所对应的粒径。的粒径。衡量粒度分布范衡量粒度分布范围时，常用分布，常用分布宽度（度（SPAN)SPAN)表示表示第四节粒度分布与测定第四节粒度分布与测定 函数法函数法图形表示形表示颗粒的粒径分布粒的粒径分布虽然直然直观，但不便，但不便于于计算，算，为了了计算方便，用数学函数表示。粉算方便，用数学函数表示。粉尘粒径分布函数通粒径分布函数通过采用概率采用概率论或近似函数的或近似函数的经验方法来方法来寻找找 粒度分布粒度分布规律的数学表达式，律的数学表达式，常用的分布函数有正常用的分布函数有正态分布函数和分布函数和对数正数正态分分布函数。布函数。见p41 正正态分布方程分布方程对数正数正态分布方程分布方程 第四节粒度分布与测定第四节粒度分布与测定平均粒度平均粒度平均粒度有各种表示方法，多数以粒数平均粒度有各种表示方法，多数以粒数频率分率分布布进行加行加权平均，平均平均，平均时，采用基准可以不同，采用基准可以不同，平均的方法也可以不同，相平均的方法也可以不同，相应有几种平均粒度有几种平均粒度计数方法。数方法。见p42 表表16 重点掌握算重点掌握算术平均，几何平平均，几何平均和均和调和平均粒度和平均粒度计数方法。数方法。第四节粒度分布与测定第四节粒度分布与测定3、颗粒形状粒形状颗粒形状影响粉体性能。粒形状影响粉体性能。颗粒形状有：球形、正方体、柱状、粒形状有：球形、正方体、柱状、针状、片状、状、片状、纤维状等状等为了以数学了以数学语言表示言表示颗粒形状，引入形状系数，粒形状，引入形状系数，它表示它表示颗粒各种立体几何粒各种立体几何变量之量之间的关系。的关系。常用形状系数如下：常用形状系数如下： 第四节粒度分布与测定第四节粒度分布与测定表面表面积形状系数形状系数体体积形状系数形状系数比表面比表面积形状系数形状系数第四节粒度分布与测定第四节粒度分布与测定二、粒度分布二、粒度分布测定方法定方法传统筛分法（最分法（最细标准准筛500目，相当与目，相当与25um)，不能用于超微粉体，不能用于超微粉体(小于小于10um)测定定.1、显微微镜法：法：光学光学显微微镜：测定范定范围1500um第四节粒度分布与测定第四节粒度分布与测定电子子显微微镜扫描描电子子显微微镜透射透射电子子显微微镜 测定范定范围（0.001-100um)沉降法沉降法重力沉降法（重力沉降法（0.1-100um)离心沉降法（离心沉降法（0.01-30um)激光光散射法（激光光散射法（0.05-3000um) 激光通激光通过超微粉体超微粉体悬浮液浮液时，照射到，照射到颗粒表面粒表面而而发生散射，当粒径生散射，当粒径远大于入射波波大于入射波波长时，颗粒越小，散射角越大，通粒越小，散射角越大，通过测定散射角可得平定散射角可得平均粒径和粒度分布；当粒径与入射波波均粒径和粒度分布；当粒径与入射波波长相近相近时，散射光，散射光强度度发生波生波动，通，通过测定波定波动速率速率来来测定粒度和粒度分布。（定粒度和粒度分布。（见前前图）第五节超微粉碎工艺第五节超微粉碎工艺一、超微粉碎工一、超微粉碎工艺流程流程1、开路流程：物料、开路流程：物料经粉碎作用区后即作粉碎作用区后即作为成品成品卸出，粗粒不再循卸出，粗粒不再循环。特点：工。特点：工艺简单；缺点：；缺点：成品粒度分布范成品粒度分布范围广。气流粉碎因具有自广。气流粉碎因具有自动分分级功能采用开路流程，功能采用开路流程，间歇式粉碎也采用开路歇式粉碎也采用开路流程。流程。2、闭路流程：路流程：特点：粉碎机和分特点：粉碎机和分级机共同构成粉碎分机共同构成粉碎分级闭路系路系统。胶体磨和振。胶体磨和振动磨磨连续粉碎采用此粉碎采用此流程。能及流程。能及时移走移走细粉，提高粉碎效率。粉，提高粉碎效率。3、 第五节超微粉碎工艺第五节超微粉碎工艺3、带预先分先分级的开路流程的开路流程特点：特点：预先将达到要求先将达到要求细粉分离出来，降低能耗粉分离出来，降低能耗和生和生产成本成本4、带预先分先分级的的闭路系路系统特点：提高粉碎效率，降低特点：提高粉碎效率，降低单位成品能耗，可控位成品能耗，可控成品粒度分布。成品粒度分布。5、带最最终分分级的开路系的开路系统特点：可在粉碎机后特点：可在粉碎机后设置一台或多台分置一台或多台分级机，机，得多种不同粒度与粒度分布的成品。得多种不同粒度与粒度分布的成品。第五节超微粉碎工艺第五节超微粉碎工艺6、带预先分先分级与最与最终分分级的开路流程的开路流程特点：不特点：不仅可以可以预先分离出部分符合要求的先分离出部分符合要求的细粒粒成品，减成品，减轻粉碎机粉碎机负荷，而且可通荷，而且可通过最最终分分级得到多种不同粒径和粒度分布的成品。得到多种不同粒径和粒度分布的成品。粉碎段数主要取决于原料粒度和粉碎段数主要取决于原料粒度和产品粒度。一般品粒度。一般超微粉碎采用多段流程。超微粉碎采用多段流程。粉碎方式来看，超微粉碎流程可分粉碎方式来看，超微粉碎流程可分为：干法（一段或多段）粉碎；湿法（一段或多干法（一段或多段）粉碎；湿法（一段或多段粉碎）；干湿段粉碎）；干湿组合（多段）粉碎合（多段）粉碎第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用 超微粉碎技超微粉碎技术在食物在食物资源的充分利用、新型功能食品的源的充分利用、新型功能食品的开开发、传统工工艺改改进、食品品、食品品质改善等方面的作用。改善等方面的作用。一、巧克力一、巧克力超微超微颗粒的多相分散体系，分散相粒的多相分散体系，分散相为细小的糖和可小的糖和可可，可，连续相相为油脂。巧克力重要的油脂。巧克力重要的质构特征：口感构特征：口感细腻滑滑润。决定因素：巧克力配料的粒度；平均粒度决定因素：巧克力配料的粒度；平均粒度25um，大部分在大部分在15-20um;口感口感细腻；平均粒度大于；平均粒度大于40um,口口感粗糙。感粗糙。第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用 加工关加工关键技技术：初磨微粉碎（初磨微粉碎（辊磨、磨、盘磨机）磨机）精磨超微粉碎（五精磨超微粉碎（五辊精磨和球磨机）精磨和球磨机）精精炼改形：不改形：不规则形状形状变为光滑球光滑球体（旋体（旋转式精式精炼机）机）其中精磨是保其中精磨是保证巧克力口感特征的关巧克力口感特征的关键。第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用二、以蛋白二、以蛋白质微粒微粒为基基础成分的代脂成分的代脂产品品将牛奶和将牛奶和鸡蛋白蛋白为原料，原料，经过轻度度热变性性处理后，通理后，通过湿法超微粉碎得到蛋白湿法超微粉碎得到蛋白颗粒大粒大小小为0.1-2um产品。品。该产品具有滑品具有滑腻柔和的柔和的脂肪口感特性，但脂肪口感特性，但热量量仅有有5.43kJ/g，成，成为理想的低理想的低热值代脂代脂产品。此外以淀粉品。此外以淀粉质为基基础成分，通成分，通过湿法超微粉碎技湿法超微粉碎技术也可能开也可能开发相似的代脂相似的代脂产品。品。第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用三、膳食三、膳食纤维膳食膳食纤维的生理活性与持水力和膨的生理活性与持水力和膨胀力有很力有很大关系，是两个重要的功能指大关系，是两个重要的功能指标。它。它们与与产品品粒度有关。目前已粒度有关。目前已应用超微粉碎技用超微粉碎技术于蔗渣膳于蔗渣膳食食纤维的制的制备，大大提高了膳食，大大提高了膳食纤维的生理活的生理活性，同性，同时改善了改善了产品的口感。品的口感。工工艺：清理、粗粉碎、漂洗、脱出异味（加：清理、粗粉碎、漂洗、脱出异味（加碱蒸煮）、漂白脱色、干燥、微粉碎、功能活碱蒸煮）、漂白脱色、干燥、微粉碎、功能活化。化。第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用四、面粉四、面粉 小麦经过超细粉碎后, 通过分级机将小麦中不同粒度的颗粒分离开来,从而使小麦中蛋白质发生“转移”和集中, 生产出高、中、低三种蛋白含量的小麦,也可根据实际生产需要, 生产蛋白含量不同的多种用途的产品,其中蛋白含量较高的强力粉可以配制面包粉; 蛋白含量中等的中力粉可做饺子粉、面条粉、馒头粉; 蛋白含量低的弱力粉可做饼干粉、蛋糕粉。该技术在小麦深加工中得到应用, 将会减少我国专用粉的进口量, 还可为专用粉的生产厂以及食品行业带来显著的经济效益。欧洲国家(德国、法国、英国) 已采用了对小麦粉直接进行气流分级的技术, 达到了提取高蛋白小麦和低蛋白小麦的目的。给相应企业带来可观利润。国内对该技术的研究还处于始发阶段，它在粮食行业的应用将具有广阔的前景。第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用以高速打以高速打击为原理的冲原理的冲击式粉碎机式粉碎机这种粉碎机种粉碎机利用利用围绕垂直垂直轴高速旋高速旋转的的转子子对物料物料进行行强烈冲烈冲击、碰撞和剪切。其特点是粉碎比大、运、碰撞和剪切。其特点是粉碎比大、运转稳定定, 适合于中适合于中软硬度物料的粉碎。硬度物料的粉碎。小麦小麦经过CH - 300 CH - 300 型机械冲型机械冲击粉碎机粉碎粉碎机粉碎, ,选择两两种不同的加工工种不同的加工工艺。1 号工号工艺是冲是冲击转子子5000r/ min ,分分级转子子3000 r/ min , 2 3000 r/ min , 2 号工号工艺是冲是冲击转子子7000 r/ min ,分分级转子子5000 r/ min。第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用激光粒度激光粒度仪测试粒度粒度,测试数据数据见表表1 ,两种两种试品的粒度微分分布品的粒度微分分布见图1。第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用如如图所示所示, ,冲冲击转速越高速越高, ,则粉碎的粉末越粉碎的粉末越细, ,其粒度分布也逐其粒度分布也逐渐集中集中, ,工工艺2 # 2 # 的的D D10 10 达到达到3. 48m3. 48m。第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用工工艺1 # 1 # 和工和工艺2 # 2 # 的微分分布的微分分布图的展的展宽度分度分别为: : 1 # : ( D90 - D10) / D50 = 1. 627 2 # : ( D90 - D10) / D50 = 0. 798 其相其相应的比表面的比表面积为0. 72 m2/ g 0. 72 m2/ g 和和1. 17 1. 17 m2/ g , 2 # m2/ g , 2 # 样品超微小麦不但品超微小麦不但颗粒很粒很细, ,而且粒度分布非常均匀而且粒度分布非常均匀, ,生物生物显微微镜照片照片显示出超微粉碎后的形貌示出超微粉碎后的形貌, ,如如图2.2.第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用 采用采用凯氏定氮法氏定氮法, ,分分别测试了小麦原了小麦原样、工工艺1 #1 #样品和工品和工艺2 # 2 # 样品的蛋白品的蛋白质、水份和灰份含量水份和灰份含量, ,结果果见表表2 2。第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用小麦小麦经高速粉碎后高速粉碎后,总的水份减少。工的水份减少。工艺2 # 的的水份减少了水份减少了47. 1 %。这与粉碎与粉碎过程中物料与程中物料与空气充分接触有关空气充分接触有关,在在负压气流系气流系统中中,水份被水份被大量蒸大量蒸发。经过粉碎、分粉碎、分级后后,小麦的蛋白小麦的蛋白质含量含量发生的生的变化。工化。工艺1 # 加工的小麦的蛋白加工的小麦的蛋白质含量含量约有减有减小小,用工用工艺2 # 加工加工,当粒度当粒度D90 小于小于10m 后后,蛋蛋白白质含量增加了一倍多。含量增加了一倍多。第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用 在此粒度范在此粒度范围蛋白蛋白质大幅增加大幅增加, , 可能是小麦在机械可能是小麦在机械冲冲击粉碎室内将小麦粉碎室内将小麦进行行强烈的撞烈的撞击粉碎粉碎, ,使小麦中淀使小麦中淀粉粒、蛋白粉粒、蛋白质及及类脂体等聚集而成的粒度脂体等聚集而成的粒度较大的胚乳大的胚乳粒被再度粉碎粒被再度粉碎, ,导致淀粉粒蛋白片相互分开致淀粉粒蛋白片相互分开, ,变成游离成游离状状态而且粒度更而且粒度更细的的颗粒。当它粒。当它们进入气流分入气流分级机机时, ,由于淀粉的粒度、比重、由于淀粉的粒度、比重、悬浮速度比蛋白浮速度比蛋白质的大的大, ,通通过调节设备的的风量控制量控制阀门和气流速度的参数和气流速度的参数, ,将已粉碎将已粉碎的小麦的小麦, ,按粒度重新再分按粒度重新再分级, ,从而得到不同蛋白从而得到不同蛋白质含量含量的小麦。其中的小麦。其中, ,先被分先被分级出去的出去的较细的粒度是含蛋白片的粒度是含蛋白片较多、淀粉粒多、淀粉粒较少的高蛋白粉少的高蛋白粉; ;余下的粒度余下的粒度较粗的小麦粗的小麦则含蛋白含蛋白质较少少, ,含淀粉粒含淀粉粒较多。多。第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用 利用机械冲利用机械冲击粉碎小麦效果良好粉碎小麦效果良好, 能使能使D90 达到达到1 0m以下以下, 平均粒径平均粒径5. 85m ,而且粒度分布均匀集中。超微小麦形貌而且粒度分布均匀集中。超微小麦形貌规整、整、对称性好、分散性好。蛋白称性好、分散性好。蛋白质发生重新分布生重新分布,而蛋白而蛋白质总的含量不的含量不变。超。超微化后小麦蛋白微化后小麦蛋白质重新分配重新分配这一特性一特性,有有益于根据小麦益于根据小麦产品的不同要求作品的不同要求作进一步一步的深加工。的深加工。第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用五、五、细胞破壁胞破壁花粉被誉花粉被誉为为“完全完全营营养品养品”, 但是花粉具有但是花粉具有坚韧坚韧的的细细胞壁，既影响胞壁，既影响营营养物养物质质的吸收，也影响提取的吸收，也影响提取时营时营养物养物质质的的释释放，因此花粉的破壁十分重要。放，因此花粉的破壁十分重要。目前花粉破壁技目前花粉破壁技术大体分大体分为两两类，发酵法和酵法和机械法机械法, 发酵法酵法设备简单易行，破壁率可达易行，破壁率可达9095，但但时间长，速度慢。机械法又可分，速度慢。机械法又可分为湿法和干法两种，湿法和干法两种，湿法破壁多采用胶体磨，此法破壁率只能达湿法破壁多采用胶体磨，此法破壁率只能达7080，而且而且给保存、包装、运保存、包装、运输带来不便。干法破壁国内来不便。干法破壁国内较多的是采用气流粉碎法，由于某些花粉的外壁有多的是采用气流粉碎法，由于某些花粉的外壁有弹性，性，气流气流对撞的撞的结果只能使外壁果只能使外壁变形或向内塌陷，破壁效形或向内塌陷，破壁效果不是很理想。在国外采用先将花粉低温冷果不是很理想。在国外采用先将花粉低温冷冻再气流再气流粉碎或者直接用冷粉碎或者直接用冷冻惰性气体低温粉碎破壁惰性气体低温粉碎破壁, ，此法破，此法破壁率可达壁率可达90以上，但以上，但这种方法种方法设备昂昂贵，能耗，能耗较大，大，致使粉体成本大幅度提高。致使粉体成本大幅度提高。第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用 利用利用振振动动超微粉碎法超微粉碎法粉碎茶花粉工粉碎茶花粉工艺过程程 将茶花粉在真空干燥箱中常温减将茶花粉在真空干燥箱中常温减压干干燥燥12h12h，用粉碎机粗碎，用粉碎机粗碎，60 60 目目标准准筛，然，然后将粉体用振后将粉体用振动超微粉碎机超微粉碎机组进行超微粉行超微粉碎，振碎，振动介介质为不不锈钢球，直径球，直径8mm8mm，介，介质填充率填充率80%80%，物料填充率，物料填充率100%100%，粉碎，粉碎时间为20min20min。最后将所得花粉。最后将所得花粉过320320目目标准准筛。第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用入射角入射角 0 30 60 D 45H 1.3H 1.0H一般取一般取 1.31.5H第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用显微形貌微形貌观测茶花粉呈比茶花粉呈比较规则的的圆饼状，状，表面布表面布满网状网状纹理，其直径理，其直径约30um。在。在扫描描电镜的的视场中可以看到，中可以看到，经过振振动超微碎，超微碎，绝大部分花粉的大部分花粉的结构都已构都已经破破坏坏,颗粒粒细胞外壁已胞外壁已经完全打开，内容物完全打开，内容物已全部已全部释放出来。放出来。第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用 粒径微分分布直方粒径微分分布直方图可以看出，粉碎后花可以看出，粉碎后花粉粒径比粉粒径比较均匀，基本呈正均匀，基本呈正态分布，粒分布，粒径主要集中分布在径主要集中分布在5-15um 5-15um 之之间，其中位，其中位直径直径D50D50为8.22um8.22um，即有，即有50%50%的粒子粒径的粒子粒径小于小于8.22um 8.22um ，完整花粉粒子的直径在，完整花粉粒子的直径在30um30um左右，如果左右，如果认为粒径小于粒径小于20um 20um 的花的花粉粒子粉粒子细胞壁已胞壁已经受到破坏，受到破坏，则此种花此种花粉超微粉的破壁率粉超微粉的破壁率为94%.94%.第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用 茶花粉茶花粉经过20min20min超微粉碎，粉体中位直径达超微粉碎，粉体中位直径达8.22um8.22um，破壁率达，破壁率达95%95%左右，粉体色左右，粉体色泽鲜，口感好，口感好，入口即化而无砂感。入口即化而无砂感。振振动超微粉碎破壁技超微粉碎破壁技术为食品工食品工业在在现代技代技术条件下条件下寻找理想有效的花粉破壁方法开辟找理想有效的花粉破壁方法开辟了重要途径，此法与其他了重要途径，此法与其他现有的方法比有的方法比较，具有，具有粉碎破壁率高，粉碎粉碎破壁率高，粉碎过程温升小程温升小40，对营养成养成分无破坏，分无破坏，简便易行能耗低，破壁后花粉干燥易便易行能耗低，破壁后花粉干燥易于包装、存放和运于包装、存放和运输，生，生产速度快，易于工速度快，易于工业规模生模生产等等优点，是一点，是一项值得推广的花粉加工技得推广的花粉加工技术。第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用玉米花粉破壁玉米花粉破壁利用可利用可调参数式行星球磨机参数式行星球磨机对玉玉米花粉米花粉进行超微化。超微化破壁的最佳工行超微化。超微化破壁的最佳工艺参数参数为:转速速476 r/ min ,粉碎粉碎时间为1. 2 h ,球料比球料比为7 ,花粉含水率控制在花粉含水率控制在5 %以下。以下。此此时花粉花粉颗粒直径小于粒直径小于8m ,花粉破壁率达花粉破壁率达100 %。第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用 结构构变化：化：第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用 通通过超微粉碎超微粉碎,使花粉使花粉颗粒直径达到粒直径达到8m 以下以下,并且粒度分布均匀合理并且粒度分布均匀合理,适适于将其直接添加到花粉于将其直接添加到花粉营养口服液养口服液以及化以及化妆品等功能保健品当中品等功能保健品当中,不会不会产生沉淀或有生沉淀或有较粗粗颗粒感粒感觉。第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用五、五、纳米淀粉米淀粉 淀粉用机械方法破碎淀粉用机械方法破碎导致淀粉致淀粉颗粒粒结构构发生改生改变，从而使淀粉易于被从而使淀粉易于被酶作用。作用。纳米米级大米淀粉具有独大米淀粉具有独特的理化特性，如良好的分散性、吸附性、溶解性，特的理化特性，如良好的分散性、吸附性、溶解性，易被人体吸收消化等，可用于化易被人体吸收消化等，可用于化妆品扑粉、照相品扑粉、照相纸粉末、造粉末、造纸施胶、糖果糖衣和施胶、糖果糖衣和药片片赋形形剂等。糊化等。糊化后的后的纳米米级大米淀粉吸水快，大米淀粉吸水快，质构柔滑似奶油，具构柔滑似奶油，具有口感有口感细腻、热量低、成本低等量低、成本低等优点，是目前市点，是目前市场上最佳的奶油和黄油代用品，可以用于无奶油奶酪、上最佳的奶油和黄油代用品，可以用于无奶油奶酪、低脂冰淇淋、无脂人造奶油、沙司和色拉低脂冰淇淋、无脂人造奶油、沙司和色拉调味料的味料的生生产。其。其应用前景广用前景广阔，经济效益可效益可观。第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用 超高超高压均均质是一个通是一个通过压力能的力能的释放和放和高速运高速运动使物料粉碎的使物料粉碎的过程。在超高程。在超高压均均质过程中，程中，剧烈的烈的处理条件如液体高理条件如液体高速撞速撞击、高剪切、空穴爆炸、高速振、高剪切、空穴爆炸、高速振荡等作用可能会等作用可能会导致大分子致大分子结构的构的变化。化。通通过超高超高压均均质技技术和超微粉碎制和超微粉碎制备纳米米级大米淀粉。大米淀粉。第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用超高压均质技术能有效地减小大米淀粉的颗粒超高压均质技术能有效地减小大米淀粉的颗粒粒度，将平均粒径由粒度，将平均粒径由2800 nm 减小到减小到350 nm。第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用超高压均质后再超微粉碎能进一步减小大米淀超高压均质后再超微粉碎能进一步减小大米淀粉的颗粒粒度，最小的平均粒度达到了粉的颗粒粒度，最小的平均粒度达到了74.8 74.8 nmnm。超高压均质压力最适压力为。超高压均质压力最适压力为120 MPa 120 MPa 。第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用 随着粒度的减小，淀粉与水的随着粒度的减小，淀粉与水的结合能力增合能力增强，吸湿性能、溶解度和膨，吸湿性能、溶解度和膨胀率明率明显提提高，体高，体现了了纳米米级大米淀粉的表面效大米淀粉的表面效应和小尺寸效和小尺寸效应。利用。利用纳米米级大米淀粉的大米淀粉的溶解性好、粒度小等性能，可能替代奶溶解性好、粒度小等性能，可能替代奶油用于低脂冰淇淋、低脂人造奶油及化油用于低脂冰淇淋、低脂人造奶油及化装品、造装品、造纸等生等生产。第六节超微粉碎或微粉碎的应用第六节超微粉碎或微粉碎的应用六、纳米茶米茶茶叶茶叶纳米化米化处理，提高有效成分的溶出率理，提高有效成分的溶出率及人体吸收率，充分体及人体吸收率，充分体现茶叶保健功能。茶叶保健功能。制制备工工艺：普通粉碎普通粉碎处理（理（80100目）目）气流气流超微粉碎（超微粉碎（10um）纳米球磨机米球磨机（100纳米以下）米以下）每步工每步工艺加工加工时间15-30min,同同时控制温控制温度和防止氧化。度和防止氧化。作业 10102(%)2030408240507014700708617.21204908216.414761106813.61496作业 1305210.41352150367.21080170265.2804190183.668421010242023020.472作业第二章微胶囊造粒技术微胶囊造粒技术 微胶囊造粒技微胶囊造粒技术利用天然和合成高分子材料，利用天然和合成高分子材料，将分散固体、液体或气体物将分散固体、液体或气体物质封装包埋在一种封装包埋在一种微型胶囊内形成一种固体微粒微型胶囊内形成一种固体微粒产品的技品的技术。作。作为一种食品加工新技一种食品加工新技术，在食品工，在食品工业中中发挥重重要作用。要作用。微胶囊功能微胶囊功能1、改、改变物料的理化性物料的理化性质（1）固体化利于加工、）固体化利于加工、储藏和运藏和运输（2）改）改变物料密度或体物料密度或体积（3）改）改变物物质性能性能第二章微胶囊造粒技术微胶囊造粒技术 2、隔离物料、隔离物料间相互作用，保相互作用，保护敏感性物敏感性物料料3、掩蔽不良、掩蔽不良风味、降低味、降低挥发性性4、控制、控制释放放5、降低、降低对健康的危害，减少毒副作用健康的危害，减少毒副作用第一节概论概论一、微胶囊造粒基本概念一、微胶囊造粒基本概念 微胶囊：一种具有聚合物壁壳的微型容器或包装微胶囊：一种具有聚合物壁壳的微型容器或包装物。物。 微胶囊造粒技微胶囊造粒技术：利用天然和合成高分子材料，：利用天然和合成高分子材料，将分散固体、液体或气体物将分散固体、液体或气体物质封装包埋在一种微封装包埋在一种微型胶囊内形成一种固体微粒型胶囊内形成一种固体微粒产品的技品的技术。大小、形状和大小、形状和结构：构：11000um，小于，小于1um(纳米胶囊），大于米胶囊），大于1000um（大胶囊）（大胶囊）球形、粒状、球形、粒状、块状、状、肾形、不形、不规则状。状。单核、多核、双壁或多膜微胶囊、复合微胶囊核、多核、双壁或多膜微胶囊、复合微胶囊第一节概论概论(一）芯材：微胶囊内部装芯材：微胶囊内部装载的物料（囊芯的物料（囊芯物料），涉及所有食品物料、微生物和物料），涉及所有食品物料、微生物和酶等。等。（1）生物活性物）生物活性物质（2）氨基酸）氨基酸（3）矿物元素和物元素和维生素生素（4）油脂和食品添加）油脂和食品添加剂（5）微生物）微生物细胞和胞和酶制制剂第一节概论概论（二）壁材（膜材）（二）壁材（膜材）外部包囊的壁膜材料外部包囊的壁膜材料选择原原则：1、能与芯材配伍但不、能与芯材配伍但不发生化学反生化学反应2、满足食品足食品卫生安全要求生安全要求3、具、具备适当的物化性适当的物化性质渗透性、溶解性渗透性、溶解性和和稳定性等。定性等。第一节概论概论 壁材：天然和人工合成高分子材料壁材：天然和人工合成高分子材料（1）植物胶）植物胶（2）多糖）多糖（3）淀粉及其改性）淀粉及其改性产品品（4）纤维素素（5）蛋白）蛋白质（6）聚合物）聚合物（7）类脂物脂物第一节概论概论二、微胶囊造粒的步二、微胶囊造粒的步骤和分和分类（一）微胶囊造粒的步（一）微胶囊造粒的步骤微胶囊化微胶囊化过程：程：1、芯材、芯材悬浮浮 芯材分散于微胶囊化的介芯材分散于微胶囊化的介质中。中。2、三相体系建立、三相体系建立 将壁材分散于含芯材的介将壁材分散于含芯材的介质中形中形成三相体系。成三相体系。3、聚合物沉、聚合物沉积通通过某种微胶囊化方法，使壁材某种微胶囊化方法，使壁材聚集、沉聚集、沉积或包覆在分散芯材周或包覆在分散芯材周围，形成初，形成初级微微胶囊。胶囊。4、囊壁固化、囊壁固化囊壁不囊壁不稳定，需通定，需通过物理化学方法物理化学方法处理，提高其机械理，提高其机械强度。度。第一节概论概论（二）微胶囊造粒方法（二）微胶囊造粒方法微胶囊造粒方法：物理、物理化学和化学微胶囊造粒方法：物理、物理化学和化学1、物理法、物理法喷雾干燥法、干燥法、喷雾凝凝冻法、空气法、空气悬浮法、真空浮法、真空蒸蒸发沉沉积法、静法、静电结合法、多孔离心法等。合法、多孔离心法等。2、物化法、物化法相分离法、囊芯交相分离法、囊芯交换法、法、挤压法、法、锐孔法、粉末孔法、粉末床法、熔化分散法、复相乳液法。床法、熔化分散法、复相乳液法。3、化学法、化学法界面聚合法、原位聚合法、分子包囊法、界面聚合法、原位聚合法、分子包囊法、辐射包射包囊法。囊法。第一节概论概论三、三、释放放类型型芯材芯材释放是基于一种或几种控制机制（放是基于一种或几种控制机制（时间、地点、速率特定条件下）。地点、速率特定条件下）。瞬瞬间释放和放和缓慢慢释放两大放两大类。瞬瞬间释放方法（破坏囊壁）：放方法（破坏囊壁）：1、物理方法：机械、物理方法：机械压碎、摩擦；加碎、摩擦；加热熔化，熔化，微波、超声波等。微波、超声波等。2、化学方法：溶、化学方法：溶剂溶溶胀或溶解、膨或溶解、膨胀剂、萃、萃取、取、pH变化等化等3、生化方法：、生化方法：酶反反应第一节概论概论 缓释胶囊胶囊释放：一般芯材通放：一般芯材通过溶解、渗透、溶解、渗透、扩散方式散方式经半透囊壁半透囊壁缓慢慢释放。放。四、微胶囊分四、微胶囊分类据据释放放类型型 1、缓释型微胶囊型微胶囊 2、压敏型微胶囊敏型微胶囊 3、热敏型微胶囊敏型微胶囊 4、pH型微胶囊型微胶囊 5、膨、膨胀型微胶囊型微胶囊第一节概论概论五、微胶囊五、微胶囊产品的品的质量量评定定（一）囊形和粒径（一）囊形和粒径形状形状规则统一、大小均匀、粒径分布集中，一、大小均匀、粒径分布集中，满足足结构要求、不影响芯材构要求、不影响芯材释放。如双膜微胶放。如双膜微胶囊囊应界面清晰。粒径分布和界面清晰。粒径分布和计算同前章。算同前章。（二）（二）释放速率（溶出速率）放速率（溶出速率）微囊片微囊片剂：转篮法（法（50r/min）和改）和改进烧杯法杯法测定。定。（三）含量（三）含量测定定1、含、含挥发油油类芯材：蒸芯材：蒸馏法和索氏抽提法法和索氏抽提法2、溶、溶剂提取法提取法3、水提取法、水提取法第一节概论概论影响微囊影响微囊质量的因素量的因素1、影响胶囊大小因素、影响胶囊大小因素芯料芯料细度与性度与性质；壁材的性；壁材的性质；制；制备方法和条件（方法和条件（搅拌速度、温度）。拌速度、温度）。2、影响芯材、影响芯材释放的因素放的因素芯材理化性芯材理化性质（溶解性）、壁材性（溶解性）、壁材性质和和壁厚、制壁厚、制备方法和条件。方法和条件。第二节物理法微胶囊造粒技术物理法微胶囊造粒技术喷雾干燥、干燥、喷雾冻凝法、空气凝法、空气悬浮法浮法一、一、喷雾干燥法干燥法特点：特点：1、适合、适合热敏性物料微胶囊造粒敏性物料微胶囊造粒3、干燥速度快、干燥速度快、时间短短2、工、工艺简单，易，易实现工工业化生化生产，生，生产能力大。能力大。缺点：包埋率低，芯材易粘附于微囊表面；缺点：包埋率低，芯材易粘附于微囊表面；设备造价高，能耗大。造价高，能耗大。第二节物理法微胶囊造粒技术物理法微胶囊造粒技术（一）造粒原理（一）造粒原理芯材分散于已液化的壁材中混合芯材分散于已液化的壁材中混合均匀，将此混合物均匀，将此混合物经雾化器化器雾化成小液化成小液滴，此小液滴基本已形成湿胶囊，在滴，此小液滴基本已形成湿胶囊，在喷雾干燥室内使之与干燥室内使之与热气流直接接触，使气流直接接触，使溶解壁材的溶溶解壁材的溶剂瞬瞬间挥发除去，促使壁除去，促使壁膜形成与固化，形成一种膜形成与固化，形成一种颗粒粉末状微粒粉末状微胶囊胶囊产品。品。第二节物理法微胶囊造粒技术物理法微胶囊造粒技术造粒造粒质量取决于量取决于调制初始溶液制初始溶液过程。程。调制：由芯材和壁材和溶制：由芯材和壁材和溶剂制成溶液（初制成溶液（初始溶液）的始溶液）的过程。程。初始溶液性初始溶液性质不同，有三种不同，有三种类型型1、水溶液型、水溶液型壁材能溶于水，芯材壁材能溶于水，芯材为油状或固体非水溶油状或固体非水溶性。性。2、有机溶、有机溶剂型型壁材壁材为非水溶性聚合物，芯材非水溶性聚合物，芯材为疏水溶性疏水溶性或水溶性。或水溶性。第二节物理法微胶囊造粒技术物理法微胶囊造粒技术3、囊、囊浆型型囊囊浆型初始溶液：已微胶囊化的型初始溶液：已微胶囊化的浆状分状分散液。散液。双壁微胶囊：在囊双壁微胶囊：在囊浆型初始溶液加入聚型初始溶液加入聚合物合物经喷雾干燥可制得双壁微胶囊（微干燥可制得双壁微胶囊（微胶囊簇）。胶囊簇）。第二节物理法微胶囊造粒技术物理法微胶囊造粒技术（二）（二）喷雾微胶囊造粒装置微胶囊造粒装置装置装置组成成1、初始溶液、初始溶液调制系制系统（调配缸、胶体磨、均配缸、胶体磨、均质机等）机等）2、溶液、溶液输送系送系统（螺杆（螺杆泵，蠕，蠕动泵、雾化器）化器）3、空气加、空气加热输送系送系统（空气（空气过滤器、加器、加热器、器、风机）机）4、干燥系、干燥系统（干燥室）（干燥室）5、产品分离和气体品分离和气体净化系化系统（卸料器，粉末回（卸料器，粉末回收）收）第二节物理法微胶囊造粒技术物理法微胶囊造粒技术关关键装置：装置：雾化器（离心式、化器（离心式、压力式和气流式）力式和气流式）干燥室：干燥室： （锥形、平底、斜底）液滴与干燥介形、平底、斜底）液滴与干燥介质进行行热质传递和交和交换。工工艺：顺流、逆流、混合流（接触流流、逆流、混合流（接触流动方向）方向）顺流工流工艺特点：干燥效率高、特点：干燥效率高、产品品质量好。但回收困量好。但回收困难。逆流工逆流工艺特点：特点：热效率高，但已干燥物料与高温气体效率高，但已干燥物料与高温气体接触，不适合接触，不适合热敏性物料干燥。敏性物料干燥。混合工混合工艺特点：接触特点：接触紧密，接触面密，接触面积大，并有大，并有搅拌作拌作用，脱水效率高。用，脱水效率高。第二节物理法微胶囊造粒技术物理法微胶囊造粒技术产品性能品性能粒径粒径10300um;芯材填充量芯材填充量60（2030）；适于于水溶性和油溶性芯材包埋；）；适于于水溶性和油溶性芯材包埋；低沸点极性物低沸点极性物质包埋包埋较难（如乙酸乙（如乙酸乙酯）第二节物理法微胶囊造粒技术物理法微胶囊造粒技术二、二、喷雾冻凝法凝法1、原理：将芯材分散于熔融的壁材中，混、原理：将芯材分散于熔融的壁材中，混合物合物喷雾于冷空气流中，使囊膜凝固而于冷空气流中，使囊膜凝固而成微囊。成微囊。 与与喷雾干燥法比干燥法比较相同点：芯材分散于已液化的壁材中；相同点：芯材分散于已液化的壁材中；喷雾法造粒；法造粒；外界条件固化囊壁。外界条件固化囊壁。第二节物理法微胶囊造粒技术物理法微胶囊造粒技术不同点：不同点：壁材液化方式不同；壁材液化方式不同；壁膜固化手段不同；壁膜固化手段不同；2、材料、材料在室温下在室温下为固体，高温下能熔融的包固体，高温下能熔融的包埋材料。埋材料。3、适用范、适用范围：热敏感性芯材敏感性芯材第二节物理法微胶囊造粒技术物理法微胶囊造粒技术三、空气三、空气悬浮法浮法空气空气悬浮法是流浮法是流态化与微胶囊技化与微胶囊技术相相结合而合而形成的一种微胶囊造粒方法。形成的一种微胶囊造粒方法。流流态化技化技术：将固体：将固体颗粒与气体接触粒与气体接触转变为类似流体状似流体状态的技的技术。1、原理、原理当空气流速界于当空气流速界于临界流界流态化速度和化速度和悬浮速度之浮速度之间时，固体，固体颗粒在流化床所粒在流化床所产生的空气流中生的空气流中剧烈烈翻翻滚运运动，将壁材溶液以，将壁材溶液以喷雾形式形式喷射于射于颗粒粒表面，支持表面，支持悬浮浮颗粒的流气流使壁材溶液中的粒的流气流使壁材溶液中的溶溶剂蒸蒸发，使芯材上沉，使芯材上沉积壁膜，完成芯材的包壁膜，完成芯材的包埋和固化埋和固化过程。程。第二节物理法微胶囊造粒技术物理法微胶囊造粒技术2、装置、装置基本基本组成：直立的柱筒、流化床、成：直立的柱筒、流化床、喷雾管管见p65柱筒：成膜段和沉柱筒：成膜段和沉积段段当当颗粒粒进入沉入沉积段，空气流速减小，段，空气流速减小，颗粒降落返回至成膜段，然后再次粒降落返回至成膜段，然后再次进入沉入沉积段，如此循段，如此循环往复直至成膜厚度达到往复直至成膜厚度达到要求。要求。第二节物理法微胶囊造粒技术物理法微胶囊造粒技术3、适用范适用范围和特点和特点芯材芯材为固体固体颗粒，粒，细颗粒容易粒容易损失（空气失（空气流流带走）；若壁材走）；若壁材选择不当，易不当，易发生生颗粒粒凝聚形成大胶囊；胶囊易磨凝聚形成大胶囊；胶囊易磨损，造成外，造成外观粗糙。粗糙。壁厚均匀；生壁厚均匀；生产周期短；芯材含量高；壁周期短；芯材含量高；壁材用量少，可制材用量少，可制备多壁微胶囊。多壁微胶囊。第二节物理法微胶囊造粒技术物理法微胶囊造粒技术 包囊包囊产品的粒度品的粒度50 um左右。左右。4、材料、材料植物和植物和动物胶、淀粉及衍生物、物胶、淀粉及衍生物、纤维素衍素衍生物、蜡生物、蜡质类、脂肪酸、脂肪酸酯、脂肪醇等。、脂肪醇等。壁材形式：水溶液、溶壁材形式：水溶液、溶剂溶液、乳液、分溶液、乳液、分散液、散液、热熔融物。熔融物。第二节物理法微胶囊造粒技术物理法微胶囊造粒技术四、静四、静电结合法合法1、原理、原理如果两种如果两种带相反相反电荷的气溶胶（芯材和壁荷的气溶胶（芯材和壁材材颗粒）相互碰撞，由于静粒）相互碰撞，由于静电吸引作用而吸引作用而结合形成微胶囊。合形成微胶囊。2、形成微胶囊条件、形成微胶囊条件芯材和壁材芯材和壁材颗粒互不相溶；粒互不相溶；芯材和壁材芯材和壁材颗粒大小接近；粒大小接近；第二节物理法微胶囊造粒技术物理法微胶囊造粒技术壁材壁材颗粒可粒可润湿芯材湿芯材颗粒表面；粒表面；壁材表面壁材表面张力比芯材表面力比芯材表面张力低；力低；电导率率满足要求，保足要求，保证形成良好形成良好雾状状颗粒；粒；高高压电源可使源可使颗粒粒带电；喷雾器器喷射方向和速度恰当；射方向和速度恰当；空空间颗粒密度合适，提高粒密度合适，提高结合概率。合概率。第二节物理法微胶囊造粒技术物理法微胶囊造粒技术五、五、锅包法包法1、原理、原理利用糖衣利用糖衣锅对囊芯囊芯进行行滚制，用壁材包覆制，用壁材包覆形成微胶囊的方法。形成微胶囊的方法。2、设备糖衣糖衣锅：圆球形，直径球形，直径1m. 3、特点、特点第二节物理法微胶囊造粒技术物理法微胶囊造粒技术 操作操作简单、易于推广。形成微胶囊固体、易于推广。形成微胶囊固体颗粒粒较大（大于大（大于500um)，呈球形、易流，呈球形、易流动；干燥速率低、能源消耗大；适用于以粘干燥速率低、能源消耗大；适用于以粘度度较低的壁材溶液制低的壁材溶液制备较大球形大球形颗粒微粒微胶囊。胶囊。4、材料、材料芯材含糖和淀粉等物芯材含糖和淀粉等物质；蜡蜡质物物质（硬脂酸（硬脂酸单甘油甘油酯、白蜂蜡）、白蜂蜡）或明胶；或明胶；第三节物化法微胶囊造粒技术主要技主要技术：水相分离法、油相分离法、：水相分离法、油相分离法、囊芯交囊芯交换法、法、挤压法、法、锐孔法、粉末床孔法、粉末床法、熔化分散法和复相乳液法。法、熔化分散法和复相乳液法。一、水相分离法一、水相分离法相分离法（凝聚相分离法）：在含有相分离法（凝聚相分离法）：在含有芯材和壁材的初始溶液中，加入另一种芯材和壁材的初始溶液中，加入另一种物物质或溶或溶剂或采用其他方法使壁材的溶或采用其他方法使壁材的溶解度降低，从初始溶液中凝聚形成一个解度降低，从初始溶液中凝聚形成一个新相并分离出来。新相并分离出来。第三节物化法微胶囊造粒技术步步骤：1、三种互不相溶化学相、三种互不相溶化学相调制制将芯材相分散于含壁材聚合物的溶液中，将芯材相分散于含壁材聚合物的溶液中，聚合物的溶聚合物的溶剂称液体介称液体介质相。相。2、囊壁、囊壁层析出析出通通过改改变聚合物溶液温度、加入无机聚合物溶液温度、加入无机盐、沉淀溶沉淀溶剂、不配伍聚合物和、不配伍聚合物和诱发聚合物相聚合物相互作用等方法促互作用等方法促进壁材相形成。壁材相形成。第三节物化法微胶囊造粒技术3、囊壁、囊壁层的固化的固化利用壁材的物理化学性利用壁材的物理化学性质，通，通过加加热、高分子交高分子交联或去除溶或去除溶剂等方法来固化囊等方法来固化囊壁壁层。相分离法分相分离法分类：水相分水相分类法：凝聚相从水溶液中分离出法：凝聚相从水溶液中分离出来。来。油相分油相分类法：凝聚相从有机溶液中分离法：凝聚相从有机溶液中分离出来出来。第三节物化法微胶囊造粒技术水相分离法分水相分离法分类单凝聚法和复凝聚法（凝聚机理不同）凝聚法和复凝聚法（凝聚机理不同）（一）（一）单凝聚法凝聚法1、原理：以一种高分子壁材，将芯材分散在壁材水、原理：以一种高分子壁材，将芯材分散在壁材水溶液中，加入凝聚溶液中，加入凝聚剂（乙醇）等（乙醇）等亲水性非水性非电解解质或（硫酸或（硫酸钠溶液）溶液）强亲水性水性电解解质，使壁材胶粒，使壁材胶粒水合膜中水与凝聚水合膜中水与凝聚剂结合，造成壁材的溶解度降合，造成壁材的溶解度降低而凝聚分离出来，形成微胶囊。低而凝聚分离出来，形成微胶囊。第三节物化法微胶囊造粒技术适合范适合范围：非水溶性物：非水溶性物质的微胶囊化。的微胶囊化。常常见体系：水、明胶和醇；芯材不溶于水体系：水、明胶和醇；芯材不溶于水也不溶于醇。也不溶于醇。凝聚方法凝聚方法1、使用无机、使用无机盐的的单凝聚法凝聚法（1）明胶与无机）明胶与无机盐单凝聚法凝聚法盐析反析反应阴离子凝聚能力阴离子凝聚能力强于阳离子于阳离子第三节物化法微胶囊造粒技术（2）聚乙）聚乙烯醇与无机醇与无机盐的的单凝聚法凝聚法2、调节pH值的凝聚法的凝聚法高分子高分子电解解质电离与离与pH值有关。酪蛋白有关。酪蛋白（壁材）（壁材） 初始碱性加初始碱性加盐酸酸调节pH值促促进凝凝聚。聚。3、使用非溶、使用非溶剂的的单凝聚法凝聚法亲水性有机溶水性有机溶剂破坏水溶性高分子在水中破坏水溶性高分子在水中溶解作用。如乙醇溶解作用。如乙醇对明胶水溶液。明胶水溶液。第三节物化法微胶囊造粒技术4、使用、使用亲水性更水性更强的高分子的高分子单凝聚法凝聚法在高分子溶液中加入水溶性比它更在高分子溶液中加入水溶性比它更强的高的高分子分子浓溶液，从而引溶液，从而引发高分子高分子浓缩而凝聚，而凝聚，形成微胶囊。如甲基形成微胶囊。如甲基纤维素溶液中加入葡素溶液中加入葡聚糖聚糖浓溶液可引起甲基溶液可引起甲基纤维素凝聚。素凝聚。第三节物化法微胶囊造粒技术(二）复凝聚法二）复凝聚法1、原理：当一种、原理：当一种带正正电荷的胶体溶液与一荷的胶体溶液与一种种带负电荷的胶体溶液混合荷的胶体溶液混合时，由于，由于电荷中和作用形成一种复合物，使包埋材荷中和作用形成一种复合物，使包埋材料溶解度降低，从溶液中凝聚析出，形料溶解度降低，从溶液中凝聚析出，形成微胶囊。成微胶囊。复凝聚条件：两种聚合物离子复凝聚条件：两种聚合物离子电荷相反；荷相反；离子数量相等。离子数量相等。第三节物化法微胶囊造粒技术2、影响因素、影响因素影响凝聚相的构成和数量影响凝聚相的构成和数量体系体系pH，温度、，温度、浓度和度和盐含量含量3、明胶阿拉伯胶复凝聚法、明胶阿拉伯胶复凝聚法明胶：两性高分子明胶：两性高分子电解解质，等，等电点点pH=4-9 等等电点以下，点以下，带正正电荷的粒子荷的粒子等等电点以上，点以上，带负电荷的粒子荷的粒子阿拉伯胶：水中阿拉伯胶：水中带负电荷（荷（pH3除外除外)阴阴离子型高分子离子型高分子电解解质第三节物化法微胶囊造粒技术必要条件：必要条件：浓度度3%；pH35, 通常通常40 ；温度；温度过低可低可能形成能形成单凝胶；凝胶；体系中无机体系中无机盐含量低于含量低于临界界值。盐效效应抑制凝聚。抑制凝聚。第三节物化法微胶囊造粒技术制制备工工艺 1、芯材分散（疏水性固体和溶液）于明胶、芯材分散（疏水性固体和溶液）于明胶溶液。溶液。 2、复凝聚：加阿拉伯胶溶液、复凝聚：加阿拉伯胶溶液产生复凝聚作生复凝聚作用。用。控制工控制工艺：稀稀释法法其他条件不其他条件不变，加温水，加温水调节溶液溶液浓度。度。第三节物化法微胶囊造粒技术pH调节法法调节溶液溶液pH值，形成凝聚。，形成凝聚。温度温度调节法法壁材溶液保持壁材溶液保持浓度和度和pH最佳最佳调节，通，通过与芯材混合升温与芯材混合升温实现包埋。包埋。3、固化：凝聚、固化：凝聚过程可逆程可逆固化方法：化学交固化方法：化学交联醛（甲（甲醛、戊二、戊二醛）+ 明胶明胶醛化蛋化蛋白白质第三节物化法微胶囊造粒技术 金属螯合金属螯合盐（硫酸（硫酸铜、明、明矾）；）；单宁酸、宁酸、五倍子酸及其五倍子酸及其铁盐反反应；氧化交；氧化交联和和羧甲基甲基纤维素素钠处理。理。4、后、后处理：理：醛可使壁膜微交可使壁膜微交联，但仍具，但仍具亲水性，易溶水性，易溶胀，在不絮集情况下，在不絮集情况下难干燥。干燥。降低降低亲水性：低水性：低pH下甲下甲醛处理提高交理提高交联度，降低溶度，降低溶胀性。性。第三节物化法微胶囊造粒技术特点：特点：材料无毒、易降解，使用材料无毒、易降解，使用简便，芯材与壁材便，芯材与壁材调节范范围大，适于非极性易大，适于非极性易挥发油性液体包埋。油性液体包埋。壁材：壁材：阴离子高分子物阴离子高分子物质：褐藻酸：褐藻酸钠、琼脂、脂、羧甲基甲基纤维素素钠；阳离子高分子物阳离子高分子物质：酪蛋白、聚乙：酪蛋白、聚乙烯吡咯吡咯烷酮。第三节物化法微胶囊造粒技术二、油相分离法二、油相分离法1、原理：以有机溶、原理：以有机溶剂溶解壁材聚合物，溶解壁材聚合物，加入水溶性芯材加入水溶性芯材调成三种互不相溶的化学成三种互不相溶的化学相，通相，通过絮凝絮凝剂或其他方法使壁材相溶解或其他方法使壁材相溶解度降低而凝聚出来，度降低而凝聚出来，实现微胶囊化。微胶囊化。2、基本方法、基本方法溶溶剂非溶非溶剂法法第三节物化法微胶囊造粒技术非溶非溶剂指与有机溶指与有机溶剂相相结合的沉淀溶合的沉淀溶剂。将可凝胶的聚合物乳化分散在有机溶将可凝胶的聚合物乳化分散在有机溶剂中，中，形成凝胶聚合物液滴，然后加入非溶形成凝胶聚合物液滴，然后加入非溶剂（有机溶（有机溶剂或水），使聚合物沉淀于液滴或水），使聚合物沉淀于液滴上。上。如以水作如以水作为非溶非溶剂，芯材水溶液使用疏水，芯材水溶液使用疏水性有机溶性有机溶剂（丙（丙酮）。）。第三节物化法微胶囊造粒技术2、加入高分子聚合物的油相分离法、加入高分子聚合物的油相分离法聚合物引聚合物引发与温度引与温度引发相相结合工合工艺。首。首先制先制备聚合物稀溶液，然后加入另一种聚合物稀溶液，然后加入另一种聚合物引聚合物引发相分离，随温度升高，相分离，随温度升高，亲水水性成膜聚合物溶解性降低，形成微胶囊。性成膜聚合物溶解性降低，形成微胶囊。第三节物化法微胶囊造粒技术改改变温度的油相分离法温度的油相分离法一种壁材，室外基本不溶，高温溶解度一种壁材，室外基本不溶，高温溶解度较大，改大，改变温度使聚合物相分离成凝聚液滴，包埋芯材。温度使聚合物相分离成凝聚液滴，包埋芯材。特点：特点：适合制适合制备水溶性芯材微胶囊。水溶性芯材微胶囊。缺点：缺点：难于完全去除溶于完全去除溶剂和非溶和非溶剂；溶；溶剂用量大，用量大，安全不易保障；工安全不易保障；工艺控制控制难（非溶（非溶剂和和变温工温工艺控制瞬控制瞬间析出析出难），），应用有限。用有限。第三节物化法微胶囊造粒技术三、挤压法与法与锐孔法孔法原理相似：通原理相似：通过模模头（锐孔）在孔）在压力作用下力作用下成型；但成型；但挤压法需二次成型。法需二次成型。（一）（一）挤压法法1、原理：将芯材混、原理：将芯材混悬于液化的碳水化合物中于液化的碳水化合物中（糖与水解淀粉混合物），通（糖与水解淀粉混合物），通过系列模孔系列模孔挤入入凝固液中，冷却固化形成凝固液中，冷却固化形成细丝状微胶囊初状微胶囊初级产品，在品，在搅拌作用下打断形成拌作用下打断形成细小棒状小棒状产品。品。第三节物化法微胶囊造粒技术壁材：玉米糖壁材：玉米糖浆粉、葡萄糖等粉、葡萄糖等凝固液：异丙醇等醇凝固液：异丙醇等醇类挤压法装置：法装置：p80 2、特点：适合、特点：适合热不不稳定油溶性和水溶性香料、定油溶性和水溶性香料、维生素、色素包埋；生素、色素包埋；产品保品保质期期长。（二）（二）锐孔法孔法 1、原理：含芯材的聚合物溶液（壁材）或熔融、原理：含芯材的聚合物溶液（壁材）或熔融的混合物，的混合物，预先通先通过锐孔成型，然后孔成型，然后进入固化入固化液固化或冷却形成微胶囊。液固化或冷却形成微胶囊。第三节物化法微胶囊造粒技术第三节物化法微胶囊造粒技术壁材：海藻酸壁材：海藻酸钠、蜡、脂肪、蜡、脂肪固化液或冷却气体：固化液或冷却气体：CaCl2水溶液水溶液成型装置：成型装置：锐孔基本孔基本类型型 p811、一根管或、一根管或喷嘴嘴组成成 2、同、同轴内外管内外管组成的双成的双锐孔孔结构构3、双、双锐孔孔结构，但内管末端位于外管末端构，但内管末端位于外管末端上部。上部。第三节物化法微胶囊造粒技术第三节物化法微胶囊造粒技术4、改、改进型：利用离心力，使型：利用离心力，使较大液滴大液滴变成成细小液滴。小液滴。特点：微胶囊大小可特点：微胶囊大小可调，生，生产效率提高。效率提高。对热熔融壁材常用此法生熔融壁材常用此法生产，要求，要求壁材粘度不高，能快速固化。壁材粘度不高，能快速固化。工工艺差差别：旋：旋转悬浮分离浮分离旋旋转盘制制备壁材包埋芯材壁材包埋芯材颗粒，在制粒，在制造室固化形成微胶囊。造室固化形成微胶囊。第三节物化法微胶囊造粒技术第三节物化法微胶囊造粒技术四、囊芯交四、囊芯交换法法复合凝聚法不能复合凝聚法不能实现对水溶性芯材包埋。水溶性芯材包埋。1、原理：、原理：先通先通过复凝聚法复凝聚法实现对非极性溶非极性溶剂（油性成（油性成分）分）进行包埋，在固化之前囊壁尚保持渗透性，行包埋，在固化之前囊壁尚保持渗透性，用极性溶用极性溶剂（水溶性成分）置（水溶性成分）置换囊芯中非极性囊芯中非极性溶溶剂，实现对水溶性芯材包埋，交水溶性芯材包埋，交换完成后，完成后，用非溶用非溶剂处理胶囊，使囊壁固化理胶囊，使囊壁固化变成非渗透性。成非渗透性。第三节物化法微胶囊造粒技术第三节物化法微胶囊造粒技术2、特点：、特点：适合于兼含水溶性和油溶性成分芯材包适合于兼含水溶性和油溶性成分芯材包埋；埋；注意：交注意：交换溶溶剂水溶性芯材溶解于极性水溶性芯材溶解于极性有机溶有机溶剂中，中，该溶溶剂介介电常数不能超常数不能超过20，否，否则溶溶剂进入量入量过大，易造成胶囊破裂。大，易造成胶囊破裂。第三节物化法微胶囊造粒技术第三节物化法微胶囊造粒技术五、复相乳液法（五、复相乳液法（挥发溶溶剂沉沉积法）法）原理：将壁材和芯材混合物以微滴状原理：将壁材和芯材混合物以微滴状态分散到介分散到介质（挥发性）中，然后性）中，然后挥发除除去分散液滴中的溶去分散液滴中的溶剂形成囊壁。形成囊壁。挥发除去介除去介质方法：方法：加加热、减、减压、溶、溶剂萃取、冷萃取、冷冻干燥干燥水中干燥法（水中干燥法（W/O/W复相乳液法复相乳液法)和油和油中干燥法中干燥法(O/W/O复相乳液法复相乳液法)第三节物化法微胶囊造粒技术第三节物化法微胶囊造粒技术（一）水中干燥法（一）水中干燥法1、原理：、原理：选择一种与水不混溶溶一种与水不混溶溶剂，其沸，其沸点低于水的点低于水的挥发性溶性溶剂，将壁材溶于，将壁材溶于该溶溶剂中，然后芯材水溶液分散于上述溶中，然后芯材水溶液分散于上述溶液中，形成液中，形成W/O（油包水）型乳化液；（油包水）型乳化液；然后加入含保然后加入含保护胶体胶体稳定的水溶液，形定的水溶液，形成成W/O/W型复相乳液，中型复相乳液，中搅拌作用下，拌作用下，加加热或减或减压等方法，等方法，挥发去除有机溶去除有机溶剂，使壁材溶液使壁材溶液浓缩沉沉积固化形成囊壁固化形成囊壁层。第三节物化法微胶囊造粒技术第三节物化法微胶囊造粒技术2、工工艺要点要点保持保持W/O/W型复相乳液型复相乳液稳定，避免影定，避免影响响产率和率和发生逆向生逆向转化化释放芯材。放芯材。方法：加入保方法：加入保护性胶体水溶液；加入阴性胶体水溶液；加入阴离子型表面活性离子型表面活性剂。3、材料、材料壁材：乙基壁材：乙基纤维素，聚苯乙素，聚苯乙烯溶溶剂：苯、四：苯、四氯化碳、乙酸乙化碳、乙酸乙酯胶体材料：明胶、聚乙胶体材料：明胶、聚乙烯醇醇第三节物化法微胶囊造粒技术第三节物化法微胶囊造粒技术4、特点、特点壁材高分子壁材高分子为线性性结构，形成囊壁有微构，形成囊壁有微孔，可允孔，可允许透透过小分子物小分子物质（如水、无机（如水、无机盐），不能透），不能透过大分子物大分子物质（蛋白（蛋白质），），适合包埋适合包埋酶、细胞等。胞等。缺点：壁材溶缺点：壁材溶剂去除去除时间长。第三节物化法微胶囊造粒技术第三节物化法微胶囊造粒技术（二）油中干燥法（二）油中干燥法1、原理：先将芯材、原理：先将芯材(油溶性）乳化在聚合物油溶性）乳化在聚合物水溶液中形成水溶液中形成O/W型乳化液，然后将其分型乳化液，然后将其分散到散到稳定的油性材料（液体石蜡、油）中定的油性材料（液体石蜡、油）中形成形成O/W/O型复相乳液，型复相乳液，经冷冷冻、干燥等、干燥等脱出水形成囊壁脱出水形成囊壁层。2、特点：适合油溶性芯材微胶囊化。、特点：适合油溶性芯材微胶囊化。注意：同注意：同样需避免需避免发生相生相转化。化。第三节物化法微胶囊造粒技术第三节物化法微胶囊造粒技术（三）复相乳液法特点：（三）复相乳液法特点：方法方法简单、反、反应条件温和、无需特殊条件温和、无需特殊设备和反和反应试剂；微胶囊小；缺点是反；微胶囊小；缺点是反应时间长，不易控制，不易控制，产量量较低。低。第四节化学法微胶囊造粒技术第四节化学法微胶囊造粒技术建立在化学反建立在化学反应基基础上的微胶囊造粒技上的微胶囊造粒技术。主要有：界面聚合法、原位聚合法、。主要有：界面聚合法、原位聚合法、分子包囊法和分子包囊法和辐射包囊法。射包囊法。一、界面聚合法一、界面聚合法1、原理：利用分散相（水相）和、原理：利用分散相（水相）和连续相相（有机相）中的溶解（有机相）中的溶解单体，在液液相体，在液液相界面界面产生聚合反生聚合反应（缩聚反聚反应和加聚反和加聚反应）生成高分子聚合物（壁材），）生成高分子聚合物（壁材），实现对芯材包埋。芯材包埋。第四节化学法微胶囊造粒技术第四节化学法微胶囊造粒技术缩聚反聚反应：链增增长过程中，包括程中，包括单体与体与增增长链之之间以及各种低聚物之以及各种低聚物之间的的缩合合反反应。加聚反加聚反应：单体与增体与增长链之之间的的缩合反合反应。2、材料：、材料：单体：二元体：二元酰氯、二元、二元氯代甲酸代甲酸酯（溶（溶 于有机相）于有机相）二元胺、二元酚（溶于水二元胺、二元酚（溶于水相）相）第四节化学法微胶囊造粒技术第四节化学法微胶囊造粒技术二元二元酰氯二元胺二元胺聚聚酰胺胺二元二元酰氯二元酚二元酚聚聚酯二元二元氯代甲酸代甲酸酯 二元胺二元胺聚氨聚氨酯2、特点：、特点：界面反界面反应速度快，囊壁薄，具有半透性；囊壁可速度快，囊壁薄，具有半透性；囊壁可塑性小，不易塑性小，不易变性；胶囊大小均匀，粒径可控；性；胶囊大小均匀，粒径可控；不适合不适合对酸敏感物料（反酸敏感物料（反应产酸）和食品物料酸）和食品物料（单体残存）包埋。体残存）包埋。第四节化学法微胶囊造粒技术第四节化学法微胶囊造粒技术二、原位聚合法二、原位聚合法（一）原理（一）原理利用一种利用一种单体在催化体在催化剂作用下作用下发生聚合反生聚合反应生成聚合物膜包埋芯材，生成聚合物膜包埋芯材，实现芯材的微胶囊化。芯材的微胶囊化。（二）与界面聚合法区（二）与界面聚合法区别1、单体和催化体和催化剂位于芯材液滴的内部或外部，位于芯材液滴的内部或外部，形成聚合物不可溶；固体芯材原位聚合，形成聚合物不可溶；固体芯材原位聚合，单体体和催化和催化剂位于微胶囊介位于微胶囊介质中；中；第四节化学法微胶囊造粒技术第四节化学法微胶囊造粒技术 芯材芯材为液体液体时，单体和催化体和催化剂位于芯材液滴位于芯材液滴的内部或位于微胶囊化的介的内部或位于微胶囊化的介质中；中；单体来体来源于微胶囊化介源于微胶囊化介质，包括水、有机溶，包括水、有机溶剂或或气体。气体。2、界面聚合由两种、界面聚合由两种单体反体反应生成薄膜。它生成薄膜。它们分分别位于芯材液滴内部和外部，分散相和位于芯材液滴内部和外部，分散相和连续相均是活性相均是活性单体的体的库源。源。第四节化学法微胶囊造粒技术第四节化学法微胶囊造粒技术3、反、反应类型型（1）均聚反）均聚反应：一种：一种单体加成聚合形成高分子体加成聚合形成高分子聚合物的反聚合物的反应。产物分子量超物分子量超过一定，不溶于一定，不溶于溶溶剂。（2）共聚反）共聚反应：两种：两种单体加成聚合形成高分子体加成聚合形成高分子聚合物的反聚合物的反应。（3）缩聚反聚反应：与界面聚合反：与界面聚合反应不同，由一种不同，由一种多官能多官能团的的单体或其低聚合度的体或其低聚合度的预聚体自身聚体自身缩合形成高分子聚合物的反合形成高分子聚合物的反应。第四节化学法微胶囊造粒技术第四节化学法微胶囊造粒技术4、特点、特点反反应需使用催化需使用催化剂，反，反应时间一般一般较长，控制聚合物沉控制聚合物沉积较困困难，实际应用少。用少。三、分子包囊法三、分子包囊法1、原理：利用、原理：利用环糊精作糊精作为包囊介包囊介质，一，一种分子水平上形成的微胶囊。种分子水平上形成的微胶囊。第四节化学法微胶囊造粒技术第四节化学法微胶囊造粒技术2、环糊精性能糊精性能含含7个吡喃葡萄糖个吡喃葡萄糖单元，分子具有立体元，分子具有立体结构，空腔外表面具有一定构，空腔外表面具有一定亲水性，空腔内水性，空腔内部表部表现为非极性和疏水性。可利用其疏水非极性和疏水性。可利用其疏水性和空性和空间体体积匹配效匹配效应，与一定大小、形，与一定大小、形状和疏水性分子通状和疏水性分子通过非共价相互作用形成非共价相互作用形成稳定包埋物。有限溶解性定包埋物。有限溶解性第四节化学法微胶囊造粒技术第四节化学法微胶囊造粒技术2、制、制备微胶囊方法微胶囊方法包囊物形成条件：水存在包囊物形成条件：水存在时，通，通过置置换反反应，非极性的分子置，非极性的分子置换由由环糊精非极糊精非极性基性基团占据的水分子。占据的水分子。（1） 环糊精水溶液中反糊精水溶液中反应制制备15 环糊精水溶液（糊精水溶液（70），），加芯材溶液，降温冷却，沉淀析出，加芯材溶液，降温冷却，沉淀析出，过滤干燥。干燥。第四节化学法微胶囊造粒技术第四节化学法微胶囊造粒技术（2）直接与）直接与环糊精糊精浆液混合液混合芯材与固体芯材与固体环糊精混合，加水糊精混合，加水调制成制成糊，糊，搅拌干燥。拌干燥。（3）芯材蒸汽通入）芯材蒸汽通入环糊精水溶液糊精水溶液油性芯材蒸汽通入油性芯材蒸汽通入环糊精水溶液反糊精水溶液反应，形成微胶囊。形成微胶囊。第四节化学法微胶囊造粒技术第四节化学法微胶囊造粒技术3、特点、特点芯材含量芯材含量615，无味晶体状，可，无味晶体状，可缓释，包埋均匀牢固，吸湿性低，便于包埋均匀牢固，吸湿性低，便于长期保藏。期保藏。缺点是缺点是对包埋分子大小要求包埋分子大小要求较高（与空腔高（与空腔大小相近），原料价格大小相近），原料价格较高，溶解度有限。高，溶解度有限。四、四、辐射包囊法射包囊法1、原理、原理第四节化学法微胶囊造粒技术第四节化学法微胶囊造粒技术 以聚乙以聚乙烯醇或明胶醇或明胶为壁材，利用壁材，利用r-射射线、x-射射线或或电子束子束进行行辐照使壁材在乳照使壁材在乳浊液液状状态发生交生交联，形成球状，形成球状实体胶囊，浸体胶囊，浸泡于芯材水溶液中吸收芯材，干燥得微泡于芯材水溶液中吸收芯材，干燥得微胶囊胶囊产品。品。 2、特点、特点成型容易，胶囊大小成型容易，胶囊大小50um以下，适合以下，适合于水溶性芯材包埋，于水溶性芯材包埋，辐射要求高，推广射要求高，推广应用用难。第五节微胶囊造粒技术进展第五节微胶囊造粒技术进展一、一、纳米胶囊制米胶囊制备纳米胶囊：米胶囊：11000nm，具有独特性，具有独特性质，如，如药物物纳米胶囊具有良好的靶向性和米胶囊具有良好的靶向性和缓释作用。作用。（一）乳液聚合法（一）乳液聚合法1、原理、原理在表面活性在表面活性剂、乳化、乳化剂存在的条件下，利用存在的条件下，利用机械机械搅拌或拌或强烈振烈振动方法将不溶于溶方法将不溶于溶剂的的单体体分散于溶分散于溶剂中形成乳中形成乳浊液，利用引液，利用引发剂引引发聚聚合反合反应。关关键：利用上述方法将：利用上述方法将单体和芯材分散到体和芯材分散到纳米米级。第五节微胶囊造粒技术进展第五节微胶囊造粒技术进展2、体系、体系组成：分散介成：分散介质（水和有机溶（水和有机溶剂）、）、单体、体、乳化乳化剂、引、引发剂。3、基本、基本过程程聚合反聚合反应在含芯材和增溶（在含芯材和增溶（单体体“溶解溶解”于胶束于胶束内部）内部）单体的表面活性体的表面活性剂胶束之胶束之间进行。聚合反行。聚合反应引引发后，胶束内后，胶束内单体迅速形成聚合物，同体迅速形成聚合物，同时胶胶束外束外单体体扩散入胶束散入胶束继续聚合。胶束外乳化聚合。胶束外乳化剂亲水膜保水膜保证纳米胶束内聚合物胶粒米胶束内聚合物胶粒稳定和均匀分散。定和均匀分散。第五节微胶囊造粒技术进展第五节微胶囊造粒技术进展二、糖玻璃胶囊化技二、糖玻璃胶囊化技术糖玻璃是糖玻璃是结晶糖加晶糖加热熔化熔化经快速冷却后，快速冷却后，转化化为透明的非晶体、无定型玻璃透明的非晶体、无定型玻璃态固体。固体。影响熔融所需温度的因素：影响熔融所需温度的因素：1、分子、分子结构构2、水分含量、水分含量第五节微胶囊造粒技术进展第五节微胶囊造粒技术进展水的作用：溶水的作用：溶剂，促，促进熔融、降低内聚力，熔融、降低内聚力，加快液化糖形成；增塑加快液化糖形成；增塑剂，一定程度上提，一定程度上提高活性和自由度，重高活性和自由度，重组回复到晶体状回复到晶体状态。玻璃化玻璃化转变温度：糖玻璃加温度：糖玻璃加热到某一到某一临界温界温度，在水作用下，糖分子可重度，在水作用下，糖分子可重组形成形成结晶。晶。糖玻璃所糖玻璃所处温度越低于温度越低于转变温度，其温度，其稳定定性越高，芯材保性越高，芯材保护性越性越强。第五节微胶囊造粒技术进展第五节微胶囊造粒技术进展三、改性三、改性环糊精糊精化学改性：提高化学改性：提高环糊精溶解性和芯材糊精溶解性和芯材稳定性。定性。烷基化改性（甲基化改性，水溶性大于基化改性（甲基化改性，水溶性大于30）和）和羟烷基化改性（基化改性（羟乙基和乙基和羟丙基化，丙基化，水溶性大于水溶性大于50）。在保）。在保护易易挥发性芯材、性芯材、除不良成分方面除不良成分方面2羟丙基丙基环糊精最佳。糊精最佳。第六节微胶囊造粒技术应用第六节微胶囊造粒技术应用应用：用：1、酶或或细胞的固定化胞的固定化2、液体、液体产品的固体粉末化品的固体粉末化3、食品成分和添加、食品成分和添加剂的胶囊化的胶囊化第六节微胶囊造粒技术应用第六节微胶囊造粒技术应用一、微胶囊造粒技微胶囊造粒技术在固定化在固定化酶和固定化和固定化细胞上的胞上的应用用（一）固定化（一）固定化酶的特点的特点1、优点点（1）产物与底物易分离物与底物易分离（2）可）可长时间反复分批或装柱反复分批或装柱连续反反应（3）提高）提高酶稳定性定性（4）反）反应过程可控程可控（5）简化提化提纯工工艺第六节微胶囊造粒技术应用第六节微胶囊造粒技术应用（6）较水溶性水溶性酶更适合多更适合多酶反反应（7）提高得率，提高）提高得率，提高产物物质量量（8）降低生）降低生产成本成本2、固定化、固定化细胞胞优点点（1）省去）省去酶分离分离（2）无需）无需辅酶再生再生（3）细胞生胞生长停滞停滞时间短短（4）细胞多，反胞多，反应快快第六节微胶囊造粒技术应用第六节微胶囊造粒技术应用（5）抗）抗污染能力染能力强（6）可）可实现连续化化发酵酵（7）分离提）分离提纯无需去除无需去除细胞胞（8）提高）提高细胞胞稳定性定性（9）可反复）可反复连续使用，使用，节约养料消耗养料消耗（10）避免反）避免反馈抑制和抑制和产物消耗物消耗3、缺点：、缺点：（1）菌体自溶影响）菌体自溶影响产物物纯度度（2）细胞蛋白胞蛋白酶对产物分解物分解（3）细胞多胞多酶引起副引起副产物形成物形成（4）细胞膜造成底物渗透和胞膜造成底物渗透和扩散散第六节微胶囊造粒技术应用第六节微胶囊造粒技术应用（二）微胶囊化（二）微胶囊化酶实例例实例例1：除去啤酒中的奶油异味（丁二：除去啤酒中的奶油异味（丁二酮的气味）的气味）方法：加少量双乙方法：加少量双乙酰还原原酶。但在啤酒。但在啤酒的的pH范范围（3.9-4.4），双乙），双乙酰还原原酶的的协同因子（同因子（还原原态烟烟酰胺腺胺腺嘌呤双核苷呤双核苷酸）易酸解失效。通酸）易酸解失效。通过微胶囊包埋保微胶囊包埋保护双乙双乙酰还原原酶及及协同因子。同因子。第六节微胶囊造粒技术应用第六节微胶囊造粒技术应用 明胶包埋工明胶包埋工艺：4g双乙双乙酰还原原酶和和1.6g协同同因子在因子在3040下加水形成下加水形成25的的浆状液，状液，加入加入100g25的明胶溶液，的明胶溶液，搅拌分散于拌分散于200ml矿物油中形成油包水型乳液，混合物油中形成油包水型乳液，混合物冷却至物冷却至1020 ，加入，加入200ml乙醇（非乙醇（非溶溶剂），形成明胶包埋），形成明胶包埋酶微胶囊。微胶囊。过滤，洗洗涤（正己（正己烷），流化床干燥（），流化床干燥（510 ），得），得711水分的水分的产品。品。第六节微胶囊造粒技术应用第六节微胶囊造粒技术应用应用：用：100ml啤酒加入啤酒加入14g 酶微胶囊，即使保持微胶囊，即使保持2低温，低温，24h后啤酒中的丁二后啤酒中的丁二酮含量由含量由 0.65mg/ml 降至降至0.38mg/ml。第六节微胶囊造粒技术应用第六节微胶囊造粒技术应用实例例2：壳聚糖：壳聚糖纳米胶囊固定米胶囊固定-淀粉淀粉酶 原理：利用壳聚糖和三聚磷酸原理：利用壳聚糖和三聚磷酸钠两相混合物两相混合物之之间的离子静的离子静电作用力相互凝作用力相互凝结，其中一，其中一相是壳聚糖，另一相相是壳聚糖，另一相为三聚磷酸三聚磷酸纳盐，使，使阳离子基阳离子基团的氨基和阴离子基的氨基和阴离子基团的相互作的相互作用形成微粒。用形成微粒。（离子凝胶化法）离子凝胶化法）第六节微胶囊造粒技术应用第六节微胶囊造粒技术应用 制制备工工艺：在壳聚糖：在壳聚糖浓度度/三聚磷酸三聚磷酸钠浓度度为3/1条件下混合条件下混合获得得纳米胶囊。米胶囊。-淀淀粉粉酶在三聚磷酸在三聚磷酸钠溶液中。溶液中。第六节微胶囊造粒技术应用第六节微胶囊造粒技术应用固定固定-淀粉淀粉酶性能：性能：1、 固定固定酶在在50-70温度范温度范围内均表内均表现出出较高的活力。高的活力。酶在固定前后的最适在固定前后的最适pH范范围都在都在5.5-7.5。2、在、在70和和80条件下，固定条件下，固定酶比游离比游离酶的的酶活力活力损失小。在失小。在4和和34储藏藏4天天时间后，固后，固定定酶的活力分的活力分别降低了降低了6.1%，9.1%，而游离，而游离酶的活力分的活力分别降低了降低了13.5%，22.1%。酶纳米米胶囊固定化以后表胶囊固定化以后表现出了比游离出了比游离酶高的高的热稳定定性和性和储藏藏稳定性。定性。 第六节微胶囊造粒技术应用第六节微胶囊造粒技术应用固定化固定化细胞胞实例例利用微胶囊化利用微胶囊化细胞生胞生产L天冬氨酸天冬氨酸见p93第六节微胶囊造粒技术应用第六节微胶囊造粒技术应用二、二、传统液体液体产品的粉末化品的粉末化实例例1：传统酥油茶是以酥油（青藏高原酥油茶是以酥油（青藏高原牦牛牛乳中提乳中提炼的乳脂肪）、的乳脂肪）、砖茶汁茶汁为主要原料主要原料并并辅以适量食以适量食盐、牛奶等，通、牛奶等，通过搅拌混合拌混合制成的制成的饮料，它集酥油和茶的料，它集酥油和茶的营养于一体，养于一体，营养价养价值高，高，风味味浓郁独特，深受广大藏郁独特，深受广大藏族等兄弟民族喜族等兄弟民族喜爱。第六节微胶囊造粒技术应用第六节微胶囊造粒技术应用 酥油茶制作仍然沿用酥油茶制作仍然沿用传统加工方式，加工水加工方式，加工水平低，加工手段落后，且平低，加工手段落后，且产品品卫生生质量不量不稳定，食用不便，不易保藏，定，食用不便，不易保藏，难以推向市以推向市场。研制研制营养丰富、食用方便、耐保藏的速溶养丰富、食用方便、耐保藏的速溶微胶囊酥油茶粉。微胶囊酥油茶粉。工艺流程壁材、茶汁、蔗糖脂、卵磷脂、奶粉、壁材、茶汁、蔗糖脂、卵磷脂、奶粉、盐酥油、酥油、单甘脂甘脂混合混合胶磨胶磨均均质喷雾干燥干燥筛分分包装包装选用阿拉伯胶和用阿拉伯胶和-环糊精（糊精（2:8）作）作为包埋包埋酥油茶的壁材，采用乳化和酥油茶的壁材，采用乳化和喷雾干燥工干燥工艺处理，理，可制得品可制得品质优良的微胶囊酥油茶粉。确定的最良的微胶囊酥油茶粉。确定的最佳工佳工艺条件条件为：均：均质压力力40 MPa，进料流量料流量200 mL/ min，进风温度温度200，出，出风温度温度100。酥油茶包埋率。酥油茶包埋率90%以上。以上。第六节微胶囊造粒技术应用第六节微胶囊造粒技术应用实例例2多重控制多重控制释放香精微胶囊放香精微胶囊由粒径由粒径20100um、对水敏感微球以及水敏感微球以及包埋在包埋在该微球中疏水性固体微球中疏水性固体纳米胶囊米胶囊（0.01-5um）组成。与水接触，先快速成。与水接触，先快速释放微球中芯材，然后放微球中芯材，然后缓慢慢释放放纳米微胶囊米微胶囊包埋芯材。具有香味包埋芯材。具有香味转换功能。功能。第六节微胶囊造粒技术应用第六节微胶囊造粒技术应用1500g水中加入水中加入500g变性淀粉，性淀粉，边搅拌拌边加加热至至90。另取。另取100g树蜡（熔点蜡（熔点3090）加）加热熔化，将熔化，将50g薄荷油香精薄荷油香精和和维生素生素E混合到熔化物，将其倒入上述混合到熔化物，将其倒入上述水溶液中，加入水溶液中，加入300g果味香精后均果味香精后均质（12um）处理，冷却至室温形成理，冷却至室温形成悬浮浮液。液。喷雾干燥得干燥得产品，其中品，其中5薄荷油香薄荷油香精、精、10树蜡、蜡、30果味香精和果味香精和50变性淀粉，薄荷油香精和性淀粉，薄荷油香精和维生素生素E在疏水性在疏水性固体固体纳米胶囊内。米胶囊内。第六节微胶囊造粒技术应用第六节微胶囊造粒技术应用应用：将微胶囊加入巧克力中，入口后果用：将微胶囊加入巧克力中，入口后果味香精立刻味香精立刻释放放“爆爆释”，产生生强烈的果烈的果香味，品香味，品尝1min后，可感后，可感觉香味香味转换为薄薄荷香味，且薄荷香味停留荷香味，且薄荷香味停留时间较长“缓释”。第六节微胶囊造粒技术应用第六节微胶囊造粒技术应用三、食品添加三、食品添加剂微胶囊化微胶囊化实例：在玻璃例：在玻璃态介介质中以油包埋中以油包埋矿物物质或或维生素生素解决口感（沙粒感等）解决口感（沙粒感等） 、气味、气味、颜色色（褐（褐变等）等）问题和提高吸收率。和提高吸收率。钙微胶囊制微胶囊制备实例例以低聚果糖以低聚果糖单独或与乳糖混合作独或与乳糖混合作为形形成玻璃成玻璃态的基的基质，芯材，芯材为碳酸碳酸钙和中等和中等链长的三酸甘油的三酸甘油酯，两种，两种质量比量比为85:15。第六节微胶囊造粒技术应用第六节微胶囊造粒技术应用 制制备工工艺：将低聚果糖或低聚果糖与乳糖混：将低聚果糖或低聚果糖与乳糖混合物通合物通过挤压机的加机的加热室加室加热熔化，熔化熔化，熔化物被物被输送至混合室，与由送至混合室，与由泵输送来的碳酸送来的碳酸钙和油的和油的浆状混合物混合均匀，然后通状混合物混合均匀，然后通过挤压模模头挤出成柔出成柔软不透明条状物，收集不透明条状物，收集于于盘中冷却至室温，形成易碎玻璃中冷却至室温，形成易碎玻璃态，研，研磨粉碎磨粉碎筛分，得粒径分，得粒径300500um的微胶的微胶囊。提高吸收率。囊。提高吸收率。第六节微胶囊造粒技术应用第六节微胶囊造粒技术应用 油先包埋油先包埋矿物物质优点：点：防止防止矿物物质与基与基质发生反生反应；控制；控制矿物物质释放；作放；作为增塑增塑剂，提高基，提高基质可可挤压性；性；可减少增塑可减少增塑剂（水），省去干燥工（水），省去干燥工艺；改；改善口感（滑善口感（滑润细腻）。）。第三章微波技术应用微波：微波：电磁波（波磁波（波长1mm-1m,频率率300-30万万MHz）。）。微波加微波加热：二二战后（后（1946），微波加），微波加热方法及食品制方法及食品制造造应用用专利和家用和商用微波炉；利和家用和商用微波炉；1952年年连续式微波加式微波加热设备；1962年防微波泄漏大开口年防微波泄漏大开口连续式微波加式微波加热。第三章微波技术应用国国际规定民用定民用4个波段：个波段：915MHz、2450MHz、5850MHz和和22125MHz。加加热常用：常用： 915MHz、2450MHz微波加微波加热特点：特点：（1）加）加热速度快速度快（2）加）加热均匀性好均匀性好（3）加）加热易于瞬易于瞬时控制控制（4）加）加热选择性好性好（5）热效率高效率高第三章微波技术应用（1）加）加热速度快速度快加加热物体自身作物体自身作为发热体而体而进行内部加行内部加热（内（内热源），温度迅速提高，加源），温度迅速提高，加热时间短。一般加短。一般加热时间为常常规加加热方法的方法的1/10-1/100.（2）加）加热均匀性好均匀性好内部加内部加热，且具有自，且具有自动平衡能力，易达平衡能力，易达均匀加均匀加热。但加。但加热均匀性取决于多种因均匀性取决于多种因素。如素。如电场分布均匀性，物料分布均匀性，物料组成均匀成均匀性等。性等。第三章微波技术应用（3）加）加热易于瞬易于瞬时控制控制微波加微波加热热惯性小，可以立即性小，可以立即发热升温，升温，易于控制。易于控制。（4）加）加热选择性好性好某些成分易于吸收微波，另一些成分不易某些成分易于吸收微波，另一些成分不易吸收微波，吸收微波，选择性加性加热有利于提高有利于提高产品品质量。量。第三章微波技术应用（5）加）加热效率高效率高除微波加除微波加热设备中中电源部分和微波管消耗源部分和微波管消耗部分能量外，基本不部分能量外，基本不辐射散射散热，热效率高效率高（80）。同）。同时改改变环境高温，改善境高温，改善劳动条件，也条件，也缩小小设备占地面占地面积。应用用领域：域： 烹烹调、脱水干燥、解、脱水干燥、解冻、杀菌、烘烤等。菌、烘烤等。第一节微波加热原理一、微波加一、微波加热原理原理被加被加热的介的介质是由是由许多一端多一端带正正电，另一端，另一端带负电的分子（偶极子）的分子（偶极子）组成。在没有成。在没有电场作作用下，用下，这些偶极子在介些偶极子在介质中作中作杂乱无乱无规则运运动，当介当介质处于直流于直流电场作用下，偶极子分子重新作用下，偶极子分子重新排列。排列。带正正电一端朝向一端朝向负极，极，带正正电一端朝向一端朝向正极，正极，杂乱无乱无规则排列的偶极子，排列的偶极子，变成有一定成有一定取向的有取向的有规则排列的偶极子。即外加排列的偶极子。即外加电场给予予偶极子一定偶极子一定“位能位能”。第一节微波加热原理 介介质分子极化程度越高，介分子极化程度越高，介电常数越大，介常数越大，介质储存能量越多。存能量越多。若改若改变电场方向，方向，则偶极子的取向也随之改偶极子的取向也随之改变。若。若电场迅速交替改迅速交替改变方向，方向，则偶极子也随偶极子也随之作迅速之作迅速摆动，由于分子，由于分子热运运动和相和相邻分子分子间的相互作用，偶极子随外加的相互作用，偶极子随外加电场方向改方向改变而作而作规则摆动受到干受到干扰和阻碍，即和阻碍，即产生生类似摩擦作似摩擦作用，使分子用，使分子获得能量，并以得能量，并以热的形式表的形式表现出来，出来，表表现为介介质升温。升温。第一节微波加热原理外加外加电场变化化频率越高，分子率越高，分子摆动越快，越快，产生的生的热量越多。量越多。外加外加电场越越强，分子的振幅越大，分子的振幅越大，产生生热量越大。量越大。微波微波频率率915MHz：1s内内9.15108次次电场变换，分子，分子频繁繁摆动，产生生热量。量。第一节微波加热原理微波微波传输过程中遇到不同物程中遇到不同物质，将会同光，将会同光波一波一样产生反射、吸收和穿透生反射、吸收和穿透现象。象。在介在介质内部内部传输的微波，其部分能量被吸的微波，其部分能量被吸收而收而转化化为热。（一）（一）计算公式算公式1、介、介质吸收微波功率（能量）吸收微波功率（能量）第一节微波加热原理P单位体位体积介介质吸收微波功率吸收微波功率w/m3E电场强度度v/m 真空介真空介电常数常数 8.85410-12 介介质相相对介介电系数系数介介质损耗角正切耗角正切介介质相相对损耗系数耗系数f微波微波频率率第一节微波加热原理电场强度度P0微波功率微波功率Z阻抗阻抗b波波导窄窄边尺寸尺寸第一节微波加热原理2 、 物料温升物料温升计算式算式物料密度物料密度kg/m3 比比热容容J/kg k3、微波穿透深度、微波穿透深度计算式算式第一节微波加热原理（二）影响微波加（二）影响微波加热因素分析因素分析1、频率率微波微波频率越高，加率越高，加热速度越快。速度越快。考考虑微波穿透深度，微波穿透深度，频率越高，微波波率越高，微波波长越短，其穿透深度越小。越短，其穿透深度越小。频率影响介率影响介质损耗系数：耗系数：一般，一般，频率越高，介率越高，介质损耗系数越大。耗系数越大。第一节微波加热原理2、电场强度度微波加微波加热功率大，功率大，电场强，加，加热速度快。速度快。微波加微波加热具有随具有随输出功率改出功率改变而迅速改而迅速改变的加的加热特征，可特征，可满足不同加工足不同加工阶段有不段有不同加同加热要求的要求的场合。合。第一节微波加热原理3、物料介、物料介电性性质不同介不同介质不同介不同介电系数和系数和损耗角正切。耗角正切。水的介水的介电系数和系数和损耗角正切比一般介耗角正切比一般介质大。大。一般情况下，加工物料含水量越大，其一般情况下，加工物料含水量越大，其介介质损耗越大。耗越大。第一节微波加热原理温度温度对介介质损耗系数影响：耗系数影响：1、温度升高，介、温度升高，介质损耗系数降低，出耗系数降低，出现自自动平衡，保平衡，保证某些物料加某些物料加热均匀，避免均匀，避免过热。2、温度升高，介、温度升高，介质损耗系数增大，出耗系数增大，出现快快速升温和速升温和过热现象，造成象，造成热失控。失控。第一节微波加热原理 利用介利用介电性性质与温度关系，分析加与温度关系，分析加热情况情况 。图42给出水和冰介出水和冰介质损耗系数随温耗系数随温度度变化曲化曲线。冰介冰介质损耗系数耗系数远远小于水，因此，在小于水，因此，在加加热冰冰冻食品食品时，需要及，需要及时排除融化的排除融化的水，避免微波能主要被水吸收，而冰得水，避免微波能主要被水吸收，而冰得不到加不到加热，影响冰，影响冰冻食品加食品加热和解和解冻效效果。果。第一节微波加热原理介介电系数与微波系数与微波频率关系：率关系：微波微波频率主要影响率主要影响损耗系数。耗系数。对多数食多数食品物料，品物料， 915MHz下下损耗系数耗系数2450MHz下下损耗系数。耗系数。4、物料密度、物料密度密度大，升温速度慢。密度大，升温速度慢。物料密度物料密度对微波加微波加热影响：影响：1、直接影响、直接影响单位体位体积热容量容量2、间接影响物料介接影响物料介电性性质第一节微波加热原理 如空气如空气损耗系数小，因此，含空气物料不耗系数小，因此，含空气物料不易被加易被加热。面包等疏松制品的。面包等疏松制品的损耗系数耗系数小，吸收微波功率速度慢，但由于微波小，吸收微波功率速度慢，但由于微波加加热穿透作用（体加穿透作用（体加热），微波焙烤面），微波焙烤面包包时间较传统焙烤焙烤时间短。短。高密度骨系数微波差，且反射作用大，高密度骨系数微波差，且反射作用大，易成易成为加加热（杀菌）冷点（菌）冷点（带）。）。介介电系数随物料密度呈近似系数随物料密度呈近似线性关系增性关系增加。加。第一节微波加热原理5、物料比、物料比热容容比比热容小的物料温度升高速度快。容小的物料温度升高速度快。对多多组分混合体系的食品，不同分混合体系的食品，不同组分的比分的比热容不同，介容不同，介电性性质也不同，因此吸收微也不同，因此吸收微波功率不同。波功率不同。控制比控制比热容，达到各容，达到各组分加分加热速度基本速度基本一致。一致。第一节微波加热原理三、微波加三、微波加热工工艺计算算（一）加（一）加热物料耗用的微波功率物料耗用的微波功率（二）物料干燥耗用的微波功率（二）物料干燥耗用的微波功率（三）（三）电源源总功率估算功率估算第一节微波加热原理 微波加微波加热效率，一般效率，一般0.5-0.8. 微波功率：物料吸收功率、微波加微波功率：物料吸收功率、微波加热器消耗器消耗功率和反射功率和反射损耗于波耗于波导内功率。内功率。电源源总功功率根据微波加率根据微波加热效率确定。效率确定。第二节微波加热设备一、微波加一、微波加热设备类型型微波加微波加热设备组成：成：电源、微波管、源、微波管、连接波接波导，加加热器和冷却系器和冷却系统。电源：提供直流高源：提供直流高压电流；流；微波管：将微波管：将电能能转换为微波能量；微波能量；连接波接波导：传输微波能；微波能；加加热器：加器：加热物料；物料；冷却系冷却系统：微波管腔体和阴极冷却。：微波管腔体和阴极冷却。第二节微波加热设备按被加按被加热物料和微波物料和微波场作用形式分作用形式分类：1、驻波波场谐振腔加振腔加热器器2、行波、行波场波波导加加热器器3、辐射型加射型加热器器4、慢波型加、慢波型加热器器按加按加热器器结构分构分类：箱式微波加箱式微波加热器、隧道式、平板式、波器、隧道式、平板式、波导式。式。第二节微波加热设备（一）箱式微波加（一）箱式微波加热器器常用常用间歇式微波加歇式微波加热器微波炉器微波炉基本基本结构：构：谐振腔、振腔、输入波入波导、反射板和、反射板和搅拌器。拌器。谐振腔每振腔每边长度均大于度均大于1/2时 ，不同方，不同方向有波反射，物料从各方向受向有波反射，物料从各方向受热。箱壁反。箱壁反射作用，保射作用，保证物料反复加物料反复加热，提供加，提供加热效效率。率。第二节微波加热设备适用于适用于块状物料加状物料加热，加，加热速度快。速度快。（二）隧道式加（二）隧道式加热器器连续式式谐振腔加振腔加热器器结构：构：见p136 重点：防止微波泄漏装置（金属档板、金重点：防止微波泄漏装置（金属档板、金属属链、水、水负荷）、排湿装置和荷）、排湿装置和 增加微波管增加微波管数，提高数，提高输出功率。出功率。第二节微波加热设备（三）波（三）波导型微波加型微波加热器器波波导型加型加热器：在波器：在波导一端一端输入微波，在入微波，在另一端有吸收剩余能量的水另一端有吸收剩余能量的水负载，使微波，使微波在波在波导内无反射地内无反射地传输，构成行波，构成行波场。行行波波场波波导加加热器器1、开槽波、开槽波导加加热器（曲折波器（曲折波导加加热器）器）结构：波构：波导弯曲成蛇形，在波弯曲成蛇形，在波导宽边中中间沿沿传输方向开槽方向开槽缝。见p137第二节微波加热设备作用：槽作用：槽缝处场强最大，保最大，保证物料通物料通过时吸吸收微波功率最大。收微波功率最大。适用范适用范围：片状和：片状和颗粒状物料加粒状物料加热和干燥。和干燥。2、V型波型波导加加热器器加加热器器结构：构： 矩形波矩形波导变为V字形波字形波导作用：改善作用：改善电场分布，使物料均匀加分布，使物料均匀加热。第二节微波加热设备3、直波、直波导加加热器器结构：主波构：主波导为直矩形波直矩形波导。见 p138. 作用：便于作用：便于设置多个微波管，通置多个微波管，通过微波微波输入功率。入功率。适用范适用范围：薄片物料加：薄片物料加热和干燥和干燥（四）（四）辐射型微波加射型微波加热器器结构：利用微波构：利用微波发生器生器产生的微波通生的微波通过一定的一定的转换装置，装置，经辐射器向外射器向外辐射。射。第二节微波加热设备 特点：加特点：加热方法方法简单，易，易实现连续加加热，设计制造方便。制造方便。（五）慢波型加（五）慢波型加热器（表面波加器（表面波加热器）器）一种微波沿波一种微波沿波导表面表面传输的加的加热器。器。特点：特点：1、微波、微波传输速度比空速度比空间传输速度低。速度低。2、电场相相对集中，加集中，加热效率高。效率高。第二节微波加热设备单脊梯形加脊梯形加热器器结构：矩形波构：矩形波导中中设置脊，脊上波置脊，脊上波导壁开壁开与波与波导管管轴正交的多个槽。正交的多个槽。作用：微波集中在槽附近作用：微波集中在槽附近传播，槽附近播，槽附近获得得较大大电场强度。度。特点：加特点：加热效率高效率高适用范适用范围：薄片状和：薄片状和线状物料状物料第二节微波加热设备二、微波加二、微波加热器的器的选择（一）影响微波加（一）影响微波加热器器选择的因素的因素 食品种食品种类和形状不同，加工和形状不同，加工规模和要求不同，模和要求不同，考考虑以下因素。以下因素。 频率率选择：（1 1）加工食品的体）加工食品的体积和厚度和厚度 厚度厚度较大和体大和体积较大食品大食品 915MHz（2 2）加工食品含水量和介）加工食品含水量和介质损耗耗 一般含水量越大，介一般含水量越大，介质损耗越大；微波耗越大；微波频率越率越高，介高，介质损耗越大。耗越大。 含水量越高食品含水量越高食品915MHz 第二节微波加热设备含水量低的食品含水量低的食品2450MHz2450MHz注意：介注意：介质损耗数据耗数据应根据根据实验确定。确定。（3 3）生）生产量和成本量和成本915MHz915MHz磁控管磁控管30kW30kW或或60kW60kW2450MHz2450MHz磁控管磁控管5kW5kW915MHz915MHz磁控管工作效率比磁控管工作效率比2450MHz2450MHz高高10102020第二节微波加热设备 大批量食品加工大批量食品加工 915MHz915MHz或先或先915MHz915MHz再再2450MHz2450MHz。（4 4）设备体体积 2450MHz2450MHz的磁控管和波的磁控管和波导小，加小，加热器器较915MHz915MHz小。小。（二）加（二）加热器型式器型式选择 大批量大批量连续生生产有有输送送带的的连续加加热器。器。第二节微波加热设备小批量、小批量、间歇式加工箱式加歇式加工箱式加热器器薄片物料开槽波薄片物料开槽波导或慢波或慢波结构加构加热器器较大或形状复大或形状复杂物料隧道式加物料隧道式加热器器第二节微波加热在食品加工中的应用第二节微波加热在食品加工中的应用 微波技微波技术应用于食品加工起始于用于食品加工起始于19461946年，年，19601960年前，微波加年前，微波加热主要用于食品烹主要用于食品烹调和和解解冻，6060年代以后，微波加年代以后，微波加热应用于食品用于食品加工，主要在食品干燥加工，主要在食品干燥领域。以后，逐域。以后，逐渐应用于食品加工的其他用于食品加工的其他领域。目前微波域。目前微波应用涉及用涉及领域非常广泛。主要用于食品解域非常广泛。主要用于食品解冻、预煮、干燥、煮、干燥、杀菌、焙烤。菌、焙烤。第二节微波加热在食品加工中的应用第二节微波加热在食品加工中的应用一、食品微波干燥一、食品微波干燥（一）微波干燥（一）微波干燥过程与微波干燥特点程与微波干燥特点一般干燥一般干燥过程食品首先外部加程食品首先外部加热，表明干燥，然，表明干燥，然后，次外后，次外层受受热，次外，次外层干燥。由于干燥。由于热量量传递与与水分水分扩散散传递方向相反，次外方向相反，次外层干燥干燥时，水分通，水分通过最外最外层，对最外最外层起再复水作用。内外各起再复水作用。内外各层的的干燥再复水再干燥依次反复的向内干燥再复水再干燥依次反复的向内层推推进。食品微波干燥食品微波干燥特点：特点：热量向内量向内层传递速度减慢；水分速度减慢；水分向外向外层传递愈来愈慢。食品中心加愈来愈慢。食品中心加热和和干燥（脱水）是关干燥（脱水）是关键。微波干燥：微波加微波干燥：微波加热属内部加属内部加热，干燥，干燥时，最内，最内层首先干燥，最内首先干燥，最内层水分蒸水分蒸发迁移至次内迁移至次内层，外，外层水分愈来愈高，随水分愈来愈高，随干燥干燥进行，外行，外层传热系数不会降低。微系数不会降低。微波干燥中，水分由内波干燥中，水分由内层向外向外层迁移速度迁移速度快，干燥速度快于一般干燥。快，干燥速度快于一般干燥。食品微波干燥食品微波干燥微波干燥微波干燥优点点1、生、生产能力大，厂房利用率高能力大，厂房利用率高2、干燥速度快，、干燥速度快，时间短短3、产品品质量好。干燥均匀，温度易控，保量好。干燥均匀，温度易控，保证感官和感官和营养养质量；含菌少，多孔量；含菌少，多孔结构有利构有利于复水。于复水。4、卫生条件好。不易受外界生条件好。不易受外界环境境污染。染。食品微波干燥食品微波干燥（二）微波干燥系（二）微波干燥系统与与实例例1、食品微波干燥系、食品微波干燥系统图414微波干燥系微波干燥系统示意示意图。由微波由微波发生器生器产生的微波生的微波输入干燥区。物入干燥区。物料由料由输送送带输入微波入微波场，同，同时热空气从空气从输送送带下部向上吹送，将蒸下部向上吹送，将蒸发水分水分带走。两走。两端吸收装置防止微波泄漏。端吸收装置防止微波泄漏。食品微波干燥食品微波干燥连续式微波干燥式微波干燥设备食品微波干燥食品微波干燥微波后微波后续干燥干燥实例：例：两段式干燥面条工两段式干燥面条工艺：首先：首先热风干燥将含干燥将含水分水分30的湿面条干燥至的湿面条干燥至18，然后用微，然后用微波波热风干燥至要求水分含量（干燥至要求水分含量（13），），此段干燥此段干燥时间12min，与一段式，与一段式热风干燥干燥相比，相比，总干燥干燥时间由由8h降至降至1.5h。食品微波干燥食品微波干燥2、微波真空干燥、微波真空干燥特点：干燥温度低、干燥特点：干燥温度低、干燥时间短，保短，保证干干燥燥产品品质量，尤其量，尤其对热敏性、易氧化物料敏性、易氧化物料的干燥。已的干燥。已应用于果汁、谷物种子等用于果汁、谷物种子等热敏敏性物料干燥。性物料干燥。实例：例：速溶桔子和葡萄干燥工速溶桔子和葡萄干燥工艺：食品微波干燥食品微波干燥使用真空干燥使用真空干燥设备技技术参数（参数（48kw48kw、2450MHz2450MHz，生，生产能力能力49Kg/h)49Kg/h)桔子或葡萄桔子或葡萄果汁果汁浓缩至至6363。BxBx，然后在，然后在8080100mmHg100mmHg真空度条件下，干燥至含水率小于真空度条件下，干燥至含水率小于2 2，干燥，干燥时间40min.40min.产品品质量量优于于喷雾干干燥燥产品，品，VcVc保留率高。保留率高。食品微波干燥食品微波干燥连续式真空微波干燥真空微波干燥设备食品微波干燥食品微波干燥无油型微波方便面生无油型微波方便面生产线是在油炸方便面生是在油炸方便面生产流水流水线基基础上，除去油炸上，除去油炸锅，用微波，用微波设备进行行干燥，工干燥，工艺流程流程为：成型机：成型机蒸煮机蒸煮机切割分切割分排机排机热风机机微波加工机微波加工机冷却包装机冷却包装机节油型微波方便面生油型微波方便面生产线是在油炸方便面生是在油炸方便面生产流水流水线基基础上，用微波上，用微波设备进行后，再行后，再经油炸油炸锅处理，理，缩短了油炸面条的短了油炸面条的时间，使方便面含，使方便面含油由油由24242626降低到降低到17171919，工，工艺流程流程为：成型机成型机蒸煮机蒸煮机切割分排机切割分排机微波微波处理机理机油炸油炸锅冷却包装机冷却包装机食品微波干燥食品微波干燥微波干燥机主要技微波干燥机主要技术参数参数为：微波功率：微波功率：30KW30KW（连续可可调）微波微波频率：率：2450245050 MHz50 MHz 传送送带速度：速度：0.40.45 5 /min/min （连续可可调）生生产量：量：20002000千包千包/ /小小时食品微波杀菌和保鲜 二、微波二、微波杀菌作用菌作用（一）食品微波（一）食品微波杀菌作用机理菌作用机理1、热效效应微波作用于食品，食品吸收微波能，微波作用于食品，食品吸收微波能，温度升高，使食品中微生物受高温温度升高，使食品中微生物受高温热作作用，蛋白用，蛋白质变性，使性，使细菌失去菌失去营养、繁养、繁殖和生存的条件而死亡。此殖和生存的条件而死亡。此杀菌作用机菌作用机制属微波加制属微波加热产生的致死效生的致死效应。食品微波杀菌和保鲜2、非、非热生化效生化效应微波作用使微生物在其生命化学微波作用使微生物在其生命化学过程中程中产生的大量生的大量带电粒子的生物性排列粒子的生物性排列组合状合状态和运和运动规律律发生改生改变，即其生理活性物即其生理活性物质发生生变化。同化。同时微波微波电场改改变细胞胞膜断面的膜断面的电位分布，影响位分布，影响细胞周胞周围电子和离子子和离子浓度，度，从而改从而改变细胞膜的通透性能，胞膜的通透性能，细菌因此菌因此营养不良，不养不良，不能正常新能正常新陈代代谢，细菌菌结构功能紊乱，生构功能紊乱，生长发育受到育受到抑制而死亡。此外，决定抑制而死亡。此外，决定细菌正常生菌正常生长和和稳定定遗传繁繁殖的核酸（殖的核酸（RNA）和脱氧核糖酸（）和脱氧核糖酸（DNA），是由若干），是由若干氢键紧密密连接而成的卷曲形大分子。足接而成的卷曲形大分子。足够强的微波的微波场可以可以导致致氢键松弛、断裂和重松弛、断裂和重组，从而，从而诱发遗传基因基因突突变，或染色体畸，或染色体畸变，甚至断裂。，甚至断裂。食品微波杀菌和保鲜 实例：微波例：微波杀菌在食品工菌在食品工业中的中的应用早在用早在1976年就已开始，据日本某公司年就已开始，据日本某公司统计用于糕点、米用于糕点、米面等食品面等食品杀菌的微波功率容量已占工菌的微波功率容量已占工业微波微波总量的量的34%。与此同。与此同时，在瑞典、德国、丹麦、，在瑞典、德国、丹麦、意大立等国早已把微波意大立等国早已把微波杀菌用于切片面包的包菌用于切片面包的包装装线上，因面包切片在冷却上，因面包切片在冷却过程中，会受空气程中，会受空气中霉菌的中霉菌的污染，从而大大染，从而大大缩短面包的保存期。短面包的保存期。瑞典一家公司安装一台瑞典一家公司安装一台2450MHz的面包的面包杀菌菌机，机，处理理4400磅磅/小小时的面包片，的面包片，经微波微波处理理的面包温度由的面包温度由20上升到上升到80，时间仅需需12分分钟，处理后的面包片保存期由原来的理后的面包片保存期由原来的34天延天延长到到3040天。天。食品微波杀菌和保鲜荷荷兰的每日食品公司将微波技的每日食品公司将微波技术用于用于对盒盒装装鱼、肉食品、肉食品进行保行保鲜处理，理，产品均匀加品均匀加热到到7275后，可在后，可在04冷藏柜中保冷藏柜中保存存6星期，保星期，保证原味不原味不变，新，新鲜如初，价格如初，价格与冷与冷冻现成食品接近。成食品接近。处理量理量为1500公斤公斤/小小时，该设备已在荷已在荷兰、比利、比利时、卢森堡森堡使用。使用。食品微波杀菌和保鲜用用20KW微波食品微波食品杀菌机可以菌机可以对袋包装熏袋包装熏鱼、鸡、鸭、肉松等熟食品的、肉松等熟食品的杀菌菌处理，其生理，其生产能能力力为250kg/h,杀菌效果良好。如广式叉菌效果良好。如广式叉烧经处理后在理后在28温度下，保存期可延温度下，保存期可延长7天。天。微波微波设备生生产鱼片，不片，不仅加加热干燥，而且干燥，而且进行行杀菌菌灭霉。原采用霉。原采用远红外外线烘烤烘烤鱼片，每天片，每天产量量1.5吨，耗吨，耗电40Kwh，现微波只需用微波只需用电17Kwh，节能能50%以上，以上，鱼片更片更显酥脆可口。酥脆可口。且且彻底解决了易霉底解决了易霉变问题。食品微波杀菌和保鲜牛奶生牛奶生产过程中，消毒程中，消毒杀菌是最重要的工菌是最重要的工艺，传统方法是采用高温短方法是采用高温短时巴氏巴氏杀菌。其缺陷是菌。其缺陷是需要需要庞大的大的锅炉和复炉和复杂的管道系的管道系统，且能耗高、，且能耗高、煤煤场占地大、占地大、劳动强度高，度高，还会会带来来环境境污染染等等问题。使用微波液体。使用微波液体杀菌机，菌机，对牛奶牛奶进行行杀菌消毒，菌消毒，10KW10KW微波功率加工能力微波功率加工能力为125125200kg/h200kg/h，鲜奶在奶在8080左右左右处理数分理数分钟后，后，杂菌和大菌和大肠肝菌完全达到国家肝菌完全达到国家卫生生标准要求，不准要求，不仅营养成分保持不养成分保持不变，而且，而且经微波作用的脂肪微波作用的脂肪球直径球直径变小，有均小，有均质作用，增加了乳汗香味，作用，增加了乳汗香味，有利于有利于营养成分的吸收。养成分的吸收。食品微波杀菌和保鲜微波液体微波液体灭菌机菌机微波萃取技术 三、三、微波萃取微波萃取起始于起始于1986年，属年，属食品和中食品和中药有效成有效成分提取的一分提取的一项新技新技术。已已应用到香料、用到香料、调味品、天然色素、中草味品、天然色素、中草药、化、化妆品和品和土壤分析等土壤分析等领域。域。 将将样品放置于普通家用微波炉里只需短品放置于普通家用微波炉里只需短短的几分短的几分钟就可萃取就可萃取传统加加热需要几个需要几个小小时甚至十几个小甚至十几个小时的目的目标物物质。微波萃取微波萃取机理微波萃取机理微波萃取是高微波萃取是高频电磁波穿透萃取媒磁波穿透萃取媒质，到达被，到达被萃取物料的内部，微波能迅速萃取物料的内部，微波能迅速转化化为热能使能使细胞内部温度快速上升，当胞内部温度快速上升，当细胞内部胞内部压力超力超过细胞壁承受能力，胞壁承受能力，细胞破裂，胞破裂，细胞内有效成分自胞内有效成分自由流出，在由流出，在较低的温度下溶解于萃取媒低的温度下溶解于萃取媒质再通再通过进一步一步过滤和分离，便和分离，便获得萃取物料。在微得萃取物料。在微波波辐射作用下被萃取物料成分加速向萃取溶射作用下被萃取物料成分加速向萃取溶剂界面界面扩散，从而使萃取速率提高数倍，同散，从而使萃取速率提高数倍，同时还降低了萃取温度，最大限度保降低了萃取温度，最大限度保证萃取的萃取的质量。量。微波萃取微波萃取微波萃取优点点a a、消除消除热梯度，梯度，质量高，可有效地保量高，可有效地保护食品、食品、药品以及其他化工物料中的功能成分；品以及其他化工物料中的功能成分；b b、纯度高、萃取率高，度高、萃取率高，可水提、醇提、脂提可水提、醇提、脂提；c c、对萃取物具有高萃取物具有高选择性；性；d d、速度快、省、速度快、省时，可，可节省省50%-90%50%-90%以上的以上的时间；e e、溶、溶剂用量少（可用量少（可较常常规方法少方法少50%-90%50%-90%以上）以上）；f f、安全、安全、节能，无能，无污染，生染，生产设备较简单，节省投省投资。微波萃取实例：微波能提高金例：微波能提高金银花有效成分的提取率花有效成分的提取率最佳提取条件最佳提取条件为3535的乙醇溶液、的乙醇溶液、3030倍的溶倍的溶剂倍量、倍量、0.100.10兆帕的兆帕的压力下，加力下，加热6060秒。微波提秒。微波提取取绿原酸原酸类化合物收率化合物收率 6.122 6.122 ，而超声波，而超声波提取提取绿原酸原酸类化合物收率化合物收率 为5.126 5.126 。微波微波辅助萃取助萃取设备的微波功率从的微波功率从700W700W100KW100KW，容，容积从从2 2升升3 3立方米，萃取温度可以立方米，萃取温度可以从从3030100100任意任意设定。萃取溶定。萃取溶剂可以是水、可以是水、醇、油。醇、油。 微波萃取连续逆流微波提取逆流微波提取设备微波解冻四、四、微波解微波解冻实例：以重量例：以重量为25Kg25Kg，外形尺寸，外形尺寸为 600mm600mm400mm400mm150mm150mm的袋装肉在的袋装肉在-18-18左右通左右通过微波解微波解冻设备只需只需2 24 4分分钟就就可回温到可回温到-4-4-2-2。处理能力与肉的理能力与肉的品品质有关，即与肉有关，即与肉质的介的介电常数有关。常数有关。肉肉质越肥越肥处理量越大，理量越大，对精瘦肉的精瘦肉的处理理能力比肥肉相能力比肥肉相对小些。小些。 微波解冻微波回温解微波回温解冻设备微波解冻 1 1、频率：率：91591550MHz 50MHz 2 2、微波、微波输出功率：出功率：40KW40KW（可（可调） 3 3、进出料口高度：出料口高度：300mm 300mm 4 4、传输带宽度：度：540mm 540mm 5 5、传输速度：速度：0.50.55 5m/min m/min 6 6、外型尺寸（、外型尺寸（长宽高）高）136001360080080016501650mm mm 7 7、工作、工作环境：境：5 5 6060、相、相对湿度湿度80% 80% 8 8、产量：每小量：每小时产量量为200200kg kg 微波焙烤与烘烤五、微波焙烤五、微波焙烤（一）（一）优点和缺点点和缺点1、焙烤温度、焙烤温度较低，低，时间短，短，营养养损失少；失少；2、内部水分迅速气化，形成无数孔道，、内部水分迅速气化，形成无数孔道，产品品结构蓬松。构蓬松。3、设备占地面占地面积小。小。焙烤温度表面温度低，不易形成金黄色焙烤温度表面温度低，不易形成金黄色表皮。表皮。微波焙烤与烘烤（二）（二）实例例 微波功率微波功率202040KW40KW，915MHz915MHz的微波加的微波加热器器对瓜子，花生等焙炒，含水量瓜子，花生等焙炒，含水量3535左右降左右降至至5%5%以下，以下，产品品质量好。量好。 雀巢公司雀巢公司10KW10KW，2450MHz2450MHz微波微波设备焙炒可可焙炒可可豆，焙炒豆，焙炒时间4 45min,5min,设备生生产能力能力70-70-120kg/h120kg/h。第四章食品分离新技术第一第一节膜分离技膜分离技术膜分离是使用膜的分离方法。膜分离是使用膜的分离方法。膜膜浓缩：若通：若通过膜的膜的仅是溶是溶剂，则溶液溶液实现浓缩。膜分离：若通膜分离：若通过膜的不膜的不仅是溶是溶剂，而且，而且有有选择性通性通过某些溶某些溶质组分，达到溶液分，达到溶液中不同溶中不同溶质分离目的。分离目的。第一节膜分离技术膜分离膜分离过程推程推动力：力：压力、力、电动势、浓度。度。1748年，年，发现半透膜和渗透半透膜和渗透现象。象。20世世纪60年代研制年代研制实用的反渗透和超用的反渗透和超滤膜，大大膜，大大提高反渗透和超提高反渗透和超滤通量，达到工通量，达到工业应用水用水平，使膜分离技平，使膜分离技术真正真正实现工工业化化。第一节膜分离技术膜分离在食品工膜分离在食品工业应用中体用中体现出的主要出的主要优点：点：1、有利于食品成分的保存、有利于食品成分的保存2、能耗小、能耗小、费用低用低3、工、工艺简单、产量高量高4、分离范、分离范围广广第一节膜分离技术一、膜一、膜结构、材料和特性构、材料和特性（一）膜的分（一）膜的分类和和结构构按按结构分构分类和按作用机理分和按作用机理分类。1、多孔膜（微孔膜）、多孔膜（微孔膜）具多孔性具多孔性结构，膜内的孔形成通道，孔构，膜内的孔形成通道，孔道可以是道可以是倾斜或弯曲的，从而形成斜或弯曲的，从而形成类似于似于滤布的布的过滤介介质。孔径。孔径0.05-20um.用作微用作微滤膜或复合膜的支撑膜或复合膜的支撑层。第一节膜分离技术2、致密膜（均、致密膜（均质膜）膜）无多孔性无多孔性结构，而构，而类似于一似于一团纤维。当物。当物质透透过均均质膜膜时，其透，其透过速率主要取决于速率主要取决于扩散速散速率，因此渗透流率一般率，因此渗透流率一般较低。主要用于其他膜低。主要用于其他膜分离分离过程（渗透汽化、程（渗透汽化、电渗析）渗析）3、不、不对称膜称膜由两由两层不同不同结构的薄构的薄层组成，上面一成，上面一层很薄，很薄，厚度厚度为0.1-1um,孔径小，起截留粒子的作用。孔径小，起截留粒子的作用。下面一下面一层较厚，厚度厚，厚度100-200um，孔径，孔径较大，大，增加膜增加膜强度的作用。由于孔径大，本身无分离度的作用。由于孔径大，本身无分离作用，作用，对滤液流液流动阻力小，可不阻力小，可不计。第一节膜分离技术 不不对称膜具有高通量、机械称膜具有高通量、机械强度好的特度好的特点，在同点，在同样压差下，其通量比同差下，其通量比同样厚度厚度的的对称膜高称膜高10100倍。因此在超倍。因此在超滤和和反渗透中反渗透中应用广泛。用广泛。4、复合膜、复合膜属不属不对称膜的一种，它与不称膜的一种，它与不对称膜的区称膜的区别：不：不对称膜的皮称膜的皮层和支撑和支撑层使用同一使用同一种材料，而复合膜的皮种材料，而复合膜的皮层和支撑和支撑层使用使用不同材料制成，其不同材料制成，其应用范用范围与不与不对称膜称膜基本相同。基本相同。第一节膜分离技术（二）膜材料（二）膜材料组成：有机高分子膜和无机膜成：有机高分子膜和无机膜相相态：固：固态和液和液态膜膜来源：天然和合成膜来源：天然和合成膜外形：平板、管状、卷式、中空外形：平板、管状、卷式、中空纤维式式1、醋酸、醋酸纤维素素特点：特点：滤液流量高、截留性能好；原料来源液流量高、截留性能好；原料来源丰富，价格低，生物可降解；耐丰富，价格低，生物可降解；耐pH范范围窄（窄（28）；不耐高温（）；不耐高温（30），不利于提高流量；），不利于提高流量；易被易被细菌和菌和酶降解，耐降解，耐氯性不性不强（1mg/L)；有；有明明显压密效密效应。第一节膜分离技术 2、聚、聚酰胺胺脂肪族聚脂肪族聚酰胺：耐胺：耐强碱性中等，不耐碱性中等，不耐强酸，耐油酸，耐油性好，耐温能力中等，多用于反渗透和气体分离性好，耐温能力中等，多用于反渗透和气体分离膜的支撑体，也可用于微膜的支撑体，也可用于微滤。聚聚砜酰胺：与脂肪族聚胺：与脂肪族聚酰胺相似，多用于微胺相似，多用于微滤膜膜和超和超滤膜。膜。芳香聚芳香聚酰胺：用于反渗透膜，脱胺：用于反渗透膜，脱盐率可达率可达99.5%，缺点不耐，缺点不耐氯。第一节膜分离技术 3、聚、聚砜聚聚砜膜特点：膜特点：滤液流量高和截留性能好；液流量高和截留性能好；耐耐pH范范围宽（113）；耐温性能好，能）；耐温性能好，能在高达在高达75下使用；耐下使用；耐氯性性强，短，短时间作作用能耐用能耐氯200mg/kg的游离的游离氯，长时间作用作用能耐能耐50 mg/kg的游离的游离氯；耐；耐压不高，一般不高，一般不高于不高于0.17MPa.第一节膜分离技术4、无机膜、无机膜属一属一类较新的膜，与有机膜相比具有一些新的膜，与有机膜相比具有一些优点：点：化学化学稳定性好，能耐定性好，能耐强酸、酸、强碱、化学溶碱、化学溶剂和和强氧化氧化剂；热稳定性能好，能在高温下定性能好，能在高温下长时间操作；操作；机械机械强度高，使用寿命度高，使用寿命长。应用最广的是陶瓷膜，其次用最广的是陶瓷膜，其次为碳膜，金属膜多用碳膜，金属膜多用于微于微滤。常用陶瓷材料有氧化硅、氧化。常用陶瓷材料有氧化硅、氧化铝、氧化、氧化锆等。等。第一节膜分离技术（三）膜性能（三）膜性能测试确定性能：化学确定性能：化学稳定性、耐定性、耐热性、机械性、机械强度、耐生物降解性度、耐生物降解性分离性能：分离性能：微微滤膜：溶膜：溶质截留率，即被分离的粒子被截留率，即被分离的粒子被截留的百分数；截留的百分数；滤液通量，即液通量，即单位膜面位膜面积上的上的滤液体液体积流量。流量。第一节膜分离技术超超滤膜：膜：测定内容同微定内容同微滤膜。改用切割相膜。改用切割相对分子量分子量表征膜分离性能。把被截留表征膜分离性能。把被截留9095的分子的的分子的相相对分子分子质量作量作为切割相切割相对分子分子质量。量。反渗透膜：反渗透膜：测定指定指标纯水渗透系数即水渗透系数即单位位时间、单位面位面积、单位位压差差下下纯水的通量。水的通量。溶溶质渗透系数渗透系数为膜两膜两侧无流无流动时溶溶质的渗透性。的渗透性。第一节膜分离技术 反映系数反映系数为膜两膜两侧无流无流动时，一，一侧渗透渗透压与与另一另一侧外外压之比，它表示膜的完美程度。之比，它表示膜的完美程度。脱脱盐率率为盐被脱出的百分率。被脱出的百分率。第一节膜分离技术二、膜分离理二、膜分离理论阐述膜分离述膜分离规律，揭示溶律，揭示溶质分离分离规律，律，表征膜分离特性，指表征膜分离特性，指导膜材料膜材料选择和制和制备。（一）反渗透（一）反渗透1、反渗透基本原理、反渗透基本原理利用反渗透膜利用反渗透膜选择性透性透过溶溶剂的性的性质，对溶液施加超溶液施加超过渗透渗透压的的压力，使溶力，使溶剂通通过反渗透膜而与溶液分离。反渗透膜而与溶液分离。第一节膜分离技术半透膜：能半透膜：能够让溶液中一种或几种溶液中一种或几种组分分通通过而其他而其他组分不能通分不能通过的的选择性膜。性膜。渗透：用半透膜将渗透：用半透膜将纯溶溶剂和溶液分隔开，和溶液分隔开，溶溶剂分子会从分子会从纯溶溶剂侧经半透膜渗透到半透膜渗透到溶液溶液侧。渗透渗透压：由于溶：由于溶质分子不能通分子不能通过半透膜半透膜向溶向溶剂侧渗透，故溶液渗透，故溶液侧的的压强上升。上升。渗透一直渗透一直进行到溶液行到溶液侧的的压强高到足以高到足以使溶使溶剂分子不再渗透分子不再渗透为止，达到渗透平止，达到渗透平衡。平衡衡。平衡时，膜两，膜两侧的的压差。差。第一节膜分离技术反渗透：如果在溶液反渗透：如果在溶液侧施加大于渗透施加大于渗透压的的压强，则溶溶剂分子将从溶液分子将从溶液侧向溶向溶剂侧渗透，渗透，这一一过程的程的传质方向与渗透方向与渗透扩散（散（浓差差扩散）的方向相反，故称散）的方向相反，故称为反反渗透。渗透。如果半透膜两如果半透膜两侧为不同不同浓度的溶液，同度的溶液，同样存在渗透存在渗透现象，渗透方向由稀溶液象，渗透方向由稀溶液侧向向浓溶液溶液侧渗透。若施加大于两溶液渗渗透。若施加大于两溶液渗透透压之差的之差的压强，则发生反渗透。生反渗透。第一节膜分离技术2、反渗透膜的透、反渗透膜的透过机理机理（1）优先吸附毛先吸附毛细管流管流动模型模型分离机理部分由表面分离机理部分由表面现象控制，部分由流象控制，部分由流动现象控制。象控制。对膜有两个基本要求：膜有两个基本要求：膜表面有适宜的化学性膜表面有适宜的化学性质优先吸附水分子，先吸附水分子，而排斥溶而排斥溶质，在表面形成一，在表面形成一层水化水化层。膜有适宜的孔径和孔数水分子通膜有适宜的孔径和孔数水分子通过膜表面膜表面的毛的毛细管流出，成管流出，成为滤液。液。第一节膜分离技术临界孔径界孔径：膜表面必：膜表面必须优先吸附水，在表面形先吸附水，在表面形成成纯水水层。纯水水层厚度厚度约为两个分子（两个分子（12nm)的厚度。膜表面的孔必的厚度。膜表面的孔必须有适宜的孔径，有适宜的孔径，当孔径当孔径为吸附水吸附水层厚度的厚度的2倍倍时，能，能获得最大得最大的分离效果和最高的渗透通量，的分离效果和最高的渗透通量，该孔径称孔径称为临界孔径界孔径。膜表面膜表面产生生选择性吸附的机理性吸附的机理一般一般认为膜膜选择性来源于离子性来源于离子间和离子与膜和离子与膜之之间相互排斥或相互吸引所需的自由能。若此相互排斥或相互吸引所需的自由能。若此参数参数为正，正，说明把离子从主体溶液明把离子从主体溶液带到膜表面到膜表面需要能量，即离子被排斥。反之，若此参数需要能量，即离子被排斥。反之，若此参数为负，说明把离子从主体溶液明把离子从主体溶液带到膜表面放出能到膜表面放出能量，即离子被吸附。量，即离子被吸附。第一节膜分离技术（2）溶解）溶解扩散模型散模型该模型将膜看作是一种液体，渗透物溶模型将膜看作是一种液体，渗透物溶解于其中，并在解于其中，并在浓度梯度的作用下度梯度的作用下进行行质量量传递。传递过程分程分为三步：三步：1、溶溶质与水溶解于膜中；与水溶解于膜中；2、溶、溶质与水在化学与水在化学势梯度的推梯度的推动下，下，在膜内在膜内扩散；散；3、溶、溶质与水在膜的下游与水在膜的下游侧解吸。解吸。第一节膜分离技术物物质的透的透过率取决于率取决于扩散系数及其在膜散系数及其在膜中的溶解度。溶中的溶解度。溶质扩散系数散系数远小于水的小于水的扩散系数，故水的透散系数，故水的透过率很大。率很大。溶解溶解扩散模型适合于均散模型适合于均质膜中的膜中的扩散散过程，可用于反渗透，也程，可用于反渗透，也应用于其他均用于其他均质膜分离膜分离过程，如渗透汽化。缺点是未程，如渗透汽化。缺点是未考考虑膜材料和膜膜材料和膜结构构对扩散的影响。不散的影响。不能解能解释某些膜某些膜对水具有高吸附性和低渗水具有高吸附性和低渗透性透性现象。象。第一节膜分离技术3、反渗透特征参数、反渗透特征参数反渗透操作中，反渗透操作中，滤液通液通过膜流出，大部分溶膜流出，大部分溶质被被截留，必然在膜表面截留，必然在膜表面积聚，使表面溶聚，使表面溶质浓度度CW高高于主体溶液内的于主体溶液内的浓度度CB。这种种现象称象称为浓差极化。差极化。滤液通量液通量计算算时，考，考虑浓差极化差极化现象。象。计算公式算公式为：第一节膜分离技术计算传质系数k：层流下，湍流下，短流道管式膜板式膜长流道第一节膜分离技术4、反渗透所用膜、反渗透所用膜（1）纤维素膜素膜醋酸醋酸纤维素膜素膜pH29，耐游离，耐游离氯5mg/kg.具具备高高透水率、高脱透水率、高脱盐率和良好成膜性能。率和良好成膜性能。(2) 聚聚酰胺胺主要是芳香聚主要是芳香聚酰胺。透水率、高脱胺。透水率、高脱盐率率较好，机好，机械械强度高，耐度高，耐压实， pH311，耐生物降解，操，耐生物降解，操作作压力低，不耐氧化，抗力低，不耐氧化，抗污染能力差。染能力差。第一节膜分离技术（二）微二）微滤和超和超滤微微滤：当：当过滤分离粒子直径分离粒子直径为0.1um数量数量级时，以膜两以膜两侧压力差力差为推推动力的力的过滤过程。程。超超滤：当孔径：当孔径进一步减少至一步减少至107109m数量数量级时，以膜两，以膜两侧压力差力差为推推动力的力的过滤过程。程。纳滤：用于分离比超：用于分离比超滤更小的粒子或分子，其推更小的粒子或分子，其推动力也是力也是压差，一般差，一般认为是介于超是介于超滤和反渗透和反渗透之之间的操作。的操作。第一节膜分离技术1、分离范、分离范围 微微滤： 0.1um数量数量级，如，如细菌、菌、细胞、淀粉、血胞、淀粉、血液液细胞、花粉等。胞、花粉等。 超超滤：截留粒子更小，：截留粒子更小，实际已已为大分子，不使用粒大分子，不使用粒径概念，用截留分子的相径概念，用截留分子的相对质量量MWCO表示超表示超滤膜分离性能。一般膜分离性能。一般MWCO范范围5000100000，其下限其下限1000。可分离包括病毒、蛋白。可分离包括病毒、蛋白质、多糖、多糖、胶体等。胶体等。第一节膜分离技术反渗透：溶反渗透：溶质被截留，溶被截留，溶剂（水）透（水）透过。反。反渗透的渗透的MWCO为18。纳滤： MWCO值为1005000（或（或1000）微微滤和超和超滤属属筛分分过程。程。纳滤和反渗透不属和反渗透不属筛分分过程。程。2、微、微滤和超和超滤的操作特点的操作特点第一节膜分离技术一般一般认为微微滤和超和超滤的机理与常的机理与常规过滤过程相同，但截留粒子小且可程相同，但截留粒子小且可压缩，又与常，又与常规过滤有差有差别。常常规过滤一般一般为深床深床过滤，微，微滤和超和超滤常常用切向用切向过滤，以使料液循，以使料液循环通通过膜，以膜，以维持一定流速，同持一定流速，同时避免膜避免膜处形成厚的粒子形成厚的粒子层，以减小，以减小过滤阻力。阻力。第一节膜分离技术微微滤和超和超滤：它它们的的压差大于常差大于常规过滤。微。微滤压差差为0.1-0.3MPa，超，超滤为0.1-0.3MPa，最大可达，最大可达1MPa。但低于反渗透。但低于反渗透。纳滤使用使用压差介于超差介于超滤和反渗透和反渗透之之间，一般，一般为1MPa左右。左右。3、微、微滤和超和超滤使用的膜使用的膜以多孔膜以多孔膜为主，多数是不主，多数是不对称膜或复合膜。膜孔称膜或复合膜。膜孔径分布一般呈正径分布一般呈正态分布。正分布。正态分布曲分布曲线峰峰值对应孔径孔径为标称直径；分布窄，分离性能好。称直径；分布窄，分离性能好。第一节膜分离技术3、微微滤和超和超滤数学模型数学模型（1）边界界层和和浓差极化差极化膜是一个固定壁面，流体在膜上流膜是一个固定壁面，流体在膜上流过时形形成成边界界层。流。流动又伴随又伴随传质过程，因此在程，因此在流流动边界界层上上还叠加叠加浓度度边界界层。当。当浓度度边界界层充分建立以后，在膜附近即形成充分建立以后，在膜附近即形成稳定的定的浓度分布。度分布。第一节膜分离技术微微滤和超和超滤操作中，操作中，滤液通液通过膜流出，大部分溶膜流出，大部分溶质被截留，必然在膜表面被截留，必然在膜表面积聚，使表面溶聚，使表面溶质浓度度CW高于主体溶液内的高于主体溶液内的浓度度CB。根据。根据Fick定律，溶定律，溶质将从膜表面向主体溶液将从膜表面向主体溶液扩散，直至最散，直至最终形成形成稳定的定的浓度分布。度分布。这一一现象称象称为浓差极化。差极化。浓差极化是可逆的。膜两差极化是可逆的。膜两侧压差消除，差消除，浓差极化差极化层消失。不可逆消失。不可逆浓差极化差极化层存在，主要存在，主要为膜孔堵膜孔堵塞引起。塞引起。浓差极化不可避免，有差极化不可避免，有时成成为传质主要主要阻力。阻力。第一节膜分离技术（2）多孔模型）多孔模型该模型将膜看作模型将膜看作为一一层多孔介多孔介质，膜，膜过程程为筛分分过程，程，滤液的流液的流动为通通过直径直径相当于孔径、相当于孔径、长度相当于膜厚的管道流度相当于膜厚的管道流动。由于孔径很小，通。由于孔径很小，通过膜的流膜的流动总是是层流。根据牛流。根据牛顿型流体通型流体通过园直管作园直管作稳态层流流时压差和流速关系，可推差和流速关系，可推导出通出通量公式：量公式：第一节膜分离技术通量正比于通量正比于压差，而反比于粘度，比例常数由差，而反比于粘度，比例常数由膜特性决定。若要增加通量可通膜特性决定。若要增加通量可通过增加增加压差，差，或提高温度以降低粘度来或提高温度以降低粘度来实现。流速不影响通。流速不影响通量，量，说明明浓差极化影响很小。差极化影响很小。该模型模型压差差较低低的的场合（合（压差控制区）。差控制区）。（3）扩散模型散模型层流模型只考流模型只考虑膜内的流膜内的流动，没有考，没有考虑膜外膜外边界界层传质阻力。在阻力。在传质控制区，控制区，滤液通液通过浓差极化差极化层的流的流动阻力成阻力成为主要阻力，主要阻力，层流模型流模型不再适用。引入不再适用。引入扩散模型散模型第一节膜分离技术 通量与通量与压差无关。若要增加通量，必差无关。若要增加通量，必须增加增加传质系数系数k，通，通过提高温度或改善流体力学提高温度或改善流体力学条件，减小条件，减小边界界层厚度。厚度。流通量流通量计算算归结为传质系数系数k的求取。最的求取。最常用的常用的计算方法是采用特征数方程。算方法是采用特征数方程。第一节膜分离技术 微微滤和超和超滤中的中的传质属属强制制对流流传质，特征，特征数方程数方程为：当当Re4000时，流，流动为湍流。湍流。第一节膜分离技术当Re1800时流动为层流。L为流道长度，dh为直径。