Ứng dụng công nghệ xay siêu mịn trong chế biến thực phẩm

Công nghệ mài siêu mịn là công nghệ mới được phát triển trong 20 năm trở lại đây. Cái gọi là mài siêu mịn là việc sử dụng các phương pháp cơ học hoặc thủy động lực học để vượt qua lực dính bên trong của chất rắn để nghiền chúng, từ đó mài các hạt vật liệu có kích thước lớn hơn 3 mm đến 10-25 micrômét. Là vật liệu chế biến công nghệ cao được sản xuất bởi sự phát triển của công nghệ cao. Bột siêu mịn là sản phẩm cuối cùng của quá trình nghiền siêu mịn. Nó có những tính chất vật lý và hóa học đặc biệt mà các hạt thông thường không có như khả năng hòa tan, phân tán, hấp phụ và hoạt động phản ứng hóa học tốt. Do đó, bột siêu mịn đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, hóa chất, y học, mỹ phẩm, thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm, chất phủ, điện tử và hàng không vũ trụ.

1. Tính năng kỹ thuật

Tốc độ nhanh và mài ở nhiệt độ thấp: Công nghệ mài siêu mịn sử dụng phương pháp mài tia siêu âm, nghiền nguội và các phương pháp khác, khác biệt hoàn toàn so với các phương pháp mài cơ học thuần túy trước đây. Sẽ không có hiện tượng quá nhiệt cục bộ trong quá trình xay, thậm chí có thể xay ở nhiệt độ thấp. Tốc độ nhanh và có thể được hoàn thành ngay lập tức, do đó các thành phần hoạt tính sinh học của bột được giữ lại ở mức độ lớn nhất, để tạo điều kiện thuận lợi cho việc sản xuất các sản phẩm chất lượng cao theo yêu cầu.

Kích thước hạt mịn và sự phân bố đồng đều: Do sử dụng phương pháp nghiền dòng khí siêu âm nên sự phân bố lực tác động lên nguyên liệu khá đồng đều. Việc thiết lập hệ thống phân loại không chỉ hạn chế nghiêm ngặt các hạt lớn mà còn tránh việc nghiền quá kỹ và thu được bột siêu mịn với sự phân bố kích thước hạt đồng đều. Đồng thời, diện tích bề mặt riêng của bột tăng lên rất nhiều, do đó độ hấp phụ và độ hòa tan cũng tăng lên tương ứng.

Tiết kiệm nguyên liệu thô và nâng cao hiệu quả sử dụng: Sau khi vật thể được nghiền siêu mịn, bột siêu mịn với kích thước hạt gần nanomet thường có thể được sử dụng trực tiếp trong sản xuất các chế phẩm, trong khi các sản phẩm của quá trình nghiền thông thường vẫn cần một số liên kết trung gian để đáp ứng yêu cầu sử dụng và sản xuất trực tiếp, Điều này dễ gây lãng phí nguyên vật liệu. Vì vậy, công nghệ này đặc biệt thích hợp để nghiền các loại nguyên liệu thô quý hiếm.

Giảm thiểu ô nhiễm: Quá trình nghiền siêu mịn được thực hiện trong hệ thống khép kín, không chỉ tránh được sự ô nhiễm của môi trường xung quanh bởi bột vi sinh mà còn tránh được bụi bẩn trong không khí làm ô nhiễm sản phẩm. Do đó, bằng cách sử dụng công nghệ này trong các sản phẩm y tế và thực phẩm, hàm lượng vi sinh vật và bụi có thể được kiểm soát một cách hiệu quả.

2. Phương pháp mài

Nghiền vừa nghiền: Nghiền vừa là quá trình nghiền các hạt vật liệu bằng tác động sinh ra của môi trường nghiền chuyển động (môi trường mài) và các lực uốn, ép, cắt không do va đập. Quá trình nghiền bột giấy chủ yếu là nghiền và ma sát, cụ thể là đùn và cắt. Tác dụng của nó phụ thuộc vào kích thước, hình dạng, tỷ lệ, chế độ chuyển động, tỷ lệ lấp đầy của vật liệu và các đặc tính cơ học của quá trình mài vật liệu. Có ba loại thiết bị nghiền phương tiện điển hình: máy nghiền bi, máy khuấy và máy nghiền rung.

Máy nghiền bi là thiết bị truyền thống dùng để nghiền siêu mịn, kích thước sản phẩm có thể đạt 20-40 micron. Khi kích thước hạt của sản phẩm được yêu cầu dưới 20 micron thì hiệu suất thấp, tiêu hao năng lượng lớn, thời gian xử lý kéo dài. Máy khuấy trộn được phát triển trên cơ sở máy nghiền bi, chủ yếu bao gồm thùng nghiền, máy khuấy, máy phân tán, máy tách và bơm cấp liệu. Khi làm việc, dưới tác dụng của lực ly tâm sinh ra bởi tốc độ quay cao của bộ phân tán, môi trường nghiền và bùn hạt tạo ra va đập, ma sát và ép để nghiền hạt. Máy khuấy trộn có thể đạt được độ siêu vi mô và đồng nhất của các hạt sản phẩm, và kích thước hạt trung bình của thành phẩm có thể đạt ít nhất vài micromet. Máy nghiền rung là để nghiền các hạt bằng cách sử dụng các tác động của lực cắt va đập, ma sát và ép đùn tạo ra bởi dao động tần số cao của môi trường nghiền. Kích thước hạt trung bình của thành phẩm có thể đạt từ 2-3 micron trở xuống, và hiệu suất nghiền thành bột cao hơn nhiều so với máy nghiền bi. Năng suất xử lý gấp hơn 10 lần máy nghiền bi có cùng công suất.

Xay siêu mịn dòng khí: Máy nghiền tia có thể được sử dụng để nghiền siêu mịn. Nó sử dụng khí nén hoặc hơi nước quá nhiệt và luồng không khí hỗn loạn cao siêu âm được tạo ra bởi vòi phun làm chất mang các hạt và tồn đọng tác động xảy ra giữa các hạt hoặc giữa các hạt và tấm cố định, ma sát và cắt, v.v. để đạt được mục đích nghiền. Có sáu loại máy mài thép không gỉ chính: loại đĩa, loại ống tuần hoàn, loại đích, loại va chạm, loại tác động quay và loại tầng sôi. So với máy nghiền bột thép không gỉ siêu mịn cơ học thông thường, máy nghiền bột thép không gỉ dòng khí có thể nghiền sản phẩm rất mịn (độ mịn của bột có thể đạt 2-40 micron), và phạm vi phân bố kích thước hạt hẹp hơn, tức là hạt kích thước đồng đều hơn. Do khí nở ra ở vòi phun làm giảm nhiệt độ, không có nhiệt đi kèm trong quá trình nghiền nên độ tăng nhiệt độ nghiền rất thấp. Tính năng này đặc biệt quan trọng để nghiền siêu mịn các vật liệu có độ nóng chảy thấp và nhạy cảm với nhiệt. Tuy nhiên, năng lượng tiêu thụ của phương pháp nghiền bằng tia khí lớn, và tỷ lệ sử dụng năng lượng chỉ khoảng 2%, cao hơn nhiều lần so với các phương pháp nghiền khác.

Điểm đáng chú ý là người ta thường tin rằng kích thước hạt của sản phẩm tỷ lệ thuận với tốc độ cấp liệu, tức là tốc độ cấp liệu càng lớn thì kích thước hạt sản phẩm càng lớn. Sự hiểu biết này là không toàn diện. Tuyên bố này là hợp lý khi tốc độ cấp liệu hoặc nồng độ hạt trong máy nghiền bột thép không gỉ đạt đến một giá trị nhất định. Bởi vì tốc độ cấp liệu tăng lên, nồng độ hạt trong máy nghiền bột thép không gỉ cũng tăng lên và xảy ra hiện tượng đông hạt. Thậm chí các hạt chảy ra như một pít tông. Chỉ các hạt ở phía trước của “pít tông” mới có khả năng va chạm hiệu quả. Các hạt chỉ va chạm và cọ xát với nhau ở tốc độ thấp, và sinh ra nhiệt. Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là nồng độ hạt càng nhỏ thì kích thước sản phẩm càng nhỏ hoặc hiệu suất nghiền càng cao. Ngược lại, khi nồng độ hạt thấp đến một mức nhất định thì giữa các hạt sẽ không xảy ra va chạm và hiệu suất nghiền bị giảm.