胡萝卜微粉碎工艺及其相关参数试验研究

论文摘要

胡萝卜含有多种营养成分,具有很高的营养、保健和医疗价值。超微粉碎技术是近十年来新发展起来的先进的食品加工技术之一,胡萝卜超微粉碎不仅对原料的大小、形状没有严格的要求,不会产生残渣造成环境污染,而且能充分利用原料中的膳食纤维和营养成分,实现原料的全效利用。在综述微粉碎技术现状与研究进展的基础上,试验研究了不同干燥方法和不同预处理对胡萝卜微粉碎的影响;在试验研究利用行星球磨机加工胡萝卜微粉影响因素的基础上,采用四因子二次回归正交试验,研究行星球磨机转速、粉碎时间、粉碎介质填充率、粉碎物料填充率对粉碎效率和单位质量粉体耗能的影响,建立数学模型,优化试验参数;采用微颗粒测定仪,分析行星球磨机和高速旋转粉碎机粉碎胡萝卜超微粉的粒度分布、比表面积和平均粒径变化;并建立粉碎时间与胡萝卜粉体粒度及比表面积变化关系;对胡萝卜微粉进行分析测试,研究胡萝卜粉体的容重、溶水性、吸油性、营养成分等物理化学性质的变化情况。主要研究结论如下。（1）行星球磨机超微粉碎过程理论分析表明,磨球对物料产生最大的研磨力与球磨机自转与公转角速度之比、磨球质量和公转速度成正比;磨球的运动速度与公转速度成正比,与研磨物料质量和球料比成反比。磨球运动的平均自由程与磨球半径、磨球密度、球罐体积成正比,与粉碎物料质量、球料比成反比。磨球的碰撞频率与公转速度成正比,与磨球密度和球罐容积成反比,研磨物料质量对磨球碰撞频率的影响不显著。（2）胡萝卜细粉（大于80目）加工影响因素的试验分析表明,影响胡萝卜粉碎性的主次因素为:干燥方法＞预处理方式＞胡萝卜形状;胡萝卜粉碎性由易到难的干燥方法为:冷冻干燥＞微波干燥＞真空干燥＞热风干燥;冻融处理的胡萝卜粉碎性好,熟化后胡萝卜粉碎性能差;胡萝卜形状对其粉碎性能影响不显著。试验结果表明,冷冻干燥冻融处理的胡萝卜块粉碎性能好。（3）胡萝卜微粉（大于160目）球磨粉碎工艺参数试验分析表明,影响球磨粉碎效率的主次因素为:被粉碎物料填充率＞粉碎时间＞球磨机转速＞粉碎介质填充率;影响粉碎过程中单位粉体耗能的主次因素为:粉碎时间＞粉碎物料填充率＞球磨机转速＞粉碎介质填充率。利用多目标非线性优化方法确定了行星式球磨机微粉碎胡萝卜的优化工艺参数并对其进行了验证试验,确定球磨机微粉碎胡萝卜最佳工艺及参数为:鲜胡萝卜→切5mm3块→冷冻干燥→细粉碎→通过80目筛后→用球磨机进行微粉碎;行星球磨机的转速为230r/min,研磨时间为60min,介质填充率为24%,被粉碎物料填充率为17%,此时胡萝卜微粉碎效率最高,能耗最低。（4）通过对胡萝卜超微粉（大于240目）加工影响因素和不同干燥方法及粉碎方法对粉体粒度影响试验表明,利用冷冻干燥方法处理的胡萝卜进行超微粉碎时,超微粉体质量中位粒径(D50)比热风干燥小,粉体比表面积比热风干燥大;利用钢球球磨介质超微粉碎胡萝卜,超微粉体质量平均粒径比采用玛瑙球介质小,粉体比表面积比采用玛瑙球介质大;无论采用何种干燥方法和球磨介质,球磨超微粉碎60min,达到最好粉碎效果;继续超微粉碎90 min～240 min,胡萝卜超微粉体产生逆粉碎现象。试验结果表明,利用行星球磨机加工胡萝卜超微粉,冷冻干燥后加工的胡萝卜微粉,利用钢球介质超微粉碎60min,粉碎效率高,此时粉体质量中位粒径为17.2μm,质量比表面积为0.41m2/g。利用高速旋转粉碎机加工胡萝卜超微粉,冷冻干燥的胡萝卜微粉超微粉碎12 min,热风干燥的胡萝卜微粉超微粉碎15 min,达到最好粉碎效果,如果继续粉碎,则产生逆粉碎现象。试验结果表明,胡萝卜超微粉高速旋转粉碎工艺是,冷冻干燥后加工的胡萝卜微粉,高速旋转粉碎12min,粉碎效率高,此时粉体质量中位粒径为11.8μm,质量比表面积为0.49m2/g。（5）胡萝卜微粉碎后理化性质变化试验分析表明,热风干燥和微波干燥获得的胡萝卜微粉容重大,冷冻干燥的胡萝卜微粉容重小;微波干燥获得的胡萝卜微粉溶水性好,其次是冷冻干燥;胡萝卜生粉比熟粉溶水性好;随着粒度的减小,胡萝卜微粉溶水性好。生粉的氨基酸含量高于熟粉和冻融粉;真空冷冻干燥生胡萝卜,粉碎粒度小于240目时,氨基酸含量最高。经过冻融处理的胡萝卜微粉维生素C含量高于其生粉和熟粉;冷冻干燥的胡萝卜微粉维生素C含量最高,其次是微波干燥和真空干燥;真空冷冻干燥冻融胡萝卜,粉碎粒度为80～120目时,维生素C含量最高。类胡萝卜素总量随着粒度减小而减少。真空冷冻干燥冻融处理的胡萝卜,在粉碎粒度为80目～120目时,类胡萝卜素总量最高。

论文目录

• 目录
• CONTENTS
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 胡萝卜资源状况及营养价值
• 1.1.1 胡萝卜资源概况
• 1.1.2 胡萝卜营养价值及保健功能
• 1.1.3 胡萝卜产品开发及存在的问题
• 1.2 超微粉碎技术在食品加工中的应用
• 1.2.1 功能性食品基料的生产
• 1.2.2 膳食纤维加工
• 1.2.3 软饮料加工
• 1.2.4 果蔬加工
• 1.2.5 粮油加工
• 1.2.6 水产品加工
• 1.2.7 调味品加工
• 1.3 超微粉碎技术在食品加工中的作用及存在问题
• 1.3.1 超微粉碎技术对食品加工业的作用
• 1.3.2 超微粉碎技术在食品加工中存在的问题
• 1.4 胡萝卜超微粉碎及应用分析
• 1.5 论文研究的主要内容
• 2 超微粉碎技术理论分析
• 2.1 超微粉体概述
• 2.1.1 超微粉体发展
• 2.1.2 超微粉体粒径的表征
• 2.1.3 超微粉碎设备
• 2.2 行星式球磨机粉碎理论
• 2.2.1 行星式球磨机结构
• 2.2.2 行星式球磨机动力学分析
• 2.2.3 行星式球磨机提高撞击力的途径
• 2.2.4 行星球磨机的运动分析
• 2.2.5 物料形变及能量转换
• 2.3 小结
• 3 胡萝卜细粉碎工艺及影响因素的试验研究
• 3.1 实验材料、仪器与设备
• 3.1.1 实验原（辅）料及试剂
• 3.1.2 实验仪器与设备
• 3.2 胡萝卜粉碎前处理方法
• 3.2.1 不同预处理方法
• 3.2.2 不同干燥方法
• 3.3 不同干燥方法对胡萝卜细粉碎影响试验
• 3.3.1 粉碎生胡萝卜片
• 3.3.2 粉碎生胡萝卜浆
• 3.3.3 粉碎熟胡萝卜片
• 3.3.4 粉碎熟胡萝卜浆
• 3.4 不同预处理方法对胡萝卜细粉碎影响试验
• 3.4.1 热风干燥后粉碎
• 3.4.2 冷冻干燥后粉碎
• 3.5 不同预处理和干燥方法对胡萝卜细粉碎影响正交试验
• 3.5.1 试验方案
• 3.5.2 试验结果分析
• 3.6 小结
• 4 胡萝卜微粉球磨加工工艺参数试验研究
• 4.1 胡萝卜微粉球磨加工单因素试验
• 4.1.1 单因素试验
• 4.1.2 试验结果分析
• 4.2 胡萝卜微粉球磨加工工艺参数试验研究
• 4.2.1 球磨加工工艺分析
• 4.2.2 试验方案与结果
• 4.2.3 试验因素对粉碎效率影响
• 4.2.4 试验因素对耗电量影响
• 4.3 工艺参数优化与分析
• 4.4 粉碎工艺参数验证
• 4.5 小结
• 5 胡萝卜超微粉加工工艺及粒度变化试验研究
• 5.1 球磨加工工艺及粒度变化
• 5.1.1 冷冻干燥后球磨超微粉碎粒度的变化
• 5.1.2 热风干燥后球磨超微粉碎粒度的变化
• 5.1.3 不同干燥方法和球磨介质对粒度影响的比较
• 5.2 高速旋转粉碎工艺及其粒度变化的试验研究
• 5.2.1 冷冻干燥后高速旋转超微粉碎粒度的变化
• 5.2.2 胡萝卜热风干燥后高速旋转超微粉碎粒度的变化
• 5.2.3 冷冻和热风干燥超微粉碎粒度变化比较
• 5.3 小结
• 6 胡萝卜粉体理化性质及营养成分分析
• 6.1 胡萝卜粉的制备
• 6.2 分析测定方法
• 6.2.1 物理特性测定方法
• 6.2.2 营养成分测定方法
• 6.3 胡萝卜粉物理性质变化分析
• 6.3.1 容重分析
• 6.3.2 溶水指数和吸水指数分析
• 6.3.3 吸油能力分析
• 6.4 胡萝卜粉 pH变化分析
• 6.4.1 不同干燥方法对胡萝卜粉 pH值的影响
• 6.4.2 不同粒度对胡萝卜粉 pH值的影响
• 6.5 胡萝卜粉营养成分分析
• 6.5.1 氨基酸含量分析
• 6.5.2 维生素 C含量分析
• 6.5.3 类胡萝卜素总量分析
• 6.6 胡萝卜粉营养成分变化正交试验
• 6.6.1 试验方案
• 6.6.2 试验结果与分析
• 6.7 小结
• 7 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表文章和著作
• 攻读博士学位期间科研成果与奖励