超微粉碎技术

超微粉碎技术是一种将各种固体物质粉碎成直径小于10μm粉体的高科技含量的工业技术。该技术是近20年来迅速发展形成的一种新技术，在发达国家被广泛应用于冶金、食品、医药、化妆品、航天航空等国民经济部门及军事领域。

根据原料和成品颗粒的大小或粒度，粉碎可分为粗粉碎、细粉碎、微粉碎（超细粉碎）和超微粉碎4种类型。一般而言，超微粉体按大小可分为纳米粉体、亚微米粉体、微米粉体等，粒径在1~100nm的粉体称为纳米粉体，1~100μm的粉体称为微米粉体，在0.1~1μm的粉体称为亚微米粉体。

普通超微粉碎方法按性质分为化学方法和物理方法（机械式粉碎法）。化学合成法产量低、加工成本高、应用范围窄。物理制备法使物料不发生化学反应，保持了物料原有的化学性质。根据粉碎过程中物料载体种类的不同又分为干法粉碎和湿法粉碎。干法粉碎有气流式、高频振动式、旋转球（棒）磨式、锤击式和自磨式等几种形式；湿法粉碎主要是胶体磨和均质机。针对韧性、黏性、热敏性和纤维类物料的超微粉碎，可采用深冷冻超微粉碎方法。该方法的原理是利用物料在不同温度下具有不同性质的特性，先将物料冷冻至脆化点或玻璃体温度之下，使其成为脆性状态，然后再用机械粉碎或气流粉碎方式，使物料超微化。

超微粉碎技术可采用超音速气流粉碎、冷浆粉碎等方法，在粉碎过程中可避免产生局部过热等现象，甚至可在低温状态下进行，并且粉碎速度较快，因而能最大限度地保留粉体的生物活性及各种营养成分，减少有效成分的损失，有利于高品质产品的开发和制备。因此，超微粉碎技术不仅适用于含纤维状物料的粉碎（尤其适用于含芳香性、挥发性成分物料的粉碎），而且还可根据不同物料的需要，采用中、低和超低温粉碎，以便根据物料性质及加工要求达到更好的产品效果。

在原料上超微粉碎外力的分布上相对较均匀。分级系统既严格限制了大颗粒，又避免了物料过碎，可以得到粒径分布均匀的超微粉，同时增加了微粉的比表面积，进而使产品的吸附性、溶解性等增大。

采用常规的机械粉碎方法，纤维性较强的物料在粉碎过程中产生大量残渣，造成原料的大量浪费，且用常规粉碎方法得到的产物，仍需要进行一些中间环节的操作才能达到直接用于生产的要求，这样可能会造成原料的浪费，而物体经超微粉碎后，超微粉一般可直接用于生产。

传统粉碎方法密封较差，易产生污染，而超微粉碎是在封闭系统内进行的，既避免了微粉污染周围环境，又可防止空气中的灰尘污染产品。在食品及医疗保健品中运用该技术，可控制微生物和灰尘的污染。同时，由于超微粉碎加工是纯物理过程，不会混入其他杂质，这也使得加工后的中草药具有纯天然性，保证了原料成分的完整性与安全性。

由于经过超微粉碎后的原料具有极大的比表面积，在生物、化学等反应过程中，增加了反应接触面积，从而提高反应速度，在生产中不仅节约了时间，而且提高了效率。向天勇等研究发现，玉米秸秆经超微粉碎后，其理化性状得到明显改善，同时在饲料加工过程中显著提高了其发酵效率。

物料经过超微粉碎后，细胞破壁，大量的营养物质不必经过较长的路径就能释放出来，并且微粉体由于粒径小而更容易吸附在小肠内壁上，这样也加速了营养物质的释放速率，使物料在小肠内有足够的时间被吸收。所以提高物料细度，增大其比表面积，有利于提高体内的吸收量和吸收速度。刘蕊等研究表明，葛根芩连汤超微粉中的葛根素、黄芩苷含量比细粉分别提高56.10%、41.73%，这表明超微粉碎技术能显著提高葛根芩连汤中主要有效成分葛根素和黄芩苷的溶出度。

超微粉碎技术已用于茶粉、植物蛋白饮料及奶制品等软饮料的生产。茶叶中的功能成分大多存在于细胞壁中，传统泡茶方式不能使人体完全吸收营养物质，脂溶性的茶多酚及绝大多数蛋白质、矿物质等都留在茶渣中，使茶叶的保健功效大大降低。利用超微粉碎技术制备茶粉，可显著提高茶叶营养成分的溶出率，最大程度的发挥茶叶的功效，将茶粉添加到食品中，还可制得多种新型茶制品。鞠璐宁等研究了蜂蜜茶粉的性质与多项指标，结果表明茶粉具有优良的稳定性和溶解性，较好的保留了蜂蜜和茶的风味及营养物质。吴萍等将超微粉碎制得的乌龙茶粉加入饲料，发现茶粉可明显降低肉鸭脂腹率，提高血清超氧化物歧化酶活性，改善肉质。Jeng-Leun Mau等用红茶、绿茶及乌龙茶超微粉代替10%~30%的小麦粉加入蛋糕，制作了口感细腻香滑的新型茶蛋糕，各种超微食品如表1所示。

表 1 7 大类食品超微粉

超微粉碎技术可有效提高功能物质的利用率，常用于膳食纤维等基料的制备。梅新等用气流超微粉碎机制得甘薯膳食纤维粉，研究表明：通过超微粉碎处理，粒径明显减小，可溶性膳食纤维、糖醛酸及鼠李糖含量分别提高3.56%、3.64%和2.17%，持水性、持油性及吸水膨胀性均有显著提升。张春霞等将制备好的山楂不溶性膳食纤维粗粉进行超微粉碎，并加入小鼠日常饲料，经过激光粒度仪检测，超微粉碎后粒径约为粉碎前的1/5，且有较好的降脂功效。杨健等用球磨机对小米麸皮进行超微粉碎，试验结果表明，经超微粉碎后，小米麸皮膳食纤维微粉的膨胀力、持水力、持油力分别为原粉的2.3、3.1和1.6倍，且具有较强的阳离子交换能力，可有效改善小米麸皮粉的物理特性。

果蔬加工过程中产生的残渣，大多被丢弃，造成了资源流失。利用超微粉碎技术可将其制成超微粉，不仅保留了果蔬的营养，改善了口感，还使其更易于消化吸收，充分利用了资源，简化了果蔬的储藏与运输。此外，将果蔬超微粉当做配料加入烘焙制品、冷制品、饮料及奶制品等，可开发出多种营养丰富的新型食品。胡立玉等发现对南瓜粗粉进行超微粉碎处理后，其蛋白质溶解度、多糖含量及可溶性膳食纤维提取率明显提高，且具有较好的自由基清除能力。周禹含等发现经超微粉碎处理后，枣粉分散性和溶解性增强，吸湿性降低，还原糖、黄酮、环磷酸腺苷溶出率增加，明显加强了机体对枣粉营养成分的吸收。李兆路等将干制后的桑堪果进行超微粉碎，研究发现果粉色泽变浅，溶解度、吸油力及固形物含量分别增加13%、125%和22.34%，总酚和花色苷溶出量也有所增加，持水力、还原糖含量及吸湿性略有下降。

经超微粉碎处理的粮油制品，其口感、色泽和消化吸收率都有很大提升。此外，粮油加工过程中会产生麸皮、豆渣、米糠等副产物，这些副产物含有多种营养物质，利用超微粉碎技术可将其制成超微粉，提高营养物质的溶出率，辅助加强机体的吸收能力，使资源最大化利用。关二旗等制备了小麦超微粉，检测得出随着小麦超微粉粒径的减小，其沉淀值、破损淀粉含量及吸水率显著增加，淀粉糊化的黏度及面团稳定时间呈先升后降趋势，在小麦粒径为25μm左右时，最有利于面团加工特性的改善。黄赟赟等将超微绿茶粉代替6%的小麦粉加入面团中，分析检测得出面团吸水率上升4.3%，稳定时间增加83.8%，面筋强度增大，延伸度降低，因此，在实际生产时，选择合适的茶粉及添加量有助于制备高品质的产品。陈庆敏等制备了红米超微粉，实验结果表明：随着红米微粉粒径的减小，堆积密度增加0.121g/mL，溶解度、持水力、抗氧化活性及酚类物质含量都有所增加。

中草药超微粉碎技术是对传统粉碎技术的更新和发展，主要指细胞级的微粉碎，其不以粉碎细度为目的，而是追求细胞的破壁率，既丰富了传统中草药炮制内容，又为中草药的现代化生产、应用和开发注入新的活力。高晓慧等比较研究了茯苓超微粉及其传统饮片的水提浸膏得率和茯苓多糖的溶出量，表明超微粉碎后的茯苓药材，大幅提高了水溶性浸出物量及茯苓多糖的溶出度。杜晓敏等比较了归附地黄丸超微粉与粗粉对幼年雄性小鼠生长发育及生殖系统、肾虚动物和阳虚动物模型的影响，发现在相同剂量时，超微粉的药效学作用更加明显。蔡光先等研究了白参超微饮片与其传统饮片健脾功能的量效关系，结果表明，超微粉能减少有效用药剂量，1/2传统剂量超微粉白参具有与传统汤剂白参相同的作用。

随着化妆品行业的蓬勃发展，大多生物活性物质及中草药粉被用于多种化妆品中，但由于原料粒径大，常导致低温难溶于水或直接涂抹难以被皮肤吸收等问题。将原料进行超微粉碎，可极大降低活性物的溶解温度，有助于活性的维持。此外，气流式超微粉碎技术也常用于制造压粉类化妆品，能显著改善粉体的结构，提高粉体的性能和产品的质量。王奕等用旋风粉碎机制备了超微绿茶粉，并将其加入凝胶面膜中，检测结果表明：在最佳配方条件下，面膜贴合度高，用后皮肤光滑滋润。Rajkhowa等用湿磨粉碎机和喷雾干燥器制备粒径为1.5μm的羊毛超微粉，研究发现，粉碎后的羊毛超微粉表面积增大了700倍，黏着力显著增加，有助于改善化妆品的性能。

粉碎是农药加工中最重要的关键技术。加工农药可湿性粉剂、水分散粒（片 ）剂、泡腾粒（片 ）剂、悬浮剂、干悬浮剂、粉剂时，影响其生物活性的主要因素是原药的粒径。在胃毒药剂中，药粒愈小，越易被害虫所吞食，食后亦较易被溶解而中毒。例如，药粒为1μm的砷酸铅对蜜蜂所表现的毒性比药粒为22μm的要高10倍以上。触杀性杀虫剂的粉粒愈小，则每单位质量的药剂与虫体接触面积愈大，则触杀效果愈强。如中国农业大学农学院试验表明：不同粒径的六六六粉粒对黏虫2～3龄幼虫的毒效差异甚大，药粒直径小于10μm的毒力最大，毒效比直径30～40μm的药粒约大1倍，要取得相同的防效，直径小于10μm的药粒可减少一半的用量。

近20年，生物粉体材料在医学、植物病理学上得到了广泛研究和应用。生物粉体材料具有良好的生物相容性、耐蚀性等优点，受到越来越多的重视。应用超微粉碎技术制备生物粉体，是超微粉碎技术的另一重要应用，也是今后的重要发展方向之一。如β-磷酸三钙（β-TCP）和羟基磷灰石（HAp）具有良好的生物相容性，当其植入体内后，无全身或局部毒性反应、不致溶血或凝血、不致突变、无刺激等不良反应，可广泛应用于生物硬组织的填充、修复和替换，是人体骨骼最理想的修复替代材料之一。采用SPS技术并在875°C下保温烧结制备得到透明的生物陶瓷超微粉体，具有较小的晶粒尺寸和致密的显微结构，有良好的细胞相容性，可作为一种新型的细胞培养载体材料和新型医学窗口材料。HAp超微粉体颗粒对癌细胞有一定的抑制作用，而对正常细胞无影响。利用超微粉碎技术制备的5%烯唑醇超微粉种衣剂是针对黑穗病菌研制的专用型玉米种衣剂，对该病有着极其良好的防效。