Le broyage ultrafin est une technique avancée qui utilise la mécanique ou la dynamique des fluides pour réduire des matériaux de 0,5 à 5,0 mm en particules micrométriques, voire nanométriques. Comparée aux méthodes de broyage traditionnelles, elle offre l'avantage de réduire la quantité de matière utilisée, d'accélérer le traitement et d'obtenir une granulométrie plus fine et plus homogène.
Dans une certaine mesure, la technologie de broyage ultrafin améliore non seulement la texture et le goût des aliments, mais aussi l'absorption et l'utilisation des nutriments par l'organisme, permettant ainsi aux différents aliments de mieux délivrer leurs bienfaits fonctionnels.
Avantages de la technologie de broyage ultrafin dans l'industrie agroalimentaire
Vitesse de broyage rapide et bon contrôle de la température
L'ensemble du procédé de broyage ultrafin ne génère pratiquement aucune surchauffe et peut fonctionner à basse température, ce qui en fait une technologie de broyage à basse température. Le processus de production de micropoudres est rapide, garantissant ainsi la préservation de la plupart des composants chimiques bioactifs lors de la transformation, ce qui facilite la production de tous les produits en micropoudres de haute qualité requis.
Distribution granulométrique fine et uniforme, propriétés physico-chimiques améliorées des matériaux et vitesses de réaction accrues
Comme la force externe appliquée aux matières premières lors du broyage ultrafin est répartie de manière très uniforme, la poudre obtenue présente une granulométrie homogène. Après broyage ultrafin, la densité et la surface spécifique du matériau augmentent progressivement. Ceci accroît la surface de contact lors des réactions biologiques et chimiques, et favorise ainsi les vitesses de dissolution et de réaction.
Consommation réduite de matières premières et utilisation améliorée
Certains matériaux à structure fibreuse prononcée ne se prêtent pas aux méthodes de broyage conventionnelles ; la formation de particules de grande taille peut engendrer un gaspillage important de matières premières, et la plupart des procédés de production nécessitent des étapes intermédiaires pour répondre aux exigences d’utilisation. Les produits issus du broyage ultrafin peuvent être directement utilisés dans les procédés de production, ce qui les rend particulièrement adaptés aux matières premières rares et précieuses.
Réduit la pollution environnementale et améliore la qualité des matériaux transformés
L'intégralité du processus de broyage ultrafin se déroule en milieu clos, empêchant toute contamination extérieure et garantissant l'absence de pollution. Cette technologie est particulièrement adaptée aux produits alimentaires et de santé soumis à des normes environnementales strictes. Le broyage ultrafin est un procédé physique qui n'introduis ni ne mélange aucune substance étrangère. Il préserve ainsi les propriétés naturelles des matières premières, notamment dans la fabrication des compléments alimentaires et des médicaments traditionnels chinois, garantissant leur intégrité et leur innocuité.
Amélioration de la digestion et de l'absorption des nutriments par l'organisme
Les recherches indiquent qu'après broyage ultrafin, la matière pénètre dans le système digestif avec une granulométrie extrêmement réduite, de l'ordre de 10 à 25 μm, voire moins. Les nutriments sont libérés rapidement, sans processus long et complexe, et leur petite taille facilite leur absorption par la muqueuse de l'intestin grêle. Ceci accélère la libération des nutriments, permettant ainsi aux matières premières d'être pleinement absorbées et utilisées.
Avantages de la technologie de broyage ultrafin dans l'industrie agroalimentaire
| Équipement | Principe de fonctionnement | Applications / Matières premières | Taille des particules |
| Broyeur à billes | Le cylindre tourne, et les billes de broyage à l'intérieur montent à une certaine hauteur puis retombent, impactant et broyant le matériau par impact et compression. | Matières végétales et champignons (applicable au broyage à sec et humide) | Amidon de maïs : 30,8 ± 10,8 nm |
| Broyeur à jet | De l'air comprimé est éjecté par des buses, créant un flux d'air à grande vitesse et un gradient de vitesse. Les particules se déplacent selon une trajectoire circulaire à l'intérieur de la chambre de broyage, générant un puissant champ d'écoulement rotationnel. Elles entrent en collision, sont impactées et cisaillées par l'air, et subissent également des impacts, des frottements et un cisaillement contre les parois de la chambre. | Convient aux matières végétales et aux sous-produits aquatiques (broyage à sec) | Orge : 31,34 ± 1,12 (unité non spécifiée, probablement µm ou nm) |
| Broyeur vibrant | Utilise des médias de broyage (billes ou tiges) qui vibrent à haute fréquence (tournant continuellement dans le cylindre) pour impacter, frotter et cisailler le matériau, permettant ainsi une réduction de taille. | Largement applicable aux matières premières et sous-produits animaux/végétaux (broyage à sec) | Os de lapin : 16,92 ± 0,15 (unité non spécifiée) |
| Homogénéisateur haute pression | Le matériau traverse un espace étroit entre le siège de soupape et la soupape d'homogénéisation, où la pression et la vitesse augmentent. Lors de l'impact avec l'anneau d'impact, il se produit un cisaillement, des oscillations à haute fréquence et une cavitation. Après le passage à travers la soupape, la pression chute brutalement, produisant un effet d'homogénéisation. | Convient à divers matériaux liquides, principalement pour l'émulsification (broyage humide). | Pulpe de betterave : 38,28 ± 0,66 (unité non spécifiée) |
| Microfluidiseur | Le matériau est pressurisé à un niveau prédéfini, puis soumis à une pression ultra-élevée dans une chambre d'interaction. Grâce au principe des jets impactants, le fluide est émulsifié et décomposé par un cisaillement intense, des oscillations à haute fréquence, des impacts à grande vitesse, une décompression rapide et la cavitation, ce qui provoque des changements structuraux dans les macromolécules. | Principalement pour les matériaux liquides à structure lâche, utilisé pour l'émulsification (broyage humide) | Poudre de lait de soja : 5,14 ± 0,04 (unité non spécifiée) |
| broyeur colloïdal | Le rotor (dents rotatives) et le stator (dents fixes) tournent l'un par rapport à l'autre à grande vitesse. La matière, entraînée par son propre poids ou une pression extérieure, crée une force hélicoïdale descendante. En passant dans l'espace entre les dents, elle subit un fort cisaillement, un frottement important et des vibrations à haute fréquence, ce qui permet sa pulvérisation et son émulsification. | Convient aux matériaux à haute viscosité ou à particules grossières (broyage humide) | Pelure de kiwi : 58 (unité manquante) |
Effets du broyage ultrafin sur les fonctions physiologiques spécifiques des céréales
| Fonction | Nutriments | Mécanisme d'action des composants | Effets du broyage ultrafin sur les grains | Céréales représentatives |
| Hypoglycémie (diminution de la glycémie) | Fibres alimentaires, protéines, amidon, polyphénols, flavonoïdes, etc. | La réduction de la taille des particules augmente la surface spécifique, la porosité, l'énergie de surface et l'abondance des bactéries bénéfiques. | ① Améliorer l'adsorption et la capacité de liaison du glucose, retarder la diffusion du glucose ; ② Protéger et réparer les cellules β des îlots, augmenter les niveaux d'insuline ; ③ Inhiber les enzymes digestives, améliorer le métabolisme du glucose ; ④ Améliorer le microbiote intestinal et restaurer la microécologie intestinale. | Sarrasin, avoine, orge des Highlands |
| Antioxydant | β-carotène, polyphénols, polysaccharides, etc. | Augmentation des substances à petites molécules ayant une activité antioxydante et de la surface spécifique. | Prévenir les dommages oxydatifs causés par les espèces réactives de l'oxygène. | Haricots noirs, larmes de Job, sarrasin, avoine |
| Antihypertenseur (diminution de la pression artérielle) | Fibres alimentaires solubles, protéines, etc. | Exposition des groupes actifs et relâchement structurel accru. | Améliorer la capacité d'échange cationique. | Haricot rouge, sarrasin, haricot mungo |
| hypolipidémique (diminution du taux de lipides sanguins) | Fibres alimentaires, amidon, polyphénols, protéines, etc. | Réduction de la taille des particules, exposition des groupes actifs, augmentation de la surface spécifique et relâchement de la structure. | ① Améliorer la capacité d'adsorption du cholestérol ; ② Améliorer la capacité d'adsorption des sels biliaires ; ③ Inhiber l'activité de la lipase pancréatique. | Haricot noir, larmes de Job, haricot rouge, sarrasin |
| Réduction des substances nocives | Fibres alimentaires, polyphénols, protéines, etc. | Réduction de la taille des particules, augmentation de la surface spécifique et de la souplesse de la structure. | ① Améliorer la capacité d'adsorption des métaux lourds ; ② Améliorer la capacité d'adsorption des nitrites ; ③ Améliorer la santé intestinale. | Haricots mungo, son de sarrasin |
Technologie de broyage ultrafin pour la production de poudres ultrafines issues de sept grandes catégories alimentaires
| Catégorie alimentaire | Produits de broyage ultrafin |
| Fruits et légumes | Poudre d'orange, poudre de pomme, poudre de poire, poudre de carotte, poudre de citrouille, poudre de céleri, poudre d'épinards, etc. |
| Produits d'élevage, de volaille et aquatiques | Poudre de bœuf, poudre de poulet, poudre de porc, poudre de crevettes, poudre d'os, etc. |
| Épices et assaisonnements | Poudre de gingembre, poudre d'ail, poudre de poivre, poudre de piment, poudre de champignons, etc. |
| Fortifiants nutritionnels | Poudre d'os, poudre d'algues, poudre de carotte, pollen, etc. |
| Feuilles: | Poudre de thé, poudre de feuilles de mûrier, poudre de feuilles de ginkgo, poudre de gynostemma pentaphyllum |
| Plantes médicinales et comestibles : | Poudre de réglisse, poudre de chrysanthème, poudre d'écorce de mandarine, poudre de racine d'Ophiopogon, poudre de noyau d'abricot, poudre de Polygonum multiflorum, poudre d'angélique, etc. |
| Aliments santé : | Poudre de riz gluant, fécule de maïs, poudre de soja, poudre de haricot mungo, poudre de haricot rouge, poudre de son de blé, poudre d'arachide, etc. |
Applications de la technologie de broyage ultrafin dans l'industrie agroalimentaire
Assaisonnements
Dans l'industrie des assaisonnements, le broyage ultrafin est utilisé pour la production de divers produits, tels que les épices, les poudres et les sauces. Ce procédé modifie la couleur, la brillance, les propriétés chimiques et catalytiques des poudres, améliorant ainsi leur solubilité dans l'eau, leur capacité d'adsorption et leur fluidité, et accélérant la dissolution des substances bioactives. Le broyage ultrafin influe donc principalement sur la qualité des condiments en améliorant leur texture et leur sensation en bouche, en favorisant la libération des composés aromatiques, en extrayant les principes actifs et en rehaussant leur couleur.
Cependant, un broyage excessif ou une mauvaise manipulation peuvent altérer la qualité de la poudre. D'une part, un broyage excessif peut produire des particules de taille excessivement petite. En cas de broyage ultrafin excessif, les particules deviennent trop petites, ce qui augmente l'angle de talus naturel, diminue la fluidité et favorise l'absorption d'humidité, pouvant entraîner l'agglomération et d'autres problèmes. D'autre part, des températures inadaptées lors du broyage ultrafin peuvent également affecter la qualité. Une température de broyage trop élevée peut accélérer la libération de substances enzymatiques, intensifiant ainsi les réactions d'oxydation et entraînant une perte d'antioxydants.
Plage de taille optimale des particules pour les assaisonnements en poudre
| Matériau à pulvériser | Plage de taille optimale des particules / μm |
| champignon shiitake (essence de champignon) | 100–154 |
| Gingembre | 70–150 |
| Épices | 820–1,500 |
Grains grossiers
Le broyage ultrafin modifie les propriétés physico-chimiques des farines de céréales complètes, principalement en raison de changements dans la structure de l'amidon, des protéines et des fibres alimentaires présentes dans les grains. À l'instar des sous-produits agricoles broyés à l'ultrafine, les céréales complètes ayant subi ce broyage présentent également certaines caractéristiques, notamment celles qui diffèrent significativement de celles des céréales complètes à particules plus grosses : propriétés de cristallisation, d'hydratation et de gélatinisation, densité et fluidité, propriétés fonctionnelles, capacité de rétention d'huile et couleur.
Effet du broyage ultrafin sur les propriétés physico-chimiques de certains grains grossiers
| Propriétés | Matière première | Méthode de broyage | Principales conclusions |
| Propriétés cristallines | Graines de Coix Sorgho | Broyeur vibrant Broyeur à billes | Cristaux d'amidon endommagés, cristallinité diminuée. Cristaux transformés en état amorphe. |
| propriétés d'hydratation | son d'orge des Highlands Avoine | Fraisage au jet Broyeur à billes planétaire | La capacité de rétention d'eau a diminué de 4,12 g/g à 2,72 g/g. Capacité de gonflement et solubilité accrues. |
| Propriétés de collage | riz noir Millet | Fraisage au jet Fraisage au jet | La viscosité maximale, la viscosité finale, la dégradation, le recul et la température de gélatinisation ont diminué. La viscosité maximale, la viscosité finale, la dégradation et le recul ont d'abord augmenté puis diminué ; la température de gélatinisation a augmenté. |
| Densité et fluidité | son de sarrasin de Tartarie haricot mungo | Broyeur à billes Fraisage au jet | L'angle de talus naturel et l'angle de glissement ont augmenté, la fluidité a diminué. La densité tassée a diminué de manière significative de 56,1%. |
| Propriétés fonctionnelles | son d'avoine | Broyeur vibrant | Les capacités d'échange cationique, d'adsorption du cholestérol, des acides biliaires et du glucose se sont améliorées. |
| Autres propriétés | sarrasin de Tartarie haricot azuki rouge | Fraisage au jet Broyeur vibrant | Capacité de stockage du pétrole : d'abord augmentée, puis diminuée. Caractéristiques de couleur : la poudre ultrafine est devenue plus brillante, avec une différence de couleur significative par rapport à la poudre conventionnelle. |
Comparée aux méthodes de mouture traditionnelles, la mouture ultrafine permet de réduire efficacement la taille des particules de farine complète et de modifier sa structure moléculaire, facilitant ainsi la libération des nutriments et des composés bioactifs. L'absorption des nutriments par l'organisme s'en trouve améliorée, et la farine complète obtenue présente une texture plus fine, sublimant la sensation en bouche. De plus, la farine complète moulue ultrafinement possède une surface spécifique plus importante, ce qui contribue à améliorer ses propriétés physiques – telles que l'adsorption et la solubilité – ainsi que la vitesse des réactions chimiques.
Les effets du broyage ultrafin sur l'amidon
Les effets du broyage ultrafin sur les protéines
Les effets du broyage ultrafin sur les fibres alimentaires
Effets du broyage ultrafin sur les propriétés structurelles et fonctionnelles des fibres alimentaires
Fruits et légumes
| Poudre de fruits/légumes | méthode de broyage | Conditions de broyage | Changements (par rapport à la poudre grossière) |
Pousse de bambou Fangzhu | Micronisation par jet d'air | Vitesse du broyeur à billes : 350 tr/min, durée : 5 h, diamètre des petites billes : 3 mm, rapport billes/matériau : 1:1,3:1,5:1,7:1,9:1 | Après 30 min de micronisation, Dx(50) a diminué de 199 μm par rapport à la poudre grossière. |
| céleri d'eau | micronisation vibratoire | Broyage grossier dans un broyeur à herbes chinois pendant 2 min, puis micronisation pendant 5, 15 et 25 min. | Après 25 min de micronisation, Dx(50) a diminué de 278,52 μm par rapport à la poudre grossière. |
| Patate douce | micronisation vibratoire | Fraisage pendant 5, 10, 15, 20, 25, 30 min | Après 5 min de micronisation, Dx(50) a diminué de 4,73 μm par rapport à la poudre grossière. |
| écorce de taro | micronisation vibratoire | Fraisage pendant 10, 20, 30, 40, 50, 60, 90 min | En 20 minutes de micronisation, la taille moyenne des particules est passée de 352 μm à moins de 20 μm. |
| Aubépine | Broyage au mortier, concassage par cisaillement et micronisation par jet d'air | Broyage au mortier à 100 tr/min pendant 9 min ; tamisage à 1,0 mm, puis concassage par cisaillement à 10 000 tr/min ; micronisation par jet d’air à 10 Hz, 70 MPa | Après séchage au four et micronisation par jet d'air, la valeur L* la plus élevée était de 51,35. |
| Racine de lotus | Broyage planétaire à billes | Rapport billes/matériau : 2:1, 5:1, 8:1 ; broyage à 200, 300 et 400 tr/min pendant respectivement 4, 8 et 12 h. | Avec un rapport billes/matériau de 8:1, une vitesse de 300 tr/min et un temps de broyage de 12 h, la valeur L* a atteint le maximum, soit 69,2. |
| Pulpe d'agrumes Chazhigan | Micronisation à basse température | Broyé à 10–13 °C pendant 10, 30, 60, 120 min | Comparativement au broyage ordinaire, après 60 min de micronisation, la valeur L* est passée de 68,34 à 89,17. |
| graine d'euryale de Gordon (noix de renard) | Broyage planétaire à billes | Vitesse du broyeur à billes : 100, 200, 300 tr/min ; rapport matière/billes : 1:10, 1:20, 1:30 (g/g) ; diamètre des billes de broyage : 4, 8, 10 mm ; durée de broyage : 10, 20, 30 min | La vitesse de rotation a eu un effet significatif sur la valeur L* de la poudre ; la valeur L* la plus élevée (93,69) a été obtenue à 300 tr/min. |
Oignon | Broyage planétaire à billes | Broyage grossier à travers un tamis de 20 mesh, puis broyage à billes à 300 tr/min pendant 0, 6, 12, 18, 24 h | Après 24 h de broyage à billes, la valeur L* est passée de 58,0 (poudre grossière) à 64,5. |
La technologie de broyage ultrafin peut améliorer les propriétés physico-chimiques des poudres de fruits et légumes et de leurs sous-produits, favoriser la libération de composés bioactifs, rehausser le goût et diversifier les variétés de produits.
Propriétés physico-chimiques : La technologie de broyage ultrafin favorise la libération des pigments en brisant les parois cellulaires et les structures qui les contiennent. De plus, la surface spécifique accrue des poudres ultrafines et leur réflectivité lumineuse améliorée confèrent une couleur plus uniforme et éclatante. Cependant, un broyage excessif ou des températures localement élevées peuvent entraîner une dégradation des pigments, un brunissement et d’autres problèmes. Parallèlement, cette technologie améliore significativement l’hydratation des poudres de fruits et légumes et de leurs sous-produits, en augmentant l’absorption et la capacité de rétention d’eau. Toutefois, la réduction de la taille des particules et les modifications de la structure de surface peuvent rendre les poudres plus sensibles à l’absorption d’humidité et à l’agglomération, ce qui détériore les indicateurs de fluidité, tels que l’angle de talus naturel et l’angle de glissement, et réduit ainsi la fluidité.
Effet de la technologie de broyage ultrafin sur la taille des particules et la couleur des poudres de fruits, de légumes et de sous-produits
| Poudre de fruits/légumes | Méthode de broyage | Conditions de broyage | Changements (par rapport à la poudre grossière) |
| Tomate | broyage ultrafin | Broyé dans un broyeur ultrafin à 28 000 tr/min, 2 200 W ; puis tamisé successivement à travers des tamis de 40, 100 et 200 mesh. | Le taux de dissolution des protéines de la poudre ultrafine était significativement plus élevé que celui de la poudre grossière, la valeur la plus élevée atteignant 1,24 g/100 g. |
| Noyau de jujube acide | broyage ultrafin gaz-liquide | Broyage à froid pendant 1 min, passage à travers un tamis de 80 mesh, puis broyage ultrafin gaz-liquide pendant 1 min et passage à travers un tamis de 150 mesh | Le rendement moyen d'extraction de protéines de la poudre ultrafine a augmenté de 6,85% par rapport au broyage ordinaire. |
| Jujube gris (Huizao) | Broyage ultrafin vibratoire | Broyeur universel pendant 2 min, puis broyeur vibrant ultrafin oscillant pendant 6 min pour obtenir une poudre ultrafine | La teneur en protéines de la poudre ultrafine était significativement plus élevée que celle de la poudre de jujube disponible dans le commerce, à 0,49 g/100 g. |
| Noix de coco | Broyage ultrafin vibratoire | Broyeur universel, puis tamisage à travers un tamis de 60 mesh ; broyeur ultrafin vibrant à 5 °C pendant respectivement 5, 10, 20, 30, 40 et 50 min | Après 20 minutes de broyage, la teneur en protéines solubles a augmenté de 58,81% par rapport à la poudre grossière. |
| Pousse de bambou Fangzhu | broyage ultrafin gaz-liquide | Broyeur universel pendant 10 min, puis broyeur ultrafin à jet d'air pendant 10, 20, 30 min | Après 30 minutes de broyage, la teneur totale en sucre a atteint la valeur la plus élevée de 9,25%. |
| Jujube | Broyage par nano-impact à haute énergie | Broyeur universel pendant 10 s, tamisage à travers un tamis de 60 mesh ; puis broyeur à nano-impact haute énergie à 380 tr/min, <20 °C pendant 6 h | La teneur totale en sucre a augmenté de 5,76 g/100 g par rapport à la poudre grossière. |
| Carotte | Broyage planétaire à billes | Poudre grossière obtenue par différentes méthodes de séchage, puis broyage planétaire à billes pendant 4 h | La teneur totale en sucre était la plus élevée (3,05%) pour la fraction de taille de particules de 109–120 μm. |
jacquier | Broyage vibratoire | Poudre grossière passée au tamis de 100 mesh ; broyage ultrafin pendant 5, 10, 15 et 20 min pour obtenir des poudres de différentes granulométries. | La teneur en VC de la poudre grossière était de 14,55 mg/100 g ; dans les 10 minutes de broyage ultrafin, la teneur en VC a diminué avec l'augmentation du temps de broyage, et est restée par la suite essentiellement inchangée (à 10,40 mg/100 g). |
Propriétés nutritionnelles et fonctionnelles
La technologie de broyage ultrafin améliore les propriétés physico-chimiques des protéines des fruits et légumes. En brisant les parois cellulaires et en accélérant la libération du contenu cellulaire, elle augmente la solubilité totale des sucres dans les poudres de fruits et légumes et leurs dérivés. Les propriétés physico-chimiques des fibres alimentaires, notamment des fibres insolubles, sont nettement améliorées après broyage ultrafin par rapport aux poudres grossières. Ce procédé permet également d'optimiser les fonctions physiologiques et l'intérêt pratique des poudres, tout en renforçant leur activité antioxydante.
Qualité aromatique : Le broyage ultrafin peut améliorer considérablement la saveur des poudres par rapport au broyage conventionnel ; cependant, la durée du broyage doit être strictement contrôlée afin d’éviter que la génération de chaleur mécanique ne dégrade les composés aromatiques thermosensibles et n’inhibe l’activité des enzymes clés.
Aliments santé
En optimisant le processus de broyage, les milieux de broyage, l'environnement de broyage et le traitement post-broyage, il est possible d'améliorer la biodisponibilité des nutriments dans les aliments santé, d'améliorer la texture, d'accroître la bioactivité et de prolonger la durée de conservation.
Conclusion
Matière première essentielle de l'industrie agroalimentaire, les poudres alimentaires sont largement utilisées dans divers secteurs, notamment la boulangerie, les boissons et les produits laitiers. Leurs propriétés physico-chimiques uniques leur permettent de remplir de multiples fonctions lors de la transformation des aliments : amélioration de la texture, prolongation de la durée de conservation et enrichissement nutritionnel. Le développement continu de l'industrie agroalimentaire entraîne une demande croissante en poudres alimentaires, ce qui accroît les exigences en matière de technologies de préparation.
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— Jason Wang, Ingénieur