第五章食品分离新技术

食品分离新技术食品分离目的是排除某种特殊的组分，获得较高纯度的某组分，以便提升产品的价值。进而：1获得需要的产品2满足食品安全性的要求分离过程包括提取、澄清或净化、浓缩、干燥和回收等。分离技术的分类机械分离（不涉及传质过程）名称分离因子分离原理举例沉降重力密度差水处理离心离心力密度差油精制、牛乳脱脂旋风分离惯性流动力密度差喷雾干燥过滤过滤介质粒子大小除菌、喷雾干燥/果汁澄清、颗粒分离压榨机械力压力下液体流动油脂生产分离技术包括机械分离和传质分离传质分离：是指在分离过程中，有物质传递过程的发生。分为平衡分离过程和速率控制分离过程。速率控制分离第一节超临界萃取技术超临界流体(Supercriticalfluid，简称SCF)是指操作温度超过临界温度和压力超过临界压力状态的流体。超临界状态下的流体，具有接近于液体的密度和类似于液体的溶解能力，同时还具有类似于气体的高扩散性、低粘度、低 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面张力等特性。　气体、液体和超临界流体的性质比较SCF具有良好的溶剂特性，很多固体或液体物质都能被其溶解。超临界流体萃取(Supercriticalfluidextraction，简称SCFE)是用超临界条件下的流体作为萃取剂，由液体或固体中萃取出所需成分(或有害成分)的一种分离 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 。一、超临界萃取基本原理非挥发性溶质在超临界流体中的溶解度大致上和流体的密度成正比。超临界流体萃取是以超临界条件下的流体作萃取剂，利用流体在超临界状态下对物质有特殊增加的溶解度,可从混合物中有选择地溶解其中的某些组分，然后通过减压，升温或吸附将其分离析出。超临界流体萃取作为一个分离过程，介于蒸馏和液－液萃取过程之间。超临界流体萃取依靠被萃取的物质在不同的蒸气压力下所具有的不同化学亲和力和溶解能力进行分离，即此过程同时利用了蒸馏和萃取现象（蒸气压和相分离均在起作用）。超临界流体是一种低黏度、高扩散系数易流动的相，能又快又深地渗透到含有被萃取物质的固相中去。二、超临界流体的传递性质同时，超临界流体能溶于液相，从而降低了与之相平衡的液相黏度和表面张力，并且提高了平衡液相的扩散系数。提高溶剂选择性的基本原则是：1、操作温度应和超临界流体的临界温度相接近。2、超临界流体的化学性质应和待分离溶质的化学性质相接近。三、超临界流体的选择性四、超临界流体的选择原则用作萃取剂的超临界流体应具备以下条件:化学性质稳定。临界温度应接近常温或操作温度。操作温度应低于被萃取溶质的分解或变质温度。临界压力低。对被萃取物的选择性高。纯度高，溶解性能好。货源充足，价格便宜。五、超临界流体萃取的特点1、萃取和分离合二为一2、压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数3、萃取温度低4、超临界流体常态下是气体，无毒5、超临界流体的极性可以改变二氧化碳、乙烷、乙烯，以及一些含氟的氢化合物。六、超临界流体的种类不同流体在临界状态下的压力、温度和密度二氧化碳做为超临界流体主要特点是：1、CO2的TC为31.1℃，PC为7.15MPa。2、CO2化学性质不活泼，无色、无味、无毒、不易燃、化学惰性、低膨胀性。3、价格便宜，纯度高。七、超临界二氧化碳1、可作为使用方便、溶解性能良好的溶剂。通过改变萃取过程中二氧化碳的温度、压力，使其达到对原料中溶质有很大溶解度的超临界状态，溶质迅速转移到超临界二氧化碳流体中。然后又将溶解有溶质的高压、常温“稠密”的二氧化碳放入低压、常温的分离器中。2、可作为能调节溶解能力的多用途溶剂。可以容易地改变操作条件（压力和温度）而改变它的溶解度并实现选择性提取。3、对不同物质的溶解规律（1）亲脂性、低沸点成分可在104kPa以下萃取。（2）强极性基团（如-OH,-COOH）的引入，使得萃取变得困难。（3）强极性物质在低压下不能被萃取。（4）化合物的相对分子量越高，越难萃取。七、超临界萃取流程SCFE过程大致分为两类，即等温变压流程和等压变温流程。等温降压超临界萃取流程①→②T↓进料萃取，②→③P↓分离出料，③→①T↑P↑溶剂回收（1）萃取将二氧化碳气体压缩升温达到溶解能力最大的状态点1(即SCF状态)，然后进入萃取器与被萃取物料接触。（2）分离萃取物流进入分离器，进行等温减压分离过程，到状态点3，这时SCF的溶解能力减弱，溶质从萃取相中析出，SCF再进入压缩机进行升温加压，回到状态点1。八、超临界萃取技术在食品工业中的应用1、天然香料、色素的生产2、油脂的提取分离3、中药有效成分的提取第二节超滤和反渗透技术膜分离：借助于膜而实现各种分离的过程称之为膜分离。膜的基本概念：“膜”的定义：在一个流体相内或两个流体相之间有一薄层凝聚相物质把流体分隔开来成为两部分，则这一薄层物质就是膜。膜的分类：1、根据膜的材质，从相态上可分为固体膜和液体膜。2、从材料来源上，可分为天然膜和合成膜。3、根据膜的结构，可分为多孔膜和致密膜。4、按膜断面的物理形态，固体膜又可分为对称膜、不对称膜和复合膜。5、根据膜的功能，可分为离子交换膜、渗析膜、微孔过滤膜、超过滤膜、反渗透膜、渗透汽化膜和气体渗透膜等。6、根据固体膜的形状，可分为平板膜、卷式膜、管式膜和中空纤维膜等。膜分离的过程：1、微滤：使用孔径为0.1-10微米之间的微滤膜。2、超滤：截留颗粒的直径一般为0.002-0.1微米的大分子或胶体物质被截留。3、纳滤：截留直径大于1nm的颗粒及切割相对分子量在200～1000之间的有机物。4、反渗透：截留溶剂(水)中所有溶解性盐及切割相对分子量大于100的有机物。一、反渗透良好的半透膜应具备以下特性：①透水率大，脱盐率高；②机械强度大；③耐酸、碱、微生物的侵袭；④使用寿命长；⑤制取方便，价格较低。反渗透是利用反渗透膜选择性地只能透过溶剂(通常是水)的性质，对溶液施加压力，克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反渗透膜而从溶液中分离出来的过程。（一）反渗透的基本原理（二）反渗透膜的种类工业上应用最广泛的膜材料主要是醋酸纤维素和芳香聚酰胺。1、醋酸纤维素膜（CA膜）：醋酸纤维素(CA)：疏松的白色小粒或纤维粉状物优点：原料价格便宜，透水量大、除盐率高。缺点：不耐细菌侵蚀、不耐温、抗化学药品侵蚀能力弱、抗压实性能差。2、芳香聚酰胺膜（PA）原料价格较高，透水和除盐性能均佳，机械强度极好，适用于制成中空纤维膜。3、复合膜由两种以上的材料制成，用很薄的致密层与多孔支撑层复合而成的。多孔支撑层又称基膜，起增强机械强度作用；致密层也称表皮层，起脱盐作用，故又称脱盐层。脱盐层厚度一般为500×10—10m，最薄的为300×10—10m。原来由单一材料制成的非对称膜，有下列不足之处：1、致密层与支撑层之间存在着易被压密的过渡层。2、表皮层厚度的最薄极限约为1000×10-10m。3、脱盐率与透水速度相互制约。复合膜脱盐层可以做得很薄，有利于降低推动压力；消除了过渡区，抗压密能力强。因此，膜的高脱盐率和高透过性兼备；具有良好的化学稳定性和耐热性；推动压力低；抗污染能力强。基膜材料：聚砜（热塑性的树脂）脱盐层材料：芳香聚酰胺。（三）反渗透膜分离装置工业膜分离装置主要包括膜组件和泵。1、板框式：分为系紧螺栓式和耐压容器式两种。制造组装简单，膜的更换、清洗、维护容易，装置的体积紧凑。由圆形承压板、多孔支撑板和膜黏结成脱盐板，然后将一定数量的脱盐板堆积起来，并用O形密封圈密封，最后用上、下头盖以系紧螺栓固定组成。2、管式管式反渗透膜组件有内压式、外压式、单管式和管束式等几种。加压下的料液从管内一端流入，于另一端流出，透过膜所得产品水收集在管子外侧，在支撑体中汇集，再由耐压管上的细孔中流出。料液由装配端的进口流入，经耐压管内壁的膜管，于另一端流出，滤液透过膜后由收集管汇集流出。内压式和外压式膜组件渗透物与截留液的流动方向内压式外压式外径为50～100微米，内径为15～45微米，具有高压下不产生变型的强度。3、中空纤维式原液在压力作用下差沿径向由外向内渗透过中空纤维成为透过液，而截留物质则汇集在中空丝的外部。透过液透过纤维管壁后，沿纤维的中空内腔流经管板而引出。二、超滤（一）超滤的基本原理超滤过程的推动力是膜两侧的压力差，当液体在压力差的推动下流过膜表面时，溶液中直径比膜孔小的分子将透过膜进入低压侧，而直径比膜孔大的分子则被截留下来。膜孔径为（1-5）×10-8m，膜表面有效截留层的厚度较小，仅为(1-100)×10-7m，操作压力差一般为0.1-0.5MPa，可分离相对分子量约为500-1000000的分子。（二）超滤技术的特点1、操作条件温和，温度和压力较低。2、过滤面积大，物料加工时间短，生产率高。3、设备运行时没有污染物质侵入物料，清洁卫生。4、适应pH值范围广。（二）超滤膜的种类超滤膜从膜材料类别分，可分为有机膜和无机膜；按膜的荷电性分可分为中性膜和荷电膜；从膜材料亲疏水性分可分为亲水膜与疏水膜。总体上可将超滤膜材料分为有机高分子材料和无机材料两大类。1、有机高分子材料来源：其一，由天然高分子材料改性而得。其二，由有机单体经过高分子聚合反应制备的合成高分子材料。（1）纤维素衍生物材料价格低、成膜性能好。（2）再生纤维素类将天然纤维素通过化学方法溶解后再沉淀析出的纤维素。大多数有机溶剂中不溶，不溶于lmol／L盐酸，微溶于1mol／LNaOH溶液；240℃时开始热分解。（3）聚砜类具有较强化学稳定性、宽的pH使用范围、良好的耐热性能、酸碱稳定性、以及较高的抗氧化、抗氯性，能承受150℃的高温，可与食品接触。（4）乙烯类聚合物乙烯类聚合物是一类主链具有结构的高分子化合物，常用于超滤膜的材料有聚乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚丙烯等。聚乙烯:乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂聚丙烯腈:由单体丙烯腈经自由基聚合反应而得到1、无机材料无机材料主要是微孔无机材料，有多孔金属、多孔陶瓷膜和分子筛三种材料。（1）多孔金属由多孔金属材料制成的多孔金属膜，包括Ag膜、Ni膜、Ti膜及不锈钢膜等。（2）多孔陶瓷膜常用的多孔陶瓷膜包括Al2O3、Si02等。两大优点：耐高温，耐腐蚀。中空玻璃分子筛干燥剂分子筛结晶结构分子筛是结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐，用于气体的纯化处理。呈粉末状晶体，有金属光泽，不溶于水。分子筛膜具有与分子大小相当且均匀一致的孔径、离子交换性能、高温热稳定性，是理想的膜分离和膜催化材料。（3）分子筛（四）超滤膜装置超滤膜组件从结构单元上可分为管状膜组件及板式膜组件两大类。超滤过程中，无论采用哪种形式的组件，最好对原料液进行一定的前处理。三、超滤和反渗透的关系反渗透是从高浓度溶液中分离较小的溶质分子，超滤则是从溶剂中分离较大的溶质分子。超滤与反渗透的主要区别如下：1、它们的分离范围不同。2、它们使用的压力也不同。3、超滤一般不考虑渗透压作用。例：把1微米的颗粒定为超滤的上限，把10nm的颗粒定为反渗透的上限，当颗粒物大于50µm后，即属于一般的颗粒过滤。（四）超滤和反渗透的常见问题及防治措施浓差极化是指，当水透过膜并截留盐时，在膜表面会形成一个流速非常低的边界层，边界层中的盐浓度比进水本体溶液盐浓度高，这种盐浓度在膜表面增加的现象叫做浓差极化。膜污染是指处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞的现象。当膜表面溶质浓度达到或超过溶质饱和溶解度时，便有溶质析出。当溶质为难溶无机盐时，便结晶析出形成污染垢。当溶质是大分子聚合物或蛋白质时，便形成凝胶层。一旦料液与膜接触，膜污染和浓差极化即开始。五、浓差极化与膜污染的防治1、正确选用膜材料选用的膜材料与被分离溶质间的相互作用越弱越好。2、适当选择膜孔径或截留分子量3、正确制定运行工艺参数一般来说工作压力、温度的提高，都能使膜的透水量增加。4、对超滤膜表面赋予合适的保护层5、对料液进行预处理例：如在乳清溶液超滤之前，投加EDTA或柠檬酸之类的络合剂，可以预先隐蔽乳清中的钙盐；先调整好超滤溶液的pH值，使其远离溶液中蛋白质的等电点，产生与膜材料相同的电荷。作业：超临界萃取、超滤、反渗透技术在食品工业中有哪些应用？醋酸纤维素膜聚砜树脂衍生物膜矿物膜离子交换膜4、螺旋卷式在两层反渗透膜中间夹一层多孔支撑材料，并将它们的三端密封，再在下面铺上一层供废水通过的多孔透水格网，然后将它们的一端粘贴在多孔集水管上。使用时，高压侧原料液流过膜的外表面，渗透组分透过膜，流入膜内部，汇集于中心多孔管流出分离器。