第九章__食品分离技术

1、第九章第九章 食品分离技术食品分离技术第一节第一节 食品分离技术应用范围食品分离技术应用范围物料有效成分的提取和分离；物料有效成分的提取和分离；液体物料的浓缩；液体物料的浓缩；固形杂质的分离；固形杂质的分离；提取或脱除物料中某一组分；提取或脱除物料中某一组分；过滤除菌；过滤除菌；第二节第二节 分离技术分离技术一、过滤技术一、过滤技术二、沉降技术二、沉降技术三、离心分析三、离心分析四、膜分离技术四、膜分离技术五、浸出技术五、浸出技术六、六、蒸馏和精馏蒸馏和精馏七、七、超临界流体萃取技术超临界流体萃取技术八、泡沫吸附分离技术八、泡沫吸附分离技术一、过滤一、过滤（一）定义（一）定义 指悬浮液通过多孔

2、介质而使其中固液指悬浮液通过多孔介质而使其中固液两相分离的过程。两相分离的过程。（二）基本原理（二）基本原理 利用一种能将悬浮固体微粒截留，而液利用一种能将悬浮固体微粒截留，而液体能自由通过的多孔介质，在一定压力差体能自由通过的多孔介质，在一定压力差的推动下，达到分离悬浮液中固、液两相的推动下，达到分离悬浮液中固、液两相的目的。的目的。（三）过滤设备（三）过滤设备1、重力过滤设备重力过滤设备2、加压过滤机、加压过滤机3、真空过滤机、真空过滤机 4、离心过滤机、离心过滤机（1、进行固液系分离、进行固液系分离2、澄清、澄清3、除去微生物、除去微生物二、沉降二、沉降（一）定义（一）定义 是分散质相对

3、于分散介质的相对迁移是分散质相对于分散介质的相对迁移过程。过程。（二）基本原理（二）基本原理 由于分散物系（相）与连续相（分散由于分散物系（相）与连续相（分散介质）两物质的密度不同介质）两物质的密度不同,或悬浮液中的粒或悬浮液中的粒子直径不同，从而在重力或离心力作用下子直径不同，从而在重力或离心力作用下产生分层而得到分离。产生分层而得到分离。（三）沉降设备（三）沉降设备 1、重力沉降器；、重力沉降器；2、沉降式离心机；、沉降式离心机；3、旋液分离器、旋液分离器（四）应用范围（四）应用范围1、澄清；、澄清；2、浓缩；、浓缩；3、分离或分级、分离或分级三、离心分离三、离心分离 （一）原理（一）原理

4、 料液在离心力作用下，按轻重不同分料液在离心力作用下，按轻重不同分层从而得到分离。层从而得到分离。（二）离心机的分类（二）离心机的分类 过滤式离心机过滤式离心机 沉降式离心机沉降式离心机 分离式离心机分离式离心机（三）适用范围（三）适用范围 物料脱水物料脱水 悬浮液分离、增浓或澄清悬浮液分离、增浓或澄清 乳浊液分离乳浊液分离 四、膜分离技术四、膜分离技术（一）定义（一）定义 将含有两个以上组分的流体通过一固体膜，将含有两个以上组分的流体通过一固体膜，借该膜的选择性以及膜两侧的能量差（静压差、借该膜的选择性以及膜两侧的能量差（静压差、浓度差、电位差）浓度差、电位差）,将某种成分和流体中的其他组将

5、某种成分和流体中的其他组分分离的过程。分分离的过程。 微滤微滤 超滤超滤 反渗透反渗透 电渗析电渗析 （二）膜分离的类型和基本原理（二）膜分离的类型和基本原理1微滤（微滤（microfiltration, MF ） 分离范围分离范围0.022m，可截留微细物质，可，可截留微细物质，可滤除细菌和细小的悬浮颗粒。以孔径滤除细菌和细小的悬浮颗粒。以孔径102104 nm的多孔膜过滤溶液。的多孔膜过滤溶液。2超滤（超滤（ultrafiltration, UF ） 分离范围分离范围0.0020.2m，可滤除大分子物质，可滤除大分子物质和微粒，以孔径和微粒，以孔径1100 nm的膜过滤。的膜过滤。3反渗透

6、（反渗透（reverse osmosis, RO） 利用反渗透膜选择地透过溶剂的性质，对利用反渗透膜选择地透过溶剂的性质，对溶液施加压力，克服溶剂的渗透压溶液施加压力，克服溶剂的渗透压,使溶剂通过使溶剂通过膜而从溶质中分离出来的过程。可分离分子量膜而从溶质中分离出来的过程。可分离分子量150或更低的化合物分子。或更低的化合物分子。反渗透与超滤主要区别反渗透与超滤主要区别（1）反渗透施加的压力大，超滤小反渗透施加的压力大，超滤小。（2）反渗透可分离大、小分子、微粒，一般水才能通）反渗透可分离大、小分子、微粒，一般水才能通过膜，超滤只分离大分子和微粒。过膜，超滤只分离大分子和微粒。（3）适用范围：

7、反渗透主要用于海水淡化，果蔬汁等）适用范围：反渗透主要用于海水淡化，果蔬汁等液体浓缩。超滤可用于果蔬汁、酒、醋澄清、汁液、液体浓缩。超滤可用于果蔬汁、酒、醋澄清、汁液、奶浓缩、天然色素等分离。奶浓缩、天然色素等分离。4电滲析电滲析(Electrodialysis, ED) 它通过具有选择透性和良好导电性的离子它通过具有选择透性和良好导电性的离子交换膜，在外加直流电场的作用下，使原水中交换膜，在外加直流电场的作用下，使原水中阴、阳离子分别通过阴离子交换膜和阳离子交阴、阳离子分别通过阴离子交换膜和阳离子交换膜，从而达到净化作用的技术。换膜，从而达到净化作用的技术。（三）膜材料和膜组件（三）膜材料和

8、膜组件1膜材料膜材料高分子膜高分子膜 常用二醋酸纤维素酯常用二醋酸纤维素酯(CA)、聚砜（、聚砜（PS）、）、聚丙烯腈（聚丙烯腈（PAN）等。）等。无机膜无机膜 多孔陶瓷膜、中空纤维玻璃膜、表面改性多孔陶瓷膜、中空纤维玻璃膜、表面改性多层多孔膜、碳分子筛膜等。多层多孔膜、碳分子筛膜等。2、膜应具备以下性能特点、膜应具备以下性能特点耐压耐压 MF膜膜0.150.2mpa、UF膜膜0.30.7mpa、RO膜膜0.76mpa。耐温耐温 082。耐酸碱耐酸碱耐化学腐蚀耐化学腐蚀高渗透流率高渗透流率3膜组件膜组件（1）分离设备）分离设备 主要由膜组件和对流体提供压力的泵组成，主要由膜组件和对流体提供压力

9、的泵组成，如电滲析，需直流电。如电滲析，需直流电。（2）对）对MF、UF、RO而言，常用以下组件而言，常用以下组件板框式组件板框式组件管式膜组件管式膜组件卷式膜组件卷式膜组件中空纤维膜组件中空纤维膜组件（四）膜分离技术特点及在食品工业（四）膜分离技术特点及在食品工业中的应用实例中的应用实例1特点特点在常温下进行在常温下进行不发生相变化不发生相变化能耗低能耗低在密闭容器中进行在密闭容器中进行不用添加化学试剂、添加剂不用添加化学试剂、添加剂选择性好选择性好使用范围广使用范围广操作简便，易自动化操作操作简便，易自动化操作2. 膜分离技术在果蔬汁加工中的应用膜分离技术在果蔬汁加工中的应用超滤技术在苹果

10、汁加工中的应用超滤技术在苹果汁加工中的应用超滤技术用于苹果汁澄清精制的工艺流程及特点超滤技术用于苹果汁澄清精制的工艺流程及特点 苹果苹果料仓料仓清洗清洗 挑选挑选破碎破碎 压榨压榨 筛滤筛滤芳香物回芳香物回收收酶解酶解离心澄清离心澄清硅藻土过滤硅藻土过滤精滤精滤浓缩浓缩罐装（成罐装（成品）品）超滤超滤3. 超滤技术在酒类生产中的应用超滤技术在酒类生产中的应用（1）熟啤的过滤）熟啤的过滤 硅藻土过滤硅藻土过滤3m膜过滤膜过滤 1m膜过滤膜过滤清清酒罐酒罐罐装罐装（2）生啤的过滤）生啤的过滤 硅藻土过滤硅藻土过滤 3m膜过滤膜过滤清酒罐清酒罐 1m膜膜过滤过滤0.45m或或0.22m膜过滤膜过滤无

11、菌罐装无菌罐装 啤酒行业中气体的无菌过滤啤酒行业中气体的无菌过滤 气体气体0.45 m预过滤器预过滤器 0.22 m终端膜过滤器终端膜过滤器无菌气体无菌气体 蒸汽蒸汽蒸汽过滤器蒸汽过滤器（3）白酒生产中的应用）白酒生产中的应用（4）葡萄酒生产中的应用）葡萄酒生产中的应用（5）黄酒米酒生产中的应用）黄酒米酒生产中的应用（6）酒厂生产用水中的应用）酒厂生产用水中的应用7、膜技术在食用油加工和植物蛋白浓缩、提、膜技术在食用油加工和植物蛋白浓缩、提纯中的应用纯中的应用l膜法生产大豆分离蛋白l传统的传统的“碱溶酸沉碱溶酸沉”法：法：l 水水l 豆粕豆粕提取提取蛋白浆液蛋白浆液离心分离离心分离渣子渣子干燥

12、干燥l l 离心分离离心分离沉淀沉淀蛋白提取液蛋白提取液酸酸l l蛋白乳清水蛋白乳清水凝乳蛋白凝乳蛋白碱碱 l l净化处理净化处理 解析中和解析中和l 废水排放废水排放 蛋白液蛋白液喷雾干燥喷雾干燥蛋白成品蛋白成品包装包装l膜法：l 水水l 豆粕豆粕提取提取蛋白浆液蛋白浆液离心分离离心分离渣子渣子干燥干燥l l 透过液透过液超滤超滤预处理预处理蛋白提取液蛋白提取液l l 净化净化 浓缩液浓缩液功能处理功能处理喷雾干燥喷雾干燥 l l 大豆低聚糖大豆低聚糖 分离大豆蛋白粉分离大豆蛋白粉l 包装包装成品成品五、浸出技术五、浸出技术（一）定义（一）定义 用适当的溶剂将固体原料中的可溶性用适当的溶剂将

13、固体原料中的可溶性组分提取出来的操作。组分提取出来的操作。（二）基本原理（二）基本原理 浸在溶剂中的固体原料先湿润、可溶浸在溶剂中的固体原料先湿润、可溶性溶质溶解，从内部扩散到固体表面，最性溶质溶解，从内部扩散到固体表面，最后溶质从固体表面通过液膜扩散达溶剂中。后溶质从固体表面通过液膜扩散达溶剂中。（三）影响因素（三）影响因素1可浸出物质的含量：含量愈高，浸出速度愈可浸出物质的含量：含量愈高，浸出速度愈大。大。2原料形状、大小：固体表面积愈大，扩散原料形状、大小：固体表面积愈大，扩散速度愈大。速度愈大。3浸出温度：温度愈高，扩散速度愈大。浸出温度：温度愈高，扩散速度愈大。4浸出时间：时间愈长，

14、浸出量愈大。浸出时间：时间愈长，浸出量愈大。5浓度差：浓度差愈大，浸出速度愈大。浓度差：浓度差愈大，浸出速度愈大。6溶剂：水、乙醇、乙醚、氯仿等。溶剂：水、乙醇、乙醚、氯仿等。（四）浸出方式（四）浸出方式 提取液提取液新溶剂新溶剂1. 单级间歇式单级间歇式2. 多级接触式（逆流式）多级接触式（逆流式） 固体原料固体原料渣渣3连续式连续式六、蒸馏和精馏六、蒸馏和精馏 常用于挥发性物质的提取和有机溶剂回收。 （一）蒸馏（一）蒸馏 根据液体各成分的沸点不同使之部分根据液体各成分的沸点不同使之部分汽化，然后将蒸汽冷凝。分离出低沸点组汽化，然后将蒸汽冷凝。分离出低沸点组分的产品，但纯度低。分的产品，但纯

15、度低。（二）精馏（二）精馏 把蒸馏得到的初步产品又一次部分汽把蒸馏得到的初步产品又一次部分汽化并冷凝，产品组分的含量进一步提高，化并冷凝，产品组分的含量进一步提高，反复多次的操作，可得到纯度高的产品。反复多次的操作，可得到纯度高的产品。分子蒸馏分离技术分子蒸馏分离技术1. 概念概念 分子蒸馏技术是一种利用分子自由程的原理，对分子蒸馏技术是一种利用分子自由程的原理，对含有不同物质的物料在液含有不同物质的物料在液-液状态下进行分离的技液状态下进行分离的技术。术。2.分子蒸馏技术是一种特殊的高真空蒸馏分离技术。分子蒸馏技术是一种特殊的高真空蒸馏分离技术。3.分子蒸馏是在高真空下物料未达到沸点时进行的

16、，分子蒸馏是在高真空下物料未达到沸点时进行的，而被蒸馏物受热时间很短，所以特别适用于高沸而被蒸馏物受热时间很短，所以特别适用于高沸点、热敏性物质的分离。点、热敏性物质的分离。（三）食品工业应用（三）食品工业应用 精制鱼油、鱼肝油、脂肪酸及其衍生精制鱼油、鱼肝油、脂肪酸及其衍生物、二聚酸、生育酚、单甘酯、脂肪酸酯、物、二聚酸、生育酚、单甘酯、脂肪酸酯、牛油及猪油脱胆固醇、小麦胚芽油、乳酸、牛油及猪油脱胆固醇、小麦胚芽油、乳酸、双甘油酯、辣椒油树脂、植物蜡等。双甘油酯、辣椒油树脂、植物蜡等。七、超临界流体萃取技术七、超临界流体萃取技术 超临界流体萃取是一种新型的萃取分离技术。超临界流体萃取是一种新

17、型的萃取分离技术。该技术利用流体（溶剂）在临界点附近某一区域该技术利用流体（溶剂）在临界点附近某一区域（超临界区）内与呆分离混合物中的溶质具有异（超临界区）内与呆分离混合物中的溶质具有异常相平衡行为和传递性能，且它对溶质溶解能力常相平衡行为和传递性能，且它对溶质溶解能力随温度和压力改变而在相当宽的范围内变动这一随温度和压力改变而在相当宽的范围内变动这一特性而达到溶质分离的一项技术。特性而达到溶质分离的一项技术。 1897年年Hannay等发现超临界乙醇具有极佳的等发现超临界乙醇具有极佳的溶解能力，溶解能力，60年代德国年代德国Zosel利用其从羊毛油中提利用其从羊毛油中提取羊毛脂，现代应用较广

18、泛。取羊毛脂，现代应用较广泛。（一）定义（一）定义 利用作为溶剂的流体在临界温度压力利用作为溶剂的流体在临界温度压力以上与待分离混合物中的溶质具有异常相以上与待分离混合物中的溶质具有异常相平衡行为和传递性能，且溶解能力随温度平衡行为和传递性能，且溶解能力随温度和压力改变而在相当宽的范围内变动的特和压力改变而在相当宽的范围内变动的特性，萃取混合物中可溶性组成的分离技术。性，萃取混合物中可溶性组成的分离技术。（二）基本原理（二）基本原理1超临界流体的基本性质超临界流体的基本性质 物质存在着气体和液体不能共存的固有状态，此态称物质存在着气体和液体不能共存的固有状态，此态称为临界态，气体能被液化的最高

19、温度称为临界温度（为临界态，气体能被液化的最高温度称为临界温度（Tc），），在临界温度下被液化的最低压力称为临界压力（在临界温度下被液化的最低压力称为临界压力（Tc），临），临界温度和临界压力统称为临界点。在临界点附近，压力和界温度和临界压力统称为临界点。在临界点附近，压力和温度的微小变化都会引起气体密度的很大变化。随着向超温度的微小变化都会引起气体密度的很大变化。随着向超临界气体加压，气体密度增大到液态性质，这种状态的液临界气体加压，气体密度增大到液态性质，这种状态的液体称为超临界流体（体称为超临界流体（Super critical fluid,简称简称SCF），其性），其性质介于气体和液体

20、之间。超临界流体的密度为气体的数百质介于气体和液体之间。超临界流体的密度为气体的数百倍，并且接近液体，而其流动性和粘度仍接近于气体，扩倍，并且接近液体，而其流动性和粘度仍接近于气体，扩散系数大约为气体的百分之一，而较液体大数百倍。散系数大约为气体的百分之一，而较液体大数百倍。 适用于超临界萃取的溶剂有二氧化碳、乙烷、丙烷、适用于超临界萃取的溶剂有二氧化碳、乙烷、丙烷、氢、甲苯等等。氢、甲苯等等。2CO2的超临界特性的超临界特性应用二氧化碳作溶剂，具有以下优点：应用二氧化碳作溶剂，具有以下优点：（1）临界温度接近常温，保护热敏性天然物品，且）临界温度接近常温，保护热敏性天然物品，且易于操作；易于

21、操作；（2）临界压力低，易于达到；）临界压力低，易于达到；（3）化学稳定性好、无燃烧、无爆炸的危险；）化学稳定性好、无燃烧、无爆炸的危险；（4）无毒、无色、无味、不会污染制品）无毒、无色、无味、不会污染制品（5）具有防止氧化，抑制细菌活性作用；）具有防止氧化，抑制细菌活性作用；（6） 易得到价廉而高纯度的气体。易得到价廉而高纯度的气体。3超临界流体萃取过程超临界流体萃取过程（1）等压变温法）等压变温法（2）等温变压法）等温变压法（3）吸附法）吸附法 等温变压流程：等温变压流程：CO2气体经压缩后达到气体经压缩后达到最大溶解能力最大溶解能力(即超临界即超临界状态状态)，然后进入萃取器，然后进入萃

22、取器中与被萃取的物料接触；中与被萃取的物料接触；萃取物经减压后在分离萃取物经减压后在分离器内溶解能力将大大下器内溶解能力将大大下降，溶质也就分离出来降，溶质也就分离出来了；气体再进入压缩机了；气体再进入压缩机进行加压，重新作为下进行加压，重新作为下一循环的萃取剂。一循环的萃取剂。萃取工艺流程图自动控制系统流程图 （三）特点（三）特点1. 超临界流体具有良好的渗透性和溶解性，可快速提超临界流体具有良好的渗透性和溶解性，可快速提取有效成分。取有效成分。2. 在临界点附近，流体温度、压力的变化微小变化会在临界点附近，流体温度、压力的变化微小变化会引起溶解能力的极大变化，这种强选择性对分离溶引起溶解能力的极大变化，这种强选择性对分离溶解度接近的两种成分有利，并且萃取后的溶质和溶解度接近的两种成分有利，并且萃取后的溶质和溶剂分离也很容易。剂分离也很容易。3. 选用选用CO2，可在，可在t=31.1,p=7.38mPa下操作，可阻下操作，可阻止高温和氧气对食品影响。止高温和氧气对食品影响。4. 溶剂回收重复使用，无污染。溶剂回收重复使用，无污染。5