2009级食品技术原理-教案第6章的干制保藏液体浓缩

1、第六章 食品的干制保藏技术液体食品的浓缩（6 学时）一、浓缩的基本特性1、浓缩的定义浓缩：从溶液中除去部分溶剂（通常是水）的操作过程，也是溶质和溶剂均匀混合溶液的部分分离过程。物料类型：液体食品水分减少机制：流体以分子、漩涡状传递水分，流体表面到外部周围以对流传质操作方式：商业上使用连续、稳定态操作产品特性：水分含量2030%，产品仍具有2、浓缩的目的：减少重量和体积：可减少食品包装、贮藏和性的成本。提高制品浓度、增大渗透压、降低水分活度、延长保质期：高浓度的糖或盐有较大的渗透压，当渗透压足够从微生物细胞中渗出水分，或能防止正常的水分扩散到微生物细胞中，就能抑制微生物的生长，起到防腐、保藏作用

2、。同时增加溶质浓度也降低了溶液的水分活度。是结晶操作的前处理过程或结晶控制的一种辅料的生产需经浓缩和结晶的过程。降低食品脱水过程的能耗：改善产品品质：真空浓缩可去除液料中的挥发性成分和不良风味，还具有脱气作用，可改善浓缩液：蔗糖、味精、葡萄糖、柠檬酸、甜炼乳等食品及某些的质构特征，利于奶粉的速溶性。二、浓缩方式及原理蒸发浓缩膜浓缩冷冻浓缩（一）蒸发浓缩1、蒸发原理传热与传质热量与质量的平衡原理影响传热（温差、传热面沉淀、界面膜）2、蒸发浓缩过程食品物料的变化食品中热敏性物质的变化：食品中蛋白质、脂肪、糖类、维生素以及其他成分在高温或长时间受热时会受到破坏或发生变性、氧化等作用。黏稠性：一些蛋白

3、质胶体溶液，随着浓度增高及受热变性， 其黏度显著增大，加热面的热传导。结垢性：蛋白质、糖、盐类和果胶等受热过渡会产生变性、结块、焦化现象。性下降，大大妨碍起泡性：含蛋白质胶体的物料有比较大的表面张力，增发沸腾时二次蒸汽冲入冷凝器，造成料液流失。结晶性：浓缩时当浓度超过饱和浓度时，会出现溶质的结晶，造成料液会妨碍加热面的热传递。较多，且较稳定，容易发生料液随状态改变，大量结晶的沉积风味形成与挥发：风味物质损失和风味劣变，长时间加热蒸发会产生烧煮味和颜色变褐（黑）。解决方法包括：将浓缩物与部分新鲜物料混合，以提高风味；风味物质回收。3、蒸发设备的选择蒸发器主要由加热室、分离室组成。加热室：利用水蒸

4、气为热源来加热被浓缩的物料。分离室：将二次蒸汽中夹带的操作能力物料需要浓缩的程度物料的热敏性是否需要回收风味物质清洁的容易程度操作的方便性相对于蒸发能力的蒸发器大小相对于蒸发能力和产品质量的操作费用4、蒸发浓缩过程香味的保护与回收分离出来。果蔬香味成分主要是由各种有机化合物如酯、醇、酸、醛、内酯等所组成，其量少于0.1mg/kg，却是影响果蔬汁品质的主要。果蔬香味多具挥发性，因此香味回收是蒸发液缩过程必须考虑的措施。采用低温蒸发浓缩设备，减少香味成分的挥发采用短时蒸发浓缩设备蒸馏法回收浆液浓缩工艺（二）膜浓缩膜浓缩：类似于过滤的浓缩方法，只不过“过滤介质”为天然或人工的高分子半透膜，如果“过滤

5、”膜只允许溶剂通过，把溶质截留下来使溶质在溶液中的相对浓度提高就称为膜浓缩。目前在工业上应用较成功的膜浓缩主要有：以压力为推动力的反渗透（Rever Osmosis, 简称 RO）、超滤（UltraFiltration,简称 UF），以及以电力为推动力的电渗析（ED）。反渗透主要用于分离水与低分子量溶液，这些溶液具有高渗透压。 超滤用于从高分子量物料（如蛋白质、多糖）中分离低分子量物料。1、反渗透（1）定义及原理反渗透：利用反渗透膜选择性的只能透过溶剂(通常是水)的性质，对溶液施加压力以克服溶液的渗透压，使溶剂通过反渗透膜而从溶液中分离出来的过程。在所有膜浓缩技术中，反渗透的应用是最多的，它对

6、于水溶液中的有机物，金属离子，微生物，其它胶体类物质具有较高的去除能力；尤其在水中含盐量大于 400mg/L 时效果更好。反渗透是与自然渗透方向相反的一种膜浓缩技术，在渗透与反渗透的过程中都是由半透膜的作用才能完成的。据下图来分析一下反渗透的工作原理：左图中，在一个容器中，如果用半透膜把它隔成两部分，膜的一侧是水溶液，另一侧是纯水，或者膜的两侧是浓度不同的溶液，刚开始时两侧水平是平齐的，但由于浓度不同，浓度差造成两侧的化学势不同,稀溶液中的水透过半透膜向浓溶液一侧，直到两侧达到平衡为止。通常把小分子溶质透过膜向纯水侧或稀溶液侧移动、水份透过膜向溶液侧或浓溶液侧移动的分离称为渗析(或透析)。如果

7、仅溶液中的水分(溶剂)透过膜向纯水侧或浓溶液例移动，溶质不透过膜移动，这种分离称为渗透。现在浓溶液一侧加上一个外来压力 P2，渗透速度会逐步下降，当压力超过某一数值时渗透停止，即达到了渗透平衡。P2P1（即为渗透压差）当 P2 进一步增大时，浓溶液中的水就会反其原来的渗透方向进入稀溶液侧，这就叫做反渗透。（2）影响反渗透效率的：压强、温度、浓度差极化、膜的压实、膜的降解、膜的结垢等。 压强（P）：Jw = a(P-)Jw-透水率 kg/m2.h；a-膜常数； P-压强； -渗透压从公式中可以看出 Jw 与 P 成线性关系，即透水速率正比于溶力与渗透压的差值。但随着压力 P的增加线性关系会逐渐受

8、到破坏，这主要是由于受到浓度差极化的现象所引起的。 温度（T）：透水速率受温度的影响通常遵循公式。变化趋势：温度升高、透水率上升、正相关；T 升高、分子运动加剧、的水分子在了穿过膜孔的机会，透水率自然增加。 浓度差极化：在反渗透过程中，主要是溶剂透过膜，而溶质大部分透不过，在分离过程中，在溶液与膜的界面上，溶质逐渐积累。当其浓度超过主体液浓度时，产生了界面与主体液之间的浓度梯度，引起溶质从界面向主体液扩散，这就叫浓度差极化。：降低了透水速率和膜系统的分离能力；溶剂从低浓度向高浓度处扩散，难度自然很大；边界层溶质的增加，推动力也增加，动耗增加；边界层的存在，相当于膜的厚度增加。控制：从方式上：平

9、行于膜表面（错流）；使用较小的管径的管子；设置湍流发生器产生湍流。 膜的压实：现象：在反渗透时膜组件一直承受较高的压力，长期使用后产生压实，膜被压变形。膜表面的孔与多孔支撑体内的孔变小、变少，致使通透性变差，影响了透过速率。解决办法：增强膜的机械强度，减少膜的变形；定期进行反冲洗，恢复膜的原有的空隙。 膜的降解：分生物降解与化学降解两种形式。 控制：选用化学性质稳定的膜材料，防止化学降解；生物降解是微生物在膜上繁殖的结果，可用行等。方法除；例如可用溶液或双氧水溶液对膜进膜的结垢：膜的结垢主要由悬浮物、离子化合物或盐类物质。悬浮物可通过预处理除去，离子化合物或盐类物质可以通过添加螯合剂沉淀过滤除

10、去；增加湍流，使物质不能在膜表面沉淀。（3）膜材料及应用反渗透通常采用醋酸的材料。在处理稀溶液时反渗透可能是最经济的浓缩方式。在食品工业中最大的商业化应用是包括果汁蒸发前的浓缩、纯化水等。2、超滤（1）定义及原理、聚丙烯晴、聚酰胺、聚亚酰胺等具有高度稳定性和高强度并具有要求通透性浓缩，其他还应用孔径为 1.020.0nm(或更大）的超滤膜来过滤含有大分子或微细粒子的溶液，使大分子或微细粒子从溶液中分离的过程。超滤与反渗透：整个过程非常相近（包括工业上常用的工艺流程及装置），驱动力也是渗透压与外加压力的差。差别：超滤不能截留低分子量物料，但反渗透可以。透过原理：UF：以筛分为主选择性渗透为辅；R

11、O：以选择性渗透为主筛分作用为辅膜孔径：UFRO操作压力：ROUF工作范围：截留分子量：500300，000；通常 5，000 以上较好分离粒径：0.00150.2m。（2）膜材料及应用超滤通常采用聚砜、聚酰胺、聚氧乙烯、聚碳酸酯、聚酯、刚性醋酸酯等材料。超滤的最大应用也是乳制品行业，如选择性脱乳糖或脱盐，分离功能性成分。其它应用包括：酶、其它蛋白质或多糖的分离、浓缩；果汁澄清以及反渗透之前的预处理等。3、电渗析在外加直流电场的作用下，利用阴离子交换膜（只允许阴离子透过而阻挡阳离子）和阳离子交换膜（只允许阳离子透过而阻挡阴离子）的选择透过性，使溶液中的阴、阳离子与其溶剂分离。4、膜浓缩的应用在

12、处理稀溶液时反渗透可能是最经济的浓缩方式。在食品工业中最大的商业化应用是浓缩，其他还包括果汁浓缩；柠檬酸、咖啡、淀粉糖浆、天然提取物；脱盐（但保留糖）；纯化水。超滤的最大应用也是乳制品行业，如预浓缩，选择性脱乳糖或脱盐，分离功能性成分。其它应用包括：酶、其它蛋白质或多糖的分离、浓缩；除菌；酿造工业；果汁澄清；反渗透之前的预处理。果汁的浓缩蔗糖液的浓缩干酪制造过程中脱脂乳的浓缩从大豆废液中提取大豆蛋白质电渗析浓缩盐（三）冷冻浓缩冷冻浓缩是利用冰与水溶液之间的固液相平衡原理的一种浓缩方法。特别适合于热敏性食品的浓缩，避免芳香物质因加热所造成的挥发损失。目前主要用于原果汁、高档饮品、生物制品、药品、调味品