功能食品加工技术

功能食品Functionalfood功能食品加工技术第一节一般分离技术第二节膜分离技术第三节超微粉碎技术第四节微胶囊化技术第五节超临界CO2萃取、精制技术一、分离概念

分离是食品加工中的一个主要操作，它是依据某些理化原理将一种中间产品中的不同组分分离。例如：蒸发技术即通过发生汽化作用使蒸汽与液体分开。超滤是一种依据分子大小来分离食品组分的分离技术。其它分离方法包括干燥和冷冻浓缩。第一节一般分离技术（一）过滤

（二）压榨

（三）离心

二、食品的物理机械分离机械分离

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、油喷雾干燥果汁澄清、颗粒分离压榨机械力压力下液体流动油脂生产(一)过滤

过滤是利用一种能将悬浮液中固体微粒截留，而液体能自由通过的多孔介质，在一定的压力差的推动下，而达到分离固液二相的目的。属于机械分离操作。（二）压榨

压榨定义:

从半固体物料中加压，而使液体排出的操作。（三）离心

定义：将液-固、液-液、液-液-固相所组成的混合物用离心方式加以分离的操作过程。目的：回收有价值的固相或液相、或两相都回收。一般采用离心机离心。立式过滤离心机三、食品的扩散平衡分离

（一）结晶

（二）蒸馏

（三）吸收/汽提

（四）浸提

（五）吸附

（六）离子交换

平衡分离

分离因子分离原理举例蒸发热蒸汽压差液体浓缩蒸馏热蒸汽压差芳香回收结晶冷却或蒸发溶解度或熔点糖精制、冻结产品干燥热水蒸发食品脱水冷冻干燥热冻结/升华食品干燥反渗透压力/膜膜渗透性果汁浓缩超滤压力/膜膜渗透性乳清粉生产、牛乳浓缩汽提非挥发气体（蒸汽）溶解度差油脂脱臭浸提溶剂溶解度油提取、蔗糖抽提吸附固体吸附剂吸附势油脂脱色离子交换固体树脂离子亲和力乳清脱盐、水软化（一）结晶

结晶指从均匀相中形成固体颗粒的过程。包括：由蒸汽转化变成的固体，液体熔化物的凝固和液体溶液的结晶析出过程。是制备纯物质的有效方法。（二）蒸馏蒸馏是分离均相液体混合物的一种方法。蒸馏分离的依据：根据溶液中各组分挥发度（或沸点）的差异，使各组分得以分离。分为：轻组分（较易挥发的组分）;

重组分（难挥发组分).（三）吸收/汽提通过将一种组分选择性吸收或溶解到液体中来除去蒸汽相中的少量杂质，被称为吸收。如：除去空气中的氨或硫化氢。通过选择性吸收到气流中来除去液相中的杂质称为汽提。如：植物油的脱臭。（四）浸提/萃取

当固态原料中的一种组分被溶解在液体溶剂中时，这种组分就被提取，这就称作为浸提或固液抽提（萃取）。（五）吸附

用多孔性固体物质，使水中的一种或多种物质被吸附在固体表面而去除的方法。

具有吸附能力的多孔性固体物质称为吸附剂，而水中被吸附的物质则称为吸附物。

（六）离子交换

离子交换是一种表面现象，即树脂表面的离子与液相中含有的其他离子进行交换。这种交换的推动力是由于不同种类离子的吸附能差。离子交换就是树脂上已经存在的吸附能较弱的一种离子被溶液中有较高吸附能的一种离子所取代。

第二节

膜分离技术

用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和浓缩的方法，统称为膜分离，也称微孔过滤。是一种使用半透膜的分离方法。①具有选择透过性；②具有两个界面；③不发生相变化；④在常温下进行，适用于热敏性物质、酶、果汁等分离浓缩；⑤适应范围广，有机物、无机物，从病毒到微粒等。2、膜分离的特点1、膜分离的基本概念3、膜分离的发展膜分离过程国家年份应用微滤德国1920实验室规模超滤德国1930实验室规模血液渗析荷兰1950人工肾(实验室规模)电渗析美国1955脱盐(工业规模)反渗透美国1960海水淡化(工业规模)超滤美国1960大分子浓缩(工业规模)气体分离美国1979氢气回收(工业规模)膜蒸馏德国1981水溶液浓缩(工业规模)渗透汽化德国/荷兰1982有机溶剂脱水(工业规模)4、膜与膜分离技术的分类膜按膜微观结构分：对称膜、不对称膜、复合膜、多层复合膜等。膜按膜宏观结构分：平板膜、卷式膜、管式膜、毛细管膜、中空纤维等。5、膜分离的过程及其应用领域6、分离用膜

（1）纤维素酯系膜

（2）聚酰亚胺膜

（3）聚砜系膜反渗透和纳滤7、膜分离的基本方法及其原理

渗透原理：当用一个半透性膜分离两种不同浓度的溶液时，膜仅允许溶剂分子通过。由于浓溶液中溶剂的化学位低于它在稀溶液中的化学位，稀溶液中的溶剂分子会自发地透过半透膜向浓溶液中迁移。渗透过程示意图

7、膜分离的基本方法及其原理超滤连续式重过滤操作示意图被分离的溶液借助外界压力的作用，以一定的流速沿着具有一定孔径的超滤膜面上的流动，让溶液中的无机离子、低分子物质透过膜表面，把溶液中的高分子、大分子物质、胶体、蛋白质、细菌等大分子截留下来，从而实现分离与浓缩的目的。膜的分离透过特性膜的分离透过特性主要从分离效率、渗透通量和通量衰减系数三个方面来评价。对任何一种分离过程，总希望分离效率高，渗透通量大。实际上，通常分离效率高的膜，渗透通量小，而渗透通量大的膜，分离效率低。故在实际应用中需要在这二者之间寻求平衡。7、膜分离的基本方法及其原理电渗析电渗析过程原理示意图

7、膜分离的基本方法及其原理电渗析是在外电场的作用下，利用一种特殊膜（称离子交换膜）对离子具有不同的选择透过性而使溶液中的阴、阳离子与其溶剂分离。溶液的导电是依靠离子迁移来实现的，其导电性取决于溶液中的离子浓度和离子的绝对速度。离子浓度愈高，离子绝对速度愈大，溶液的导电性愈强即溶液的电阻率愈小。8、膜在食品工业中的典型应用

（1）从乳清中回收蛋白质（2）在饮料中的应用（3）在豆制品工艺中的应用（4）在纯水制造工业中的应用（5）其它食品工业中的应用a、淀粉加工b、制糖工业废水处理c、动物血液处理d、蛋清的浓缩e、酒和含酒精饮料的精制一、简介超微粉碎是近20年迅速发展起来的一项高新技术，能把原材料加工成微米甚至纳米级的微粉，已经在化工、医药、食品、农药、化妆品、染料、涂料、电子、航空航天等许多领域得到了广泛的应用。第三节超微粉碎技术超微粉碎的定义：一般是指将3mm以上的物料颗粒粉碎至10～25μm以下的过程。由于颗粒的微细化导致表面积和孔隙率的增加，超微粉体具有独特的物理化学性能。例如良好的分散性、吸附性、溶解性、化学活性等。二、应用1.在食品加工中的应用在软饮料加工、果蔬加工、粮油加工、水产品加工、功能性食品加工行业、巧克力生产、调味品加工等领域都有应用。经超微粉碎技术加工后的茶粉、面粉、珍珠粉、骨粉等产品具有易于吸收、口感好等优点。

2.在中药加工中的应用中药的超微粉碎，当前主要指细胞级粉碎，即指以动植物类药材细胞壁为目的的粉碎作业。运用现代超微粉碎技术，可将原生药粉碎到5～10μm以下，在该细度条件下，一般药材细胞的破壁率≥95%，从而表现出增加药物吸收率，提高药效，节省原料等优势。二、应用三、主要设备及其应用1.机械冲击式粉碎机

粉碎效率高、粉碎比大、结构简单、运转稳定，适合于中、软硬度物料的粉碎。这种粉碎机不仅具有冲击和摩擦两种粉碎作用，而且还具有气流粉碎作用，产品细度一般可达到d97＝10μm

，配以高性能的精细分级机后可以生产d97

＝5～10μm的超细粉体产品。由于是高速运转，要产生磨损问题，此外还有发热问题，对热敏性物质的粉碎要注意采取适宜措施。2.气流粉碎机

原理：以压缩空气或过热蒸汽通过喷嘴产生的超音速高湍流气流作为颗粒的载体，颗粒与颗粒之间或颗粒与固定板之间发生冲击性挤压、摩擦和剪切等作用，从而达到粉碎的目的。特点：与普通机械冲击式超微粉碎机相比，可将产品粉碎得很细(d97

产品粒度可达2～40μm)，粒度更均匀；又因为气体在喷嘴处膨胀可降温，粉碎过程没有伴生热量，所以粉碎温升很低。这一特性对于低熔点和热敏性物料的超微粉碎特别重要。3.普通球磨机

特点：是粉碎比大、结构简单、机械可靠性强、磨损零件容易检查和更换、工艺成熟、适应性强，产品粒度可达20～40μm。缺点：当产品粒度要达到20μm

以下时，效率低、耗能大、加工时间长。例如，将珍珠磨到几百目，要十几个小时。4.振动磨

原理：用弹簧支撑磨机体，由内带有偏心块的主轴使其振动，运转时通过介质和物料的一起振动，将物料进行粉碎。特点：介质填充率高〔一般为60％～80％)，单位时间内的作用次数高(冲击次数为球磨机的4～5倍)，因而其效率比普通球磨机高10～20倍，而能耗比其低数倍。通过调节振动的振幅、振动频率、介质类型、配比和粒径等可加工不同粒度和粒度组成的产品。产品的平均粒径可达2～3μm以下，对于脆性较大的物质可比较容易的得到亚微米级产品。5.搅拌磨

由球磨机发展而来，同普通球磨机相比，搅拌磨采用高转速和高介质充填率及小介质尺寸，获得了极高的功率密度，使细物料研磨时间大大缩短，是超微粉碎机中能量利用率最高、很有发展前途的一种设备。在加工小于20μm的物料时效率大大提高，成品的平均粒度最小可达数微米。高转速搅拌磨机可用于最大粒度小于微米以下产品。目前高转速搅拌磨在工业上的大规模应用有处理量小和磨损成本高两大难题。四、前景展望1.进一步开发保健滋补超微粉体

如大枣、龙眼肉、枸杞子等药食兼用的中药和花粉、孢子类等来源稀少、价格昂贵的滋补中药可提高疗效。2.促进食品工业的深加工，提高产品附加值提高食品的口感，且有利于营养物质的吸收；原来不能充分吸收或利用的原料被重新利用，配制和深加工成各种功能食品，开发新食品饮料，增加食品品种，提高资源利用率。第四节微胶囊化技术Microencapsulationprocesses微胶囊化技术是将固体、液体或气体包裹在一个微小的胶囊中的一种技术。包封用的壁壳称为壁材；被包的囊芯称为芯材，芯材可以是单一的，也可以是复合的。囊壁厚度一般为0.1～200μm之间，理论上可以制成0.01μm～1000μm的微胶囊。微胶囊技术基础微胶囊的心材与壁材微胶囊化方法的分类微胶囊化方法选择的依据微胶囊化的步骤微胶囊的功能微胶囊化的方法喷雾干燥法喷雾冷却法和喷雾冷冻法空气悬浮成膜法挤压法凝聚法复相乳液法熔化分散与冷凝法囊心交换法粉末床法界面聚合法原位聚合法锐孔-凝固浴法包结络合物法微胶囊化香料和风味料微胶囊化酸味剂微胶囊化酶制剂和微胶囊化细胞微胶囊化防腐剂固体饮料胶囊饮料用β-环糊精制取速溶茶用β-环糊精脱除食品胆固醇其他方面的应用微胶囊制品的制备及其在食品中的应用类别

壁材

特点

天然高分子材料

明胶、阿拉伯胶、虫胶、紫胶、淀粉、糊精、蜡、松脂、海藻酸钠、玉米朊

无毒、稳定、成膜性好

半合成高分子材料

羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素

毒性小，粘度大，成盐后溶解度增加，但易水解，不耐高温，需临时配制

全合成高分子材料

聚乙烯、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚醚、聚脲、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚酰胺、聚丙烯酰胺、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、环氧树脂、聚硅氧烷

成膜性好、化学稳定性好

无机材料

铜、镍、银、铝、硅酸盐、玻璃、陶瓷

微胶囊制备过程中常用的壁材SpraydryingSpraydryingsystemAirsuspensioncoatingSchematicofaconventionalairsuspensionsystemExtrusionSchematicofextrusionprocessSpraycoolingandSpraychillingSpraycooling45～67℃Spraychilling32～42℃SpraydryingsystemCoacervation(phaseseparation)SimplecoacervationComplexcoacervationSchematicflowdiagramofencapsulationprocessbasedonphaseseparationCentrifugalextrusionParticleencapsulatedbycentrifugalextrusion(Benoitetal.,1996;Dziezak,1988)RotationalsuspensionseparationRotationalsuspensionseparationsystem(Benoitetal.,1996;Dziezak,1988)Inclusioncomplexationβ-Cyclodextrinmoleculewithplanarrepresentationofstructure(Dziezak,1988)β-环糊精EncapsulatedingredientsEncapsulatedsaltWallmaterial:HydrogenatedsoybeanoilApplication:Meat,baking,snakefood,pizza…氢化处理Bifidobateria（双歧杆菌）Core:

BifidobacteriumpseudolongumWall:

CAP(celluloseacetatephthalate)Method:

Coacervation(phaseseparation)胃液Gastricjuice:pH1.33肠液Intestinaljuice:pH7.43MRS肉汤MRSbroth:pH6.06蛋白胨Peptonewater:pH7.13醋酸纤维素,纤维素乙酸酯;邻苯二甲酸盐(或酯)酞酸盐(或酯)VitaminsMicroencapsulatedvitamins:Vit.A,B1,B2,B3,B6,B12,C,D2,D3,E,K,Biotin,FolicAcidand

维生素H,生物素\叶酸,维生素BCalciumPantothenate,etc.泛酸钙Applications:Microencapesulationprovidesstability,tastemasking,preventsinteractionsandissuitableforcapsulefilling,tabletinganddifferentfoodapplications.MineralsMicroencapsulatedminerals:Iron,copperandiodine,etc.Applications:Microencapesulationprovidestastemasking,avoidinteractionsandimprovestabilityMicroencapsulatedaminoacids:Methionine蛋氨酸,valine缬氨酸,cysteine半胱氨酸,leucine亮氨酸,isoleucine异亮氨酸,glutamine谷氨酸盐,etc.Applications:Tablets,capsules,drymixesandnutritionalfoodapplicationsAminoacidsTheunpleasanttasteofaminoacidsisperfectlymaskedtoproduce“auserfriendly”aminoacidwhichcanbeconsumedinlargedoses.FlavorReducethereactivityofthecorewithregardstotheoutsideenvironment;Decreasetheevaporationortransferrateofthecorematerialtotheoutsideenvironment;Promotetheeaseofhandlingofthecorematerial;Controlthereleaseofthecorematerial;Tastemask风味掩饰

thecoreMicrographshowsanencapsulatedoilusingastarch-basedproduct

(Donald,1998)Acidulants酸化剂Consistentcontroloftheacidlevel(pH)infermentedmeats;Productionrate;Protectionagainstmicrobialgrowth;Excessivefermentationtimeeliminated消除过多发酵时间;Easytouse;Improvedshelf-life相关研究微胶囊应用芯材(Core)制备方法/壁材(Wall)离乳仔猪的整肠剂胰液(Pancreatin)Coacervation婴儿乳粉铁强化剂硫酸亚铁Spraydrying保健食品添加剂BifidobacteriaSpraydrying/阿拉伯胶、脱脂奶粉保健食品添加剂牛乳IgG/乳清蛋白、阿拉伯胶保健食品添加剂蛋黄IgY/阿拉伯胶保健食品添加剂蛋黄液/环状糊精、水解淀粉、酪蛋白超临界CO2萃取是八十年代以来国际上取得迅速发展的分离新技术，以天然产物为原料生产较昂贵的纯天然产物。超临萃取具有萃取速度快、选择性好、提取分离可在室（低）温下进行、不存在溶剂残留污染、CO2便宜等一系列优点，克服了传统的溶剂分离方法存在的弊病，保存了天然产物原有的风味和营养成份，顺应了人们崇尚天然食品和回归大自然的世界潮流。第五节超临界CO2萃取、精制技术SupercriticalFluidCO2ExtractionandRefining(SFE-CO2)超临界CO2的溶解能力

超临界状态下，CO2对不同溶质的溶解能力差别很大，这与溶质的极性、沸点和分子量密切相关，一般来说由一下规律：

1．亲脂性、低沸点成分可在低压萃取(104Pa),如挥发油、烃、酯等。

2．化合物的极性基团越多，就越难萃取。

3．化合物的分子量越高，越难萃取。

超临界CO2的特点

1．CO2临界温度为31.1℃，临界压力为7.2MPa，临界条件容易达到。

2．CO2化学性质不活波，无色无味无毒，安全性好。

3．价格便宜，纯度高，容易获得。工艺流程及主要设备CO2气体净化----压储装置----换热装置----萃取釜----解析釜----产品中国科学院生态环境研究中心超临界技术实验室931型实验室超临界流体萃取仪(10毫升)951型超临界流体萃取小试设备(2升)TK型超临界流体萃取中试设备(20升)温州市中制药机械设备厂萃取压力最高可达40Mpa；萃取温度为室温0℃~80℃，分离温度为-10℃~80℃；精馏温度为室温0℃~80℃；上述参数也可根据用户进行适当调整；2.设计有一个或多个萃取釜（1升、24~1000升）、分离釜的不同组合方式，液体等物料的萃取研究和生产。超临界流体萃取技术的应用

1.在食品方面的应用

目前已经可以用超临界二氧