食品资源活开发中的新技术与新方法

关于食品资源活开发中的新技术与新方法主要内容：概述

食品新材料的资源

制备方法

基本技术

食品新材料制备设备

第2页,共95页，星期六，2024年，5月第一节概述

近些年来，伴随着食品工业的蓬勃发展，出现了愈来愈多的食品新材料，以调节机体的某些生理功能，改善食品的营养、色、香、味，延长货架期等，并取得了令人鼓舞的效果。这些新材料包括有多肽类(如酪蛋白磷酸肽、谷胱甘肽、高F值低聚肽等)，蛋白质类(如免疫球蛋白、乳铁蛋白、大豆分离蛋白、单细胞蛋白等)，糖类(如功能性低聚糖、香菇多糖、膳食纤维等)，糖醇类(如山梨醇、赤藓糖醇、乳糖醇等)，强力甜味剂(如阿斯巴甜、三氯蔗糖、二氢查耳酮等)，脂类(葡萄籽油、沙棘籽油、重构脂质、蔗糖聚酯、微生物油脂等)，生物抗氧化剂(超氧化物歧化酶、大豆异黄酮、茶多酚等)，生物防腐剂类(如乳酸链球菌、曲酸、纳他霉素等)，食用色素类(红曲红、番茄红素、β-胡萝卜素、姜黄素等)，矿物质类(如乳酸钙、活性钙、有机硒、有机铬等)，氨基酸类(如聚氨基酸、赖氨酸、牛磺酸等)，有机酸类(Y-亚麻酸、乳酸、D-异抗坏血酸等)，酶制剂类(溶菌酶、转移葡萄糖苷酶、β-半乳糖苷酶、果酸酶)等。

第3页,共95页，星期六，2024年，5月一、食品新材料制备的主要技术内容

以动物、植物和微生物为原料制备

微生物发酵和组织培养技术

化学工程技术

生物技术

第4页,共95页，星期六，2024年，5月食品新材料发展趋势

研究开发天然食品新材料

大力研究生物食品新材料

研究专用功能性食品新材料

第5页,共95页，星期六，2024年，5月第二节

食品新材料的资源

植物来源

动物来源

微生物来源

第6页,共95页，星期六，2024年，5月第三节

制备方法

发酵法提取法

化学合成法

酶法合成

第7页,共95页，星期六，2024年，5月一、提取法经典提取法

超临界流体萃取法(SFE)

第8页,共95页，星期六，2024年，5月第四节

基本技术

原料预处理

提取分离纯化浓缩结晶干燥

第9页,共95页，星期六，2024年，5月一、原料预处理

(一)原料的除杂用以提取食品新材料的植物原料在收获、贮藏和运输中会混人各种夹杂物。这些杂物大体上可分为三类:一是纤维性杂质，如草屑、秸秆、皮壳等；二是颗粒状的沙子、泥土、小石块等；三是金属类如铁钉、铁屑等。这些杂质在原料粉碎前必须除去，否则会使原料的提取率降低。工业生产中，常采用筛选设备除去大于或小于原料颗粒的杂质，采用风选设备除去比原料颗粒轻的杂质，也可除去比原料颗粒重的杂质，采用磁力除铁装置可除去原料中的铁屑等。第10页,共95页，星期六，2024年，5月一、原料预处理(二)原料的粉碎在提取前，将大块原料粉碎、或将细胞破碎，使物料与提取溶剂充分接触，以降低传质阻力，缩短提取时间，使胞内生物活性物质充分释放到溶液中。不同的原料其组织不同，破碎的难易程度也不一样，使用的方法也不尽相同。常用的粉碎方法有机械粉碎法、物理粉碎法及化学粉碎法等。

第11页,共95页，星期六，2024年，5月1.机械粉碎法

主要通过机械作用产生的挤压力、冲击力、剪切力等使组织粉碎。如用于谷物原料粉碎的设备有辊式粉碎机、锤式粉碎机、球磨机等；用于果蔬原料粉碎的有切片机、打浆机；用于动物组织粉碎的有绞肉机、刨胰机、匀浆机等。如果需要超细粉碎，还可采用胶体磨、均质机及超微粉碎设备等。

第12页,共95页，星期六，2024年，5月2.物理粉碎法

通过各种物理过程，使细胞组织破碎。如采用反复冻融法，将待破碎物料于-20—-15C下凝固，再缓慢融解，如此反复操作，使动物性的细胞及细胞内的颗粒破碎。采用冷热交替法，将物料投人沸水中，于90C下维持数分钟，立即置于冰浴中，迅速冷却，可使绝大部分细胞破碎，常用于从细菌或病毒中提取蛋白质和核酸。采用超声波处理技术，将物料处于高频电场下，细胞受到强烈振动而破裂。如用大肠杆菌制备各种酶时，常用50一100mg/L菌体的浓度，在1—lOkHz频率下处理10一l5min，可使细胞壁破碎，胞内酶释出。也可采用高压技术(20—35MPa)使细胞壁破碎。

第13页,共95页，星期六，2024年，5月3.化学粉碎法

新鲜的生物材料在一定的pH值和适当温度下，利用组织细胞中自身的酶系将细胞壁破碎而自溶，使细胞内含物释放出来。自溶温度的选择，动物材料为0—4℃，微生物材料则多在室温下进行。自溶时，常加少量防腐剂，如甲苯、氯仿等，以防止外界细菌的污染。也可采用外来酶处理生物原料，如溶菌酶是专一地破坏细菌细胞壁的酶。

第14页,共95页，星期六，2024年，5月二、提取

酸、碱、盐的水溶液及水提取

有机溶剂提取

超临界流体萃取技术

第15页,共95页，星期六，2024年，5月三、分离纯化

离心分离过滤分离

沉淀分离

分子蒸馏

膜分离

离子交换分离色谱分离

第16页,共95页，星期六，2024年，5月(一)离心分离离心分离是利用离心惯性力而实现物料中固—液相或液—液相的分离操作，用以实现离心分离操作的专用设备称离心机。根据分离过程不同，可分为离心过滤、离心沉降和离心分离三种。

第17页,共95页，星期六，2024年，5月离心过滤离心转鼓周壁开孔，为过滤式转鼓，适合于固相含量较多，颗粒较粗的悬浮液分离。转鼓内铺设滤布或筛网，旋转时悬浮液被离心力甩向转鼓周壁，固体颗粒被筛网截留在鼓内形成滤饼，而液体经滤饼和筛网的过滤由鼓壁孔甩出，从而达到液～固分离的目的。

第18页,共95页，星期六，2024年，5月离心沉降离心转鼓周壁无孔，为沉降式转鼓，适合于固相含量少，颗粒较细的悬浮液分离。旋转时悬浮液在离心力作用下，相对密度较大的固体颗粒向鼓壁沉降形成沉渣，澄清液则由转鼓顶端溢出，从而达到悬浮液澄清的目的。

第19页,共95页，星期六，2024年，5月离心分离

转鼓周壁无孔，转鼓高速旋转时，乳浊液在离心力作用下分为两层，相对密度大的液体首先沉降紧贴在转鼓的外层，相对密度小的液体留在内层，在不同部位分别将其引出转鼓，从而达到液—液分离的目的。另外，当乳浊液中含有少量固体颗粒时，则能进行液、液、固三相分离。

第20页,共95页，星期六，2024年，5月(二)过滤分离

过滤是分离悬浮液最普遍和最有效的单元操作，通过过滤操作可获得清净的液体或固相产品。过滤操作是以某种多孔物质的过滤介质，使悬浮液中的液体通过介质的孔道，而固体颗粒则被截留在介质上，从而实现固～液分离的操作。食品工业中的过滤操作分两大类，即饼层过滤和深床过滤。

第21页,共95页，星期六，2024年，5月饼层过滤

饼层过滤时，悬浮液置于过滤介质的一侧，固体物沉积于介质表面而形成滤饼层，液体则穿过滤饼层及过滤介质。在过滤初期，由于滤饼层尚未形成，悬浮液中的小颗粒可能会穿过过滤介质的小孔，使滤液浑浊，随着过滤的进行，滤饼不断形成，滤液即变清，此后过滤才能有效地进行。可见，在饼层过滤中，真正发挥拦截颗粒作用的主要是滤饼层而不是过滤介质。饼层过滤适用于处理固体含量较高的悬浮液。

第22页,共95页，星期六，2024年，5月深层过滤

在深层过滤中，固体颗粒并不形成滤饼，而是沉积于较厚的粒状过滤介质床层内部。当颗粒随流体在床层内的曲折孔道中流过时，便附在过滤介质上。这种过滤适用于生产能力大，悬浮液中颗粒小、含量甚微(固体含量0.1%以下)的场合。

第23页,共95页，星期六，2024年，5月(三)沉淀分离

沉淀分离是在溶液中加入溶剂或沉淀剂，通过化学反应或者改变溶液的pH值、温度等条件，使分离物以固相物质形式沉淀析出的一种方法。沉淀的目的在于通过沉淀使目标产物达到浓缩和去杂质，或是将已纯化的产品由液态变成固态。在应用沉淀分离技术时，应考虑以下三种因素：①沉淀应具有一定的选择性，才能使目标产物得到较好分离，纯度高；②对于一些活性物质(如酶、蛋白质等)的沉淀分离，必须考虑沉淀方法对目标成分的活性和化学结构是否破坏：③对于食品及医药中目标成分的沉淀分离，必须充分估计残留物对人体的危害。常用的沉淀分离方法有溶剂沉淀、盐析沉淀和沉淀剂沉淀等。

第24页,共95页，星期六，2024年，5月溶剂沉淀

溶剂沉淀是在有机化合物(如蛋白质、酶、多糖、核酸等)水溶液中加人有机溶剂(如乙醇、丙酮等)后，显著降低待分离物质的溶解度而沉淀析出的一种方法。其机理在于溶液中有机溶剂的加入，使待分离物质的化学势增加而导致溶解度下降。有机溶剂的加人使溶液的介电常数减小，增加了蛋白质、酶或核酸等带电粒子间的作用力，由于相互间的吸引力而聚合起来最后从溶液中沉淀。

第25页,共95页，星期六，2024年，5月盐析沉淀

在酶、蛋白质等的溶液中加人盐类，当盐浓度增大到一定值后，则酶和蛋白质的溶解度下降直至沉淀析出，称之为盐析沉淀。其原理在于中性盐离子对蛋白质分子表面活性基团及水活度的影响结果。蛋白质类化合物的盐析沉淀通常有两种手段：一种是在固定蛋白质溶液的pH值与温度的前提下，添加盐来调节溶液离子强度以达到沉淀蛋白质的目的，此法常用于蛋白质粗制品的分级沉淀和酶制剂的制备等；另一种是在一定的离子强度下，调节溶液pH值或温度以达到沉淀蛋白质的目的，此法适用于蛋白质提纯精制以及结晶等。

第26页,共95页，星期六，2024年，5月沉淀剂沉淀

添加某种沉淀剂与溶液中的待分离物质生成难溶性的复合物，从溶液中沉淀析出，称为沉淀剂沉淀。沉淀剂沉淀分离主要有金属离子沉淀法、酸类及阴离子沉淀法、非离子型聚合物沉淀法以及均相沉淀法等。

第27页,共95页，星期六，2024年，5月金属离子沉淀法

蛋白质在碱性溶液中带负电，金属离子与蛋白质中的-COOH、-OH、-NH2、-SH等基团反应生成难溶性的复合盐而析出。其中能与羧基、氨基等含氮化合物以及含氮杂环化合物结合的金属离子有：Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+和Cd2+等。与羧基结合而不与含氮化合物结合的金属离子有：Ca2+、Mg2+、Pb2++和Ba2+等。与巯基化合物结合的金属离子有：Hg+、Ag+和Pb2+等。金属离子沉淀法常有共沉淀现象和吸附作用，同时有一些金属盐的溶解度相对也比较大，因此分离效果受到影响，一般常用作初步分离，且常与其他分离方法配合使用。

第28页,共95页，星期六，2024年，5月酸类及阴离子沉淀法

酸沉淀法含氮有机酸如苦味酸、苦酮酸和鞣酸等能够与有机分子的碱性功能团形成有机酸复合盐而沉淀析出。但这些有机酸与蛋白质形成盐复合物时，常常发生不可逆反应。工业上应用此法制备蛋白质时，需要采取较温和的条件，有时还加人一定的稳定剂，以防止蛋白质变性。

第29页,共95页，星期六，2024年，5月酸类及阴离子沉淀法用鞣酸(即单宁)沉淀分离蛋白质时，由于单宁分子上有羧基和羟基，蛋白质分子中有许多氨基、亚氨基和羧基，这样就有可能在蛋白质分子与单宁分子间形成为数众多的氢键而结合在一起，生成巨大的复合颗粒沉淀下来。单宁与蛋白质的结合相对比较牢固，用一般方法不易将它们分开。故多采用竞争结合法，如加人结合剂聚乙二醇等，它与单宁形成氢键的能力很强，可从单宁复合物中分离出蛋白质。又如，三氯乙酸(TCA)沉淀蛋白质迅速而完全，一般会引起变性。但在低温下短时间作用可使有些较稳定的蛋白质或酶保持原有的活力。如用2.5%浓度的TCA处理胰蛋白酶，抑肽酶或细胞色素C提取液，可除去大量杂蛋白而对酶活性没有影响。此法多用于目的物比较稳定且分离杂蛋白相对困难的场合。

第30页,共95页，星期六，2024年，5月非离子型聚合物沉淀法

非离子型多聚物(如聚乙

醇、葡聚糖等)作为沉淀剂，能将溶液中有机物沉淀分离出来，如蛋白质、酶、核酸、细菌、病毒等，非离子型聚合物沉淀操作条件温和，不易引起生物分子的变性，且少量沉淀剂就能沉淀大量的生物大分子物质，沉淀后的多聚物容易除去。

第31页,共95页，星期六，2024年，5月非离子型聚合物沉淀法聚乙二醇(PEG)是应用较多的水溶性的非离子型多聚物，多用于沉淀蛋白质，其沉淀效果除与溶液的离子强度、pH值、温度及蛋白质浓度等因素有关之外，还与沉淀剂本身的分子量及浓度有关。一般而言，聚乙二醇浓度与溶液的离子强度成反比。当pH值越接近蛋白质等电点，所需PEG浓度也越低。同时在一定范围内、PEG的相对分子量越大，沉淀效果越好。第32页,共95页，星期六，2024年，5月均相沉淀法

在有些沉淀过程中，如果直接将沉淀剂加人溶液中，则易出现局部浓度过高，产生的沉淀物过于细小或者结构疏松，均匀不一，且易吸附杂质而影响纯度。如果借化学反应使溶液中自身缓慢而均匀地产生沉淀剂以获得纯净的晶形或非晶形沉淀，这就是均相沉淀法。例如在溶液中加人能产生沉淀剂的化学试剂，使得通过化学反应均匀产生沉淀剂；利用某种试剂的水解反应使溶液的PH值发生变化，当达到一定值时就会产生沉淀；将溶液与沉淀剂在某种能与水混溶的溶剂中混合，再缓慢蒸去溶剂，使之在缓冲条件下实现均相沉淀。

第33页,共95页，星期六，2024年，5月其他沉淀法

除上述沉淀分离法外，尚有等电点沉淀、变性沉淀、絮凝沉淀等。等电点沉淀法是利用两性电解质分子在电中性时溶解度最低，不同的两性电解质具有不同的等电点而进行分离的一种方法。变性沉淀是利用生物大分子在变性后溶解度降低而从溶液中沉淀析出。变性后蛋白质能恢复原来结构与功能的过程称为可逆变性，反之称为不可逆变性。显然，若沉淀物为目标产物，则用选择可逆变性沉淀，若沉淀物为杂蛋白除去，可选用不可逆变性沉淀。絮凝沉淀是在悬浮液或胶体溶液中加絮凝剂，使之与胶体或悬浮液中的微粒产生絮状物沉淀。

第34页,共95页，星期六，2024年，5月(四)分子蒸馏

分子蒸馏是以溶液中各组分挥发性的差异为分离依据，溶液中的有效组分从液相加热蒸发到气相，再冷凝而实现分离的过程。与普通蒸馏相比，分子蒸馏是实现从液相气化进人气相的单一流向过程，不存在普通蒸馏中由液相到气相，气相到液相的回流过程。分子蒸馏减少了蒸气回流到液相的流动，因此提高了蒸馏效率，由于料液受热时间短，也降低了料液组分的热分解。

第35页,共95页，星期六，2024年，5月(四)分子蒸馏

分子蒸馏在真空条件下操作，由液相至气相的相变发生在液体表面，不产生气泡，有效组分在表面迅速蒸发，产品受热时间短，为保证这一过程的实现，必须尽可能扩大蒸发表面，使之变得稀薄，并且不断更新蒸发表面，以提高传质传热效率。分子蒸馏设备中，蒸发器的表面与冷凝器表面的距离很短，以避免发生回流现象，缩短物料气化分子处于沸腾状态的时间，使之迅速被冷凝器冷凝，从而缩短物料受热时间。

第36页,共95页，星期六，2024年，5月(五)膜分离

膜分离是以天然或人工合成的高分子膜为分离介质，以压力差、浓度差或化学位差为推动力，对双组分或多组分溶液进行分离、分级、提纯和浓缩的方法。膜是膜分离技术中的核心，膜材料的物化性质和膜的分离透过性对膜分离的性能起着决定性作用。目前已应用的膜材料主要有纤维素类、聚酰胺类、聚砜类、聚烯烃类、硅橡胶类、聚碳酸酯等。第37页,共95页，星期六，2024年，5月(五)膜分离目前，膜分离主要包括渗透、反渗透、超滤、微滤、透析、电渗析、液膜技术、气体渗透、渗透蒸发等，其中反渗透、超滤、微滤、电渗析、透析技术在工业上已应用较多。

第38页,共95页，星期六，2024年，5月反渗透

反渗透、超滤和微滤都是在膜两侧静压差推动力作用下进行液体混合物分离的膜过程。如果在膜的两侧施加一个逆向的压力差，使其大于渗透平衡时的压力差，就会出现溶剂倒流现象，使浓度较高的溶液进一步得到浓缩，这就是反渗透过程。

第39页,共95页，星期六，2024年，5月超滤和微滤

超滤和微滤都是以静压力差作为推动力进行的液相分离过程。在一定的压力(0.1—0.8MPa)作用下，当含有高分子溶质和低分子溶质的混合溶液流过膜的表面时，溶剂和小于膜孔径的低分子溶质(如无机盐)透过膜，成为渗透液被收集，而大于膜孔径的高分子溶质(如有机胶体)则被膜截留而作为浓缩液被回收。通常能截留相对分子质量为500一100000之间的膜分离过程为超滤，而能截留颗粒尺寸为O.1一lOtrm之间的膜分离过程为微滤。

第40页,共95页，星期六，2024年，5月电渗析

电渗析是利用离子交换膜的选择性，在直流电场的作用下，以电位差为推动力，将电解液中各组分分离的过程。

第41页,共95页，星期六，2024年，5月离子交换分离

离子交换分离是利用离子交换剂能够吸附溶液中某种离子的特性而实现分离的方法。离子交换与吸附有相似之处，离子交换剂与吸附剂一样能从溶液中吸取其溶质。但又有不同之处，离子交换是一个化学计量的过程，离子交换剂能从溶液中与等当量的符号相同的相反离子进行交换，并取代出原来存在于离子交换剂上等当量的相应离子。常用的离子交换剂是一种合成材料，又称离子交换树脂。

第42页,共95页，星期六，2024年，5月(七)色谱分离

色谱又称色层或层析，色谱分离技术是利用混合物中各组分之间的理化性质差别，在固定相和流动相中具有不同的平衡分配系数，从而得到分离，由于色谱放大存在一定困难，工业化生产的大型色谱发展缓慢。近年来，固定相的填料如吸附柱、离子交换柱、亲和柱、凝胶柱等，在种类和型号上日益增多，使得分离的性能越来越好，与之配套的检测系统也日趋完善，使得色谱分离应用的范围不断扩大。

第43页,共95页，星期六，2024年，5月(七)色谱分离

色谱有多种，按固定相类型和分离原理可分为吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱(同上述的离子交换分离)、亲和色谱、大孔吸附树脂、凝胶色谱、聚焦色谱等。

第44页,共95页，星期六，2024年，5月吸附色谱法

吸附色谱法是指混合物随流动相通过吸附剂(固定相)时，由于吸附剂对不同物质具有不同的吸附力而使混合物中各组分分离的方法。此法特别适用于脂溶性成分的分离。

第45页,共95页，星期六，2024年，5月分配色谱法

分配色谱法是利用物质在互不相溶的两相溶剂中分配系数不同，达到分离目的的方法，其固定相是黏附有薄层液体溶剂的固体颗粒(载体或担体)，其中起作用的是液体溶剂(固定液相)，组分在流动相(移动液相)与液体溶剂(固定液相)间的分配服从气液吸收或液液萃取的平衡关系。

第46页,共95页，星期六，2024年，5月亲和色谱法

亲和色谱是利用固相载体上的配基对目标组分所具有的专一的和可逆的亲和力而分离纯化的方法，又称亲和层析色谱。主要用于生物物质的分离，固定相是附着有某种特殊亲和力的配位体的惰性固体颗粒，目标成分在流动相与固定相之间取得吸着解吸平衡。

第47页,共95页，星期六，2024年，5月大孔吸附树脂法

大孔吸附树脂法是利用大孔吸附树脂对混合物中待分离物质所具有的吸附作用和筛选作用而达到分离目的的方法。

第48页,共95页，星期六，2024年，5月凝胶色谱法

凝胶色谱法利用凝胶微孔对大小不同的相对分子质量的待分离物质的阻滞作用的差异，而达到分离目的的方法，又称排阻色谱。其固定相是具有一定大小孔道的凝胶，像过滤分子的筛子一样，相对分子质量大的组分先洗出，而相对分子质量小的组分后流出，因此又称分子筛或凝胶过滤。常用的凝胶有葡聚糖凝胶(SephadexG)、聚丙烯酰凝胶（Bio-GelP)以及琼脂糖凝胶(Seph-arose，Bio-GelA)等，应用最广泛的是葡聚糖凝胶。

第49页,共95页，星期六，2024年，5月

葡聚糖凝胶是由葡聚糖(右旋糖酐)和甘油通过醚桥键相交而成的多孔性网状结构物质。商品凝胶是干燥颗粒，使用前需吸水溶胀，葡聚糖分子含大量羟基，在水中可膨胀成凝胶粒子。葡聚糖凝胶不溶于水及盐溶液，在碱性或弱酸性溶液中稳定，在强酸下遇高温可使部分糖苷键水解。葡聚糖凝胶网眼大小是影响分离效果的决定因素。在制备时可通过不同比例的交联剂，以获得交联度不同的凝胶。交联度是以每克干凝胶吸水量10倍的数值来表示，如G-25型凝胶表示每克干凝胶吸水2.5mL的葡聚糖凝胶。交联度越大，网状结构越紧密，网孔越小，吸水膨胀就越大，可用于小分子量物质的分离；反之，交联度小，网孔大，可用于大分子量物质的分离。

第50页,共95页，星期六，2024年，5月聚焦色谱法和疏水作用层析

聚焦色谱法是利用具有两性电解质特点的组分如氨基酸、蛋白质、酶等在等电点上的差异。当混合物流经具有pH值梯度的固定相时，各组分在相应的等电点上进行聚焦而达到分离的高分辨率分离法。这种色谱技术分辨率极高，但处理量少，目前较难应用于大规模工业生产中，通常是作为分析手段对两性电解质进行等电点测定以及实验室某些蛋白质组分的分离。

第51页,共95页，星期六，2024年，5月色谱作为一种分离方法和技术，其应用范围包括实验室分析与制备，以及大规模的工业分离等三个方面。目前色谱法更多的应用还只限于实验室的制备与分析，只有为数不多的几种色谱技术真正获得规模较大的工业应用。所有的色谱技术从理论上说都可应用于工业上分离，但许多色谱技术的分离效率和选择性随色谱柱放大而急剧下降问题以及操作上可行性问题尚未得到满意解决。近十年来，某些色谱技术如固液交换吸附色谱、气液分配色谱和凝胶色谱都已达到工业应用规模。色谱技术发展迅速，可以相信不久的将来在各个领域将获得更为广泛的应用。

第52页,共95页，星期六，2024年，5月四、浓缩浓缩是从低浓度的溶液中除去水或溶剂而变为高浓度溶液的过程。在食品新材料制备工艺中，浓缩有两个目的：一是通过浓缩，增加溶液浓度，减少溶液体积，最终获得满足工艺要求的浓缩液产品；二是产品在结晶前或干燥前需要进行浓缩。

第53页,共95页，星期六，2024年，5月蒸发是指低浓度的溶液加热至沸点，使溶剂气化而移出，从而使溶液中溶质浓度提高的过程，蒸发所采用的设备称蒸发器。根据物料的特性和工艺要求，蒸发过程可以采用不同的操作条件和方法，如常压蒸发、真空蒸发、单效蒸发、多效蒸发等。

第54页,共95页，星期六，2024年，5月常压蒸发和真空蒸发浓缩常压蒸发是指蒸发器内的操作压力为大气压或略高于大气压，当加热温度达到溶液的正常沸点时，溶剂可沸腾气化，并依靠本身的饱和蒸气压从蒸发器中移出。常压蒸发是最简单的一种蒸发浓缩过程，蒸发温度高，蒸发速率慢，能量消耗大，物料受热时间长，因此不适宜于热敏性物料的蒸发浓缩。

第55页,共95页，星期六，2024年，5月常压蒸发和真空蒸发浓缩真空蒸发是指蒸发器内的操作压力低于大气压的条件下，此时溶液的沸点低于大气压下的沸点，溶剂沸腾气化而被移出的过程。与常压蒸发相比，真空蒸发有以下优点：①溶液沸点低，可采用温度较低的低压蒸汽或废蒸汽作热源，节约能源；②蒸发温度低，适宜于热敏性物料的蒸发浓缩；③由于蒸发是在真空条件下进行，溶剂气化后靠抽真空系统排出，蒸发速率快，热损失少。但真空蒸发需要专门的抽真空系统。

第56页,共95页，星期六，2024年，5月真空蒸发系统一般由三部分组成：加热蒸发器、冷凝器及抽真空装置。冷凝器的作用是冷凝由蒸发器气化移出的溶剂，以便回收利用。抽真空装置的作用是提供蒸发器的真空条件，它常与冷凝器相连接，常见的抽真空装置有水力喷射器和真空泵。水力喷射器可起到冷凝和抽真空的双重作用，真空泵的作用是抽走系统中的不凝性气体。真空蒸发的操作压力(真空度)取决于冷凝器中水的冷凝温度和真空泵的抽真空能力。冷凝器操作压力的最低极限是冷凝水的饱和蒸气压，所以也取决于冷凝水的温度。一般真空蒸发时，冷凝器的压力为10-20kPa。

第57页,共95页，星期六，2024年，5月单效蒸发和多效蒸发浓缩

单效蒸发是指蒸发器中溶剂气化所产生的蒸气(一般称二次蒸气)在冷凝器中被冷凝而排出，二次蒸气的热量未能利用。一般蒸发器依靠水蒸气加热，粗略估算，在单效蒸发中，蒸发lkg溶剂大约消耗1.1-1.2Kg水蒸气。显然，单效蒸发能量消耗大。

第58页,共95页，星期六，2024年，5月单效蒸发和多效蒸发浓缩多效蒸发中，是将几个蒸发器串联起来操作的蒸发过程，其中，第一个蒸发器(称为第一效)中气化产生的二次蒸气可作为第二个蒸发器(第二效)的加热蒸气，而第二个蒸发器气化产生的二次蒸气可作为第三个蒸发器(第三效)的加热蒸气，依此类推。显然，效数愈多，热利用效率愈高，工业生产中，对于蒸发量较大的浓缩过程，常采用多效蒸发浓缩。理论上讲，如果为n效蒸发浓缩，则蒸发1Kg溶剂所消耗的蒸气量为1/nKg，但效数多，设备投资大，应综合考虑确定。

第59页,共95页，星期六，2024年，5月五、结晶

结晶是溶质呈晶态从溶液中析出的过程。结晶与溶质在溶剂中的溶解过程正好相反。结晶形物质构成单位(原子、分子或离子)的排列方式是规则的，而由喷雾干燥、沉淀等方式获得的无定形物质构成单位的排列是不规则的。习惯上将形成晶体形物质的过程称为“结晶”，而得到无定形物质的过程称为“沉淀”。若单从溶液中形成新的固相这个角度来看，结晶和沉淀在本质上是一致的。工业生产结晶过程不但要求晶体产品有较高的产率和纯度，而且对晶形、晶体的粒度和粒度分布也有具体要求。这是因为晶体纯度的提高往往还要通过洗涤、过滤和离心等操作。

第60页,共95页，星期六，2024年，5月五、结晶结晶过程取决于固体与其溶液之间的平衡关系。通常以溶质的溶解度作为该物质饱和浓度的量度。溶解度通常以lOOg溶剂中所能溶解溶质的克数来表示。一般来讲，溶解度随着溶解温度的升高而增大。当某一溶解温度下，溶液恰好饱和时，则溶质再不能溶解也不结晶，即溶质与溶液处于平衡状态，此溶液称为饱和溶液：溶液未饱和时，若添加溶质则会溶解；如溶液已处于过饱和状态，则超过饱和点的溶质将从溶液中析出。因此，欲使溶质从溶液中结晶出来，必须使溶液成为过饱和状态，也即必须设法产生一定的过饱和度作为结晶的推动力。

第61页,共95页，星期六，2024年，5月晶核的形成

在过饱和溶液中形成晶核的可能性有：当溶液足够超过平衡状态时，则会自然形成晶核；施以外界作用，例如投人少量冷溶液或施以声波振荡、机械搅拌等加以刺激，则在短时间形成大量晶核；已存在的晶粒作为结晶中心。在工业生产中相应地将结晶分成自然起晶法、刺激起晶法和种晶法。

第62页,共95页，星期六，2024年，5月自然起晶法

将溶液蒸发浓缩或冷却至过饱和状态，晶核便形成析出。由于晶核的生成是逐步产生的，随机性很强，生成晶核的数量不易控制，晶粒大小也很不一致。蒸发浓缩起晶特别适用于水溶液中溶解度受温度影响不大的物系，冷却起晶又分自然冷却起晶、间壁冷却起晶等。

第63页,共95页，星期六，2024年，5月刺激起晶法

将溶液浓缩至过饱和状态时，突然施外加条件的影响，如突然降温，改变压力；机械搅拌回转或振动；或施加电磁场、声波、超声波及紫外线等，使处于不稳定状态的过饱和溶液受到突然的刺激而析出晶体。这种方法还可以调节刺激的条件，如刺激强度、时间等，使起晶速度加快、晶粒整齐，黏晶、并晶减少。但缺点仍然是不容易控制晶粒的数目和大小，且黏晶还易产生。

第64页,共95页，星期六，2024年，5月种晶法种晶法当溶液处于过饱和区时，投人一定大小和数量的晶体细粉作为晶种，则溶液中溶质便在加人的晶种表面上析出，最后得到预期大小的晶体。采用该法，晶种数目和大小易于控制，较易达到预期的要求。种晶法除了上述投粉起晶法外，还有分割法和种糊法。分割法是把已结晶好的一罐(晶粒较小)分割成若干部分作为若干罐的晶种，以此作为下一次结晶的底料。这样，每罐的晶种数量一定。种糊法是将粒子较小的晶体和溶液混合形成一定浓度的种糊。以种糊作晶种，晶粒数量容易控制。种晶法是工业结晶常采用的结晶法。

第65页,共95页，星期六，2024年，5月晶体的长大

晶核一旦从溶液中形成后，便不断吸收溶质分子，并在空间按一定的晶格而排列，使晶体得以成长。晶体的成长过程，从理论上讲包含有热量传递和质量传递两个方面。溶质分子从溶液中结晶析出时，一般要伴随着放热反应。放出的热量称为结晶热。结晶热在数量上为形成饱和溶液时的溶解热。另外，溶质从溶液主体向晶体表面析出的过程是一种传质过程。此过程的推动力为溶液的浓度梯度。大多数情况下，传热可以忽略不计，晶体成长主要为质量传递过程。可见，为使晶体成长均匀，控制质量传递过程的推动力浓度梯度是关键，即适宜控制溶液的过饱和度，使晶体均晶成长，并防止二次结晶的形成。

第66页,共95页，星期六，2024年，5月结晶操作必须考虑以下几方面的问题。

冷却和蒸发速度不宜太快。晶体长大过程中进行充分的搅拌。为保持晶体大小均匀，采用冷却法时应尽可能采用种晶法，并在过饱和度较低的区域内加入晶种。

第67页,共95页，星期六，2024年，5月六、干燥

干燥是将固体、膏状物、浓缩液物料中的水分或溶剂气化而除去的操作。它几乎是制备所有食品新材料固态产品的最后一道工序。物料经过干燥使水分降低到规定的范围内，使物料不仅易于包装、运输，更重要的是产品在干燥情况下更稳定，不易破坏，便于贮存。

第68页,共95页，星期六，2024年，5月六、干燥干燥过程往往由两步组成：水分先由物料内部扩散到物料表面，然后在表面气化并被移出。因此，水分与物料的结合方式是影响干燥效率的重要因素，干燥外界条件如温度、压力、空气湿度、干燥面积等对干燥速率有很大影响，食品工业生产中，常见的干燥法有：对流干燥、热传导干燥、辐射干燥，另外尚有真空干燥、介电加热干燥、冷冻干燥等。

第69页,共95页，星期六，2024年，5月对流干燥

对流干燥是指热空气(即干燥介质)以对流传热的方式将热量传递给湿物料，使其温度升高，水分汽化，最后被空气带走的干燥过程。对流干燥过程中，传热和传质同时发生，传热是由热空气传向湿物料，而传质则是水分由物料传向空气，二者的方向相反。传热的推动力是空气与物料之间的温度差，传质的推动力是物料中水分与空气中水分之间的浓度差，或水蒸气的分压差。干燥介质空气既是载热体又是载湿体。对流干燥是食品工业中最常用的干燥方法，根据空气与物料的接触方式不同，对流干燥又分为固定床干燥、气流干燥、喷雾干燥及沸腾干燥。

第70页,共95页，星期六，2024年，5月热传导干燥

热传导干燥是指热量以导热方式传递给湿物料，使其温度升高，水分蒸发的干燥过程。由于干燥过程中，湿物料置于干燥壁面上，加热介质(通常为蒸汽或电能)将壁面加热，湿物料与加热介质不直接接触，故又称为间接加热干燥。与固定床干燥相比，热传导干燥时间短、热效率高，但操作不当易出现局部过热现象。热传导干燥适宜于粒状、浆状物料的干燥过程。

第71页,共95页，星期六，2024年，5月冷冻干燥

冷冻干燥是指被干燥物料首先被预冻成固体，然后在真空状态下使其水分升华，由冰变成气体而获得干燥的过程。冷冻干燥分为两个阶段：第一阶段是预冻阶段，保证物料中水分处于固体状态；第二阶段为升华阶段，此时干燥过程的操作压力应低于操作温度下冰的饱和蒸气压。常控制在相应温度下冰的饱和蒸气压的1/2-1/4，如-40℃时干燥，操作压力应为2.7-6.7Pa。第72页,共95页，星期六，2024年，5月与其他干燥相比，冷冻干燥具有以下特点。

干燥温度低，特别适合于高热敏性物料的干燥，且在真空下操作，氧气少，物料中易氧化物质得到了保护，制品中的有效物质及营养成分损失少。能保持原物料的外观形状。由于物料在升华脱水前先进行预冻，形成稳定的固体骨架，干燥后体积形状基本不变，不失原有的固体结构，无干缩现象。

冻干制品具有多孔结构，因而有理想的速溶性和快速复水性。干燥过程中，物料中溶于水的溶质就地析出，避免了一般干燥方法中因物料水分向表面转移而将无机盐和其他有效成分带到物料表面，产生表面硬化现象。

冷冻干燥脱水彻底(一般低于2%-5%)，产品保存期长，若采用真空密封包装，常温下即可运输、保存，十分简便。

第73页,共95页，星期六，2024年，5月第五节

食品新材料制备设备

用于食品新材料制备的设备主要有原料粉碎设备、提取设备、分离纯化设备、蒸发浓缩设备、结晶设备、干燥设备等。

第74页,共95页，星期六，2024年，5月一、原料粉碎设备

根据粉碎的粒度大小，可将粉碎分成以下几种级别：粗破碎，物料被破碎到200-100mm；中破碎，物料被破碎到70一20mm；细破碎，物料被破碎到10-5mm；粗粉碎，将物料粉碎到5-0.7mm；细粉碎，将物料90%以上粉碎到能通过200目(mesh)标准筛网；微粉碎，将物料90%以上粉碎到能通过325目标准筛网；超微粉碎，全部物料粉碎到微米级的粒度。粉碎过程主要基于挤压、剪切、撞击、研磨等作用。

第75页,共95页，星期六，2024年，5月锤式粉碎机

锤式粉碎机的主要部件有锤刀、分离筛、传动装置等，其中数排锤刀安装于转动轴上，物料的粉碎过程主要由两方面构成：一是物料受高速旋转锤刀的冲击作用；二是锤刀与物料、分离筛与物料之间的摩擦作用。小于筛孔直径的微粒，被筛分后由出料口排出；大于筛孔直径的颗粒，在受锤刀冲击力后，由于惯性力的作用，四散向各方以很高的速度散落，被高速旋转的下排锤刀反复冲击，直至将大块物料撞碎成细小微粒，最后从筛孔排出。

第76页,共95页，星期六，2024年，5月辊式粉碎机

辊式粉碎机主要由对辊、振动筛、传动装置等组成。辊式粉碎机工作过程中，直径相同的两个钢辊高速相向旋转，物料被送人两辊之间受到挤压而被粉碎。两辊的圆周速度一般为2.5-6m/s，如果钢辊上刻有沟槽，称拉丝辊，或两辊之间存在有一定的转速差，则物料在粉碎过程中，除挤压力外，尚有剪切力的作用。物料经粉碎后，经振动筛分离，小于筛孔直径的微粒被筛出，而大于筛孔的颖粒进人下一对辊再次进行粉碎。每对辊中，一个辊是固定的，另一个辊可以前后移动，用以调节两辊间的间距，以控制粉碎粒度。

第77页,共95页，星期六，2024年，5月高压均质机

高压均质机是利用高压使得料液高速流过狭窄的缝隙而受到强大的剪切力、料液对金属部件高速冲击而产生的撞击力、因静压力突升突降而产生的空穴爆炸力等作用，将原先颗粒比较粗大的乳浊液、悬浮细胞加工成颗粒非常细微的均匀液体的过程。通过均质可以将食品原料的浆、汁、液进行细化、混合，以提高其稳定性，通过均质，可使细胞破壁，使胞内有效活性成分得以释放。

第78页,共95页，星期六，2024年，5月胶体磨

胶体磨的主要部件由一个固定的磨体(定子)和一个高速旋转的磨体(转子)组成。两磨体之间有一个可以调节的微小间隙(通常为50-150μm)。当料液通过这个间隙时，由于转子的高速旋转，使附着于转子面上的物料速度最大，而附着于定子面上的物料速度为零。这样产生了急剧的速度梯度，从而使料液受到强烈的剪切、摩擦和湍动，产生粉碎作用。

第79页,共95页，星期六，2024年，5月果蔬榨汁机

果蔬的破碎、打浆、榨汁设备常采用果蔬打浆机、螺旋式压榨机、活塞式压榨机、辊带式压榨机等。

第80页,共95页，星期六，2024年，5月二、提取装置

提取过程中，常用的设备有浸提装置、萃取装置及超临界流体萃取设备等。

第81页,共95页，星期六，2024年，5月萃取装置

溶剂萃取可分为液—固萃取及液—液萃取两大类。液—固萃取即前述的浸提。液—液萃取设备应包括两个组成部分：一是混合设备，实际上也是真正进行萃取的设备，它要求将溶剂与料液进行充分的混合，使之能在较短时间内接近平衡；二是分离设备，即将经过萃取后的混合液进行分离。这两部分可以在两个独立的设备中进行，称分段式萃取设备，也可在一个综合性设备中进行，称多级萃取设备或逆流连续萃取设备。

第82页,共95页，星期六，2024年，5月超临界流体萃取装置

常采用超临界CO2流体萃取固体原料中的有效成分。该装置主要由压缩机、冷却器、萃取器、节流阀、分离器等组成。工作中，物料置于萃取器中，CO2气体经压缩、冷却后达到超临界状态，进入萃取器中与物料充分接触，利用超临界流体的低黏度、高扩散性对物料中的有效成分进行萃取，超临界流体经节流阀减压后回复到气体状态，然后经分离器分离出萃取物，CO2气体则进人压缩机进行下一个循环。与普通溶剂萃取相比，超临界流体萃取同时具有液相萃取和精馏的特点。超临界萃取过程是由两种因素，即被分离物质挥发度之间的差异和它们分子间亲和力的大小不同，同时发生作用而产生相际分离效果的。超临界流体的萃取能力取决于流体密度，而密度很容易通过调节温度和压力加以控制。

第83页,共95页，星期六，2024年，5月三、分离纯化设备

过滤分离设备

膜分离装置

离子交换设备

色谱分离设备

第84页,共95页，星期六，2024年，5月四、浓缩设备

浓缩设备按操作压力分常压浓缩设备和真空浓缩设备，真空浓缩蒸发温度低，效率高，是工业生产中常用的浓缩设备。真空浓缩设备的型式很多，根据加热蒸汽被利用的次数分为单效浓缩设备、双效浓缩设备、多效浓缩设备；根据料液的流程分循环式和单程式；根据加热器结构的形式分非膜式和薄膜式；薄膜式又分升膜式、降膜式、片式、刮板式、离心薄膜式等。真空浓缩设备主要由加热蒸发器、气液分离器及抽真空装置等组成。

第85页,共95页，星期六，2024年，5月五、结晶设备

结晶设备以可