海洋食品加工新技術

1、第六章 海洋食品加工新技術海洋食品開發(fā)背景：我國海洋生物的食用已有上千年陸地生態(tài)環(huán)境的日益惡化陸地食物資源量逐漸減少大多數(shù)海洋生物資源尚未被開發(fā)利用未來海洋食品加工方向：多資源多品種開發(fā)風味多樣營養(yǎng)合理追求保健傳統(tǒng)海洋食品加工：（初級/粗級）技術含量低：降低水分；添加鹽分、保鮮劑、防腐劑；冷凍凍藏；高溫高壓殺菌水產(chǎn)品利用水平低，浪費嚴重水產(chǎn)品種類開發(fā)不足?，F(xiàn)代海洋食品加工：（高級、深度）技術含量高：超臨界流體萃取技術、超微粉碎技術、微膠囊化技術、膜分離技術、生物技術水產(chǎn)品利用完全水產(chǎn)品利用程度深入水產(chǎn)品種類開發(fā)完善應用于海洋食品加工的新技術： 1、超微粉碎技術 2、食品微膠囊化技術 3、冷凍濃

2、縮與冷凍干燥技術 4、超臨界流體萃取技術 5、微波加工技術 6、膜分離技術 7、生物技術 粉碎分類：根據(jù)被粉碎物料和成品粒度大小分類。粉碎類型原料粒度/mm成品顆粒粒度粗粉碎40-15005-50 mm中粉碎10-1005-10 mm微（細）粉碎5-10 100 m超（細）微粉碎5-101025m1、超微粉碎技術在食品工業(yè)中應用食品新技術及應用現(xiàn)狀 超微粉碎是利用特殊的設備，對物料通過沖擊、碰撞、研磨、分散等加工程序，把物料粉碎至粒徑為1025m 以下的微細顆粒，是食品精細加工過程。 超微粉碎微粒特點： 1.比表面增大：酶促反應加速、溶解快速 2.空隙率增大：透氣透水性變大 3.表面能增大：吸

3、附性提高，化學活性增強 隨著現(xiàn)代食品工業(yè)的不斷發(fā)展, 以往普通的粉碎手段已越來越不適應生產(chǎn)的需要。超微粉碎技術作為一種高新技術加工方法，已運用于許多新型食品的加工中。 超微細粉末具有一般顆粒所沒有的特殊理化性質(zhì)，如良好的溶解性、分散性、吸附性、化學反應活性、易消化吸收等。超微細技術已廣泛應用于食品、化工、醫(yī)藥、化妝品農(nóng)藥、染料、涂料、電子及航空航天等許多領域上。 應用范圍超微粉碎技術在食品工業(yè)中應用1.1 食物資源的高效利用：皮殼渣核小麥麩皮、燕麥皮、玉米皮、米糠等，含豐富維生素、微量元素等，但常規(guī)粉碎纖維粒度大，影響食用；通過對纖維的微粒化，能明顯改善纖維食品的口感和吸收性，使食物資源得到了

4、充分的利用。果皮、果核：經(jīng)超微粉碎可轉(zhuǎn)變?yōu)槭称贰Ｒ恍﹦又参矬w的不可食部分：如殼、蝦皮等，也可通過超微化而成為易被人體吸收利用的鈣源和甲殼素。 1.1 食物資源的高效利用：骨鮮骨含有豐富的蛋白質(zhì)和脂肪、磷脂質(zhì)、磷蛋白、骨膠原、氨基酸、軟骨素、鈣、鐵、維生素A、B1、B2、B12等營養(yǎng)成分但鮮骨煮、熬之后食用，鮮骨中大量的營養(yǎng)成分沒有被人體吸收，造成資源浪費。利用氣流式超微粉碎技術，將鮮骨多級粉碎加工成超細骨泥，經(jīng)脫水制成骨粉，既能保持95以上的營養(yǎng)素，且吸收率高。牛奶：利用均質(zhì)機能使脂肪明顯細化；植物蛋白飲料：使蛋白質(zhì)固體顆粒、脂肪顆粒變小，從而防止蛋白質(zhì)下沉和脂肪上浮；調(diào)味品：超微粉使其香味和

5、滋味更濃郁、突出。1.1 食物資源的高效利用：其他食品1.2 新型功能食品或添加劑：膳食纖維纖維素為“第七營養(yǎng)素”；增加膳食纖維的攝入是提高人體健康的重要措施；借助現(xiàn)代超微粉碎技術，使食物纖維微?；?，能明顯改善纖維食品的口感和吸收性。1.2 新型功能食品或添加劑：補鈣食品超微粉碎后得到的微粉有機鈣（如珍珠粉），比無機鈣容易被人體吸收、利用；制成高鈣高鐵的骨粉（泥）系列食品；粒度小于5m時可用于某些缺鈣食品如豆奶等的富鈣。1.2 新型功能食品或添加劑：甲殼素蟹殼、蝦殼等的超微粉末保鮮劑持水劑抗氧化劑降血脂、降血壓、降血糖。1.2 新型功能食品或添加劑：花粉、孢子粉花粉、靈芝孢子粉等的超微破壁不破

6、壁人體難以消化吸收破壁后消化吸收率可提高3050倍。破壁粉比不破壁粉具有更強的生物活性速溶粉：茶粉、藻粉、豆粉 茶粉：傳統(tǒng)的飲茶方法是用開水沖泡茶葉，但是人體并沒有完全吸收茶葉的全部營養(yǎng)成分；采用超微粉碎將茶葉制成粒徑小于5微米的粉茶，用水沖飲時成為溶液狀無沉淀，茶葉的大部分營養(yǎng)成分易被腸胃吸收。2. 微膠囊技術在食品工業(yè)中應用微膠囊技術：利用成膜材料將固體、液體或氣體物質(zhì)包埋、封存在一種微型膠囊（一般為5-200 m）內(nèi)成為固體微粒產(chǎn)品。微膠囊技術在食品工業(yè)開發(fā)新產(chǎn)品、更新傳統(tǒng)工藝和改善產(chǎn)品質(zhì)量等方面發(fā)揮重要作用。 微膠囊是一種具有聚合物壁殼的微型包覆體，能夠包埋和保護其囊芯內(nèi)的物質(zhì)微粒。微

7、膠囊內(nèi)部被包覆的物料稱為芯材、囊芯、內(nèi)核、填充物，其外部的包覆膜稱為壁材、囊壁、包膜、殼體。當囊的粒度小于5m時，由于其布朗運動而難于收集，當其粒度超過200m時，由于表面的靜電摩擦系數(shù)減少而穩(wěn)定性下降。芯材：可為油溶性、水溶性化合物或混合物,其狀態(tài)可為粉末、固體、液體或氣體。可包囊物的品種繁多,如交聯(lián)劑、催化劑、化學反應劑、顯色劑、給濕劑、藥物、殺蟲劑、礦物油、水溶液、染料、顏料、洗滌劑、食品、液晶、溶劑、氣體、疏水化合物及無機膠體等。壁材：可用作微膠囊包囊材料的有天然高分子、半合成高分子和合成高分子材料,視所包囊物質(zhì)(囊心物)的性質(zhì),油溶性囊心物需選水溶性包囊材料,水溶性囊心物則選油溶性包

8、囊材料,即包囊材料應不與囊心物反應,不與囊心物混溶。高分子包囊材料本身性能也是選擇包囊材料要考慮的因素,如滲透性、穩(wěn)定性、溶解性、可聚合性、粘度、電性能、吸濕性及成膜性等。食品工業(yè)使用的心材： 生物活性物質(zhì)：膳食纖維、活性多糖、超氧化物歧化酶（SOD）、免疫球蛋白等； 氨基酸：賴氨酸、精氨酸和組氨酸等； 維生素：維生素A、B1、B2、C和E等； 防腐劑：山梨酸和苯甲酸鈉等； 酶制劑：蛋白酶、淀粉酶和果膠酶等； 香精香油：桔子香精、檸檬香精、薄荷油和冬青油等； 微生物細胞：乳酸菌、黑曲霉和酵母等； 酸味劑：檸檬酸、蘋果酸、酒石酸、乳酸、醋酸和磷酸等； 酒類：白酒、葡萄酒和乙醇浸出液等； 其他：焦

9、糖色素和醬油等。 食品工業(yè)使用的常用壁材 1. 碳水化合物殼聚糖主要用在復凝聚法微膠囊技術,纖維素及其衍生物主要用在水溶性食品添加劑如甜味劑、酸味劑以及酶或細胞的包埋劑。蔗糖具有溶解速度快、熱穩(wěn)定性高、價格低、來源廣的特點,常被用來作為微膠囊的壁材。環(huán)糊精不具備乳化能力,但其分子中疏水性空腔能同具有一定大小與形狀的疏水性分子形成穩(wěn)定的非共價復合物,從而起到穩(wěn)定心材,掩蓋心材異味的作用。2. 膠質(zhì)海藻膠、卡拉膠可分別用于高脂食品,風味料,湯料與果汁等的包埋劑。阿拉伯膠由于含有約1 %左右具乳化性的蛋白質(zhì),能夠乳化心材,而且溶解性能好,因此在微膠囊技術中用途廣泛,它主要應用在風味料的微膠囊化技術中

10、。黃原膠是一種微生物多糖,雖然和海藻膠、瓜兒膠、卡拉膠一樣不具乳化能力,但它在溶液中粘度較大,利于改善乳狀液的流變性,增加乳化體系的穩(wěn)定性,另外在體系固形物含量較低時添加適量的黃原膠,可以提高進料粘度,這對于噴霧干燥過程中形成較大的霧滴十分有利,因此在體系中使用黃原膠有利于微膠囊化工藝過程的實現(xiàn),便于降低生產(chǎn)成本,黃原膠來源廣,其價格與其他膠質(zhì)相比也不算貴,因此黃原膠是較為實用的一種微膠囊壁材輔料。 3. 脂質(zhì)卵磷脂應用于微膠囊技術的主要在于它在較低溫度下就可形成卵磷脂膠束,因而可用于生物活性物質(zhì)如酶類的微膠囊。卵磷脂作為乳化劑與其他壁材如聚乙烯復配可對甜味劑、風味料等進行微膠囊化,作為一種營

11、養(yǎng)強化劑,它本身也已被制成微膠囊化產(chǎn)品。 3.4 蛋白質(zhì)乳清蛋白能與麥芽糊精配合作為奶油或揮發(fā)性良好的微膠囊化壁材。明膠同時具備乳化性,成膜性,而且也易溶于水,符合作為膠囊壁材中蛋白源要求。另一方面,明膠還有價格低,來源廣的優(yōu)勢,更適合于工業(yè)化大生產(chǎn)中使用,實際上明膠也是微膠囊技術中至今為止用得最為廣泛的一種蛋白源。 微膠囊的不同結構圖1、緩釋型微膠囊該微膠囊的殼相當于一個半透膜，在一定條件下可允許芯材物質(zhì)透過，可延長芯材物質(zhì)的作用時間。2、壓敏型微膠囊此種微膠囊包裹了一些待反應的芯材物質(zhì)，當作用于微膠囊的壓力超過一定極限后，膠囊殼破裂而流出芯材物質(zhì)。3、pH敏感型微膠囊 該類型微膠囊的壁材在

12、某個pH范圍內(nèi)穩(wěn)定，當pH變化時，壁材會溶解、降解、破裂，釋放出囊心物質(zhì)。微膠囊的釋放方式4、熱敏型微膠囊由于溫度升高使殼材軟化或破裂釋放出心材物質(zhì)，有時是芯材物質(zhì)由于溫度改變而發(fā)生分子重排或幾何異構而產(chǎn)生顏色的變化。5、光敏型微膠囊光照后殼材中的光敏物質(zhì)選擇性吸收特定波長的光，發(fā)生感光或分子能量躍遷而產(chǎn)生相應的反應或變化。6、膨脹型微膠囊殼材為熱塑性且高氣密性物質(zhì)，而芯材為易揮發(fā)的低沸點溶劑，當溫度升高到高于溶劑的沸點后，溶劑蒸發(fā)而使膠囊膨脹，冷卻后膠囊依舊維持膨脹前的狀態(tài)。 旋轉(zhuǎn)懸浮分離法 空氣懸浮包衣法 噴霧干燥法 真空蒸發(fā)沉積 靜電結合法 離心擠壓法 鍋包衣法 蔗糖共結晶法物理法 水相

13、分離法 油相分離法 變溫相分離法 凝聚法(相分離法) 復相乳液法(干燥浴法)物理化學法 熔化分散與冷凝法 囊心交換法 粉末床法微膠囊化方法(a)芯材在介質(zhì)中分散 (b)加入殼材料(c)殼材料的沉積 (d)微膠囊殼的固化2022/9/7噴霧干燥法 囊材和囊心物質(zhì)混合均質(zhì)、乳化乳化液在熱空氣中霧化和干燥脫水微膠囊產(chǎn)品2022/9/7 微膠囊化后可改變物質(zhì)的色澤、形狀、質(zhì)量、體積、溶解性、反應性、耐熱性和貯藏性等性質(zhì)，微膠囊技術在食品工業(yè)上能夠發(fā)揮許多重要的作用。1.改變物料的存在狀態(tài)、質(zhì)量與體積2.隔離物料間的相互作用，保護敏感性物料3.掩蓋不良風味、降低揮發(fā)性4.控制釋放5.降低食品添加劑的毒副

14、作用2.1 微膠囊的功能2022/9/7 Modern Spectrum 1改變物料的存在狀態(tài)、物料的質(zhì)量與體積 液體物料經(jīng)微膠囊化轉(zhuǎn)變成細粉狀固體物質(zhì)，如液體香料、液體調(diào)味品、酒類和油脂等，可經(jīng)微膠囊化后轉(zhuǎn)變成粉末香精、粉末食用油脂、粉末乙醇等固體顆粒，以便于加工、貯藏與運輸。 例如: 將液體油脂作為心材，選擇適當?shù)谋诓?，運用微膠囊技術就可產(chǎn)生出固體粉末油脂，可方便地添加于各種食品原料中。在國外，目前約有幾十種微膠囊產(chǎn)品的粉末油脂作為食品工業(yè)原料，應用于各類保健食品或功能食品。2022/9/7 Modern Spectrum 2隔離物料間的相互作用，保護敏感性物料 在配料豐富的食品體系中，某

15、些成分間的直接接觸會加速不良反應的進程，如金屬離子的存在會加速脂肪的氧化酸敗，也可能影響食品的風味系統(tǒng)。通過微膠囊技術，可使易發(fā)生作用的配料相互隔離開。 對于一些不穩(wěn)定的敏感物料，經(jīng)微膠囊化后可免受環(huán)境中濕度、氧氣、紫外線等不良因素的干擾，提高了貯藏加工時的穩(wěn)定性并延長貨架壽命。2022/9/7GXQ 36 Modern Spectrum 部分食品添加劑如某些礦物質(zhì)、維生素等，因帶明顯的異味或色澤而會影響食品的品質(zhì)。若將這些添加劑制成微膠囊顆粒，即可掩蓋它們所帶的不良風味與色澤，改善它的使用性。 部分易揮發(fā)的食品添加劑，如香精香味等，經(jīng)微膠囊化后可抑制揮發(fā)，減少其在貯存加工時的揮發(fā)性，同時也減

16、少了損失，節(jié)約了成本。 3掩蓋不良風味、降低揮發(fā)性2022/9/7 Modern Spectrum 4控制釋放 控制釋放于50年代初始用于口服藥和化肥等，以延長活性成分的釋放時間，使其釋放速度受外界環(huán)境調(diào)節(jié)。 實現(xiàn)控制釋放的方法很多，微膠囊化是其中比較重要的一種。微膠囊后，可對芯材的釋放時間和釋放速率進行控制，使其在最佳條件下釋放。例：乳品工業(yè)中益生菌的包埋 乳酸菌和雙歧桿菌等益生菌經(jīng)過蛋白質(zhì)雙層微膠囊化包埋處理后，保證了在胃酸中不被溶解，而在腸液的中性環(huán)境中經(jīng)過2-3min后釋放出來，保證了益生菌在腸道中的定植。2022/9/7 對于酸味劑：如在加工初始就與其它配料相混合，可能會使部分配料如

17、蛋白質(zhì)發(fā)生變性而影響產(chǎn)品的質(zhì)地；經(jīng)微膠囊化后就可在需要時控釋（如產(chǎn)品加工即將結束），這就避免它可能帶來的不良影響。 飲料工業(yè)上部分防腐劑（如苯甲酸鈉）與酸味劑的直接接觸會引起失效，若將苯甲酸鈉微膠囊后可增強對酸的忍耐性，并可設計在最佳狀態(tài)下釋放出來發(fā)揮防腐作用，延長防腐劑作用時間。 通過預先設計并選取適當?shù)谋诓模€可實現(xiàn)緩釋。如一種微膠囊化的乙醇殺菌劑，是利用微膠囊緩慢釋放出乙醇，讓定量的乙醇在包裝容器中形成一定的蒸汽壓，以收到長期的殺菌防腐效果。2022/9/7GXQ 39 Modern Spectrum 5降低食品添加劑的毒理作用 利用微膠囊控制釋放的特點，可通過適當?shù)脑O計實現(xiàn)對心材的生物

18、可利用性的控制，實際應用時，這種人為控制作用能夠降低部分食品添加劑（特別是化學合成產(chǎn)品）的毒性。 例：未微膠囊化和微膠囊化的乙酰水楊酸對小鼠的半數(shù)致死量LD50值分別為1750mg/kg和2823mg/kg，后者比前者提高了60%，說明毒副作用得以大幅度的降低。2022/9/7 Modern Spectrum微膠囊化技術的應用中草藥微膠囊靶向治療癌癥生物分析和醫(yī)學診斷農(nóng)藥微膠囊肥料微膠囊營養(yǎng)物質(zhì)和活性物質(zhì)微膠囊添加劑微膠囊無碳復寫紙污水處理香料醫(yī)藥醫(yī)療農(nóng)牧業(yè)方面食品保健方面工業(yè)方面微膠囊化技術的應用2022/9/7GXQ 41 Modern Spectrum微膠囊技術在食品工業(yè)的應用（1）生物

19、活性物質(zhì)：膳食纖維、活性多糖、超氧化物歧化酶、硒化物和免疫球蛋白等；（2）氨基酸：賴氨酸、精氨酸、組氨酸和胱氨酸等；（3）維生素：維生素A、B1、B2、C和E等；（4）礦物元素：硫酸亞鐵等；（5）食用油脂：魚油、米糠油、玉米油、麥胚油等；（6）酒類：白酒、葡萄酒和乙醇浸出液等； （7）微生物細胞：乳酸菌、黑曲霉和酵母菌等；微膠囊粉末魚油GXQ 42 Modern Spectrum（8）甜味劑：甜味素、甜菊苷、甘草甜素和二氫查爾酮等；（9）酸味劑：檸檬酸、酒石酸、乳酸、磷酸和醋酸等；（10）防腐劑：山梨酸和苯甲酸鈉等；（11）酶制劑：蛋白酶、淀粉酶、果膠酶和維生素酶等；（12）香精香油：桔子香精

20、、檸檬香精、藍莓香精、薄荷油和冬青油等；（13）其它：焦糖色素和醬油等。微膠囊技術在食品添加劑中的應用（1）微膠囊化香精香精在加工、貯存過程中受光、溫度、壓力等條件的影響，極易揮發(fā)或氧化劣變。食品工業(yè)中最早用微膠囊技術是制備固體香料和風味劑，如檸檬油、薄荷油、雞肉香料、牛肉煙熏香料、蒜油、桔皮油、咖喱油、姜油等已有微膠囊產(chǎn)品。（2）微膠囊化甜味劑甜味劑在加工、儲存過程中極易受溫度和濕度等條件的影響。將甜味劑微膠囊化后可使其吸濕性大為降低，同時微膠囊的緩釋作用能使甜味持久。（3）微膠囊化酸味劑許多酸味劑直接添加到食品配料中會與果膠、蛋白質(zhì)、淀粉、色素等成分作用而影響食品品質(zhì)。采用微膠囊技術，將酸

21、味劑包埋起來，大大減少了酸味劑與外界的接觸，延長食品的貯存期，并可通過控制釋放，以增進風味。（4）微膠囊化天然色素一些天然色素在應用中存在溶解性和穩(wěn)定性差的問題，微膠囊化后不僅可以改變?nèi)芙庑阅?，同時也提高了其穩(wěn)定性。蝦青素、番茄紅素、胡蘿卜素、姜黃素、花青素等多種色素的微膠囊化均有相關應用。蝦青素辣椒素-胡蘿卜素（5）微膠囊化營養(yǎng)素氨基酸、維生素和礦物質(zhì)等營養(yǎng)素在加工或貯藏過程中，易受外界環(huán)境因素的影響而喪失營養(yǎng)價值或使制品變色變味。例如，含鐵食品不僅鐵腥味重而且鐵鹽具有很強的催化氧化作用，使食品變色、變味、變質(zhì)，難以保存，效價降低。若經(jīng)微膠囊化后，則可避免上述問題。此外，抗氧化劑、防腐劑、膨

22、松劑等不穩(wěn)定的成分都可以采用微膠囊技術增加其穩(wěn)定性，拓展其應用范圍。（1）粉末油脂 油脂經(jīng)微膠囊化處理后，可將油脂制成粉末，克服了油脂本身的缺點。使其成為性質(zhì)穩(wěn)定、取用方便、水溶性好且營養(yǎng)價值高的優(yōu)質(zhì)原料。近年來，微膠囊包埋技術在高附加值油脂產(chǎn)品制備領域中的研究十分活躍，如核桃油、獼猴桃籽油、油茶籽油、亞麻油、蘇子油、松籽油等微膠囊化已有報道，此外還有E P A及D H A、亞油酸、-3多不飽和脂肪酸等微膠囊化的報道在傳統(tǒng)液體產(chǎn)品固體粉末化中的應用（2）固體飲料 利用微膠囊技術制備固體飲料，可使產(chǎn)品顆粒均勻一致，具有獨特濃郁的香味，在冷熱水中均能迅速溶解，色澤與新鮮果汁相似，不易揮發(fā)，產(chǎn)品能長

23、期保存。微膠囊技術在功能性食品的應用 功能性食品中的膳食纖維、活性多糖、多不飽和脂肪酸、活性肽和活性蛋白、DHA等活性物質(zhì)，由于不穩(wěn)定，易與其它配料發(fā)生相互作用，用微膠囊化處理可提高它們在功能性食品中的可用性。微膠囊技術在益生菌產(chǎn)品中的應用 采用微膠囊化技術可以保護益生菌的功能作用不被破壞，提高活菌數(shù)，一些研究表明，乳酸菌、雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌經(jīng)過微膠囊化理能提高益生菌菌株對胃酸和腸道膽鹽等逆境條件的抵抗力，保證其生理功能的發(fā)揮。 在乳品生產(chǎn)中，應用微膠囊技術，可生產(chǎn)各種風味奶制品，如可樂奶粉、果味奶粉、姜汁奶粉、發(fā)泡奶粉、啤酒奶粉、粉末乳酒及膨化乳制品等。將這些添加物利用微膠囊技術包埋，可增

24、強產(chǎn)品的穩(wěn)定性，使產(chǎn)品具有獨特的風味，無異味，不結塊，泡沫均勻細膩，沖調(diào)性好，保質(zhì)期長。微膠囊技術在乳制品中的應用微膠囊技術在軍用食品中的應用 軍用食品具備特殊的性能：體積小、重量輕、方便攜帶，營養(yǎng)豐富目搭配合理、安全性高、保質(zhì)期長，包裝良好、便于儲存、運輸和食用等。微膠囊技術為提高軍用食品品質(zhì)提供了廣泛的選擇空間，對于完善軍用食品的營養(yǎng)性、延長軍用食品的貯存期具有重要的作用。3.1 冷凍濃縮技術 冷凍濃縮是近年來發(fā)展迅速的一種濃縮方式，是在常壓下，利用稀溶液與冰在冰點以下固液相平衡關系來實現(xiàn)的，就是將溶液中的水分子凝固成冰晶體，用機械手段將冰去除，從而減少了溶液中的溶劑水，提高溶液濃度，使溶

25、液得到濃縮。 原料液冷卻結晶分離冰晶濃縮液冷凍濃縮的基本原理冷凍濃縮原理：溶液受冷溫度下降，在冰點以前其濃度不變；到達溶液冰點后，溶液中一部分溶劑因為溶液晶核的存在而結晶析出，剩下溶液濃度將不斷上升；繼續(xù)冷卻溶液，直到到達溶液的最低共溶點，溶液中溶劑冰晶大量析出；此時在理論上，溶液中的溶劑達到最大凍結量，濃縮液濃度達到最大值。低溫冷卻（稀）溶液溶液冰點（冰核）部分溶劑結晶低共溶點溶劑冰晶+濃縮液溫度下降，濃度不變?nèi)軇┎粩嘟Y晶析出濃度下降，直到平衡冰晶體洗滌冰晶生成冰晶體分離13冷凍濃縮過程與控制2冷凍濃縮結晶操作時要求冰晶有適當?shù)牧６龋w粒度過大，結晶慢，操作費用增加；冰晶過小，造成分離困難

26、，溶質(zhì)夾帶較多，因此生產(chǎn)過程中應該確定一個最佳晶體粒度，既能使結晶和分離成本降低，又能使溶質(zhì)損失減小。影響冰晶大小的主要因素有冰晶的生成方式及冰晶生成速率兩方面。一般冷凍過程的冰晶生成方式有兩種:層狀凍結和懸浮凍結。冰晶生成也稱規(guī)則凍結，是一種在管式、板式以及轉(zhuǎn)鼓式、帶式設備中進行的單向凍結。其晶層依次沉積在先前由同一溶液所形成的晶層之上，冰晶形狀一般為針狀或棒狀，帶有垂直于冷卻面的不規(guī)則斷面。 又稱分散結晶法，其特征為無數(shù)自由懸浮于母液中的小冰晶，在帶攪拌的低溫罐中長大并不斷排除，從而使母液濃度增加而實現(xiàn)濃縮。層狀凍結懸浮凍結冰晶生成-凍結方式冰晶體分離分離效果：決定了冷凍濃縮應用的成功與否

27、1、分離的原理 懸浮液的過濾原理冰晶+濃縮液 過濾床（冰床） 濾液（濃縮液）2、分離的操作方式間歇式和連續(xù)式；3、分離設備壓濾機：冰晶易被壓實，后續(xù)的洗滌難以進行，易造成溶質(zhì)損失，只適用于濃縮比為1時的冷凍濃縮；過濾式離心機：分離效果較壓濾機好?？捎孟礈焖虮诨髞硐幢w分離滌濾餅，但易造成濃縮液的稀釋，此外濃縮液旋轉(zhuǎn)甩出時與空氣充分接觸易造成揮發(fā)性芳香物質(zhì)的損失和氧敏感物料的氧化變質(zhì)。洗滌塔：洗滌塔內(nèi)分離較為完全，而且沒有稀釋現(xiàn)象，同時因為操作時全部密閉且無頂部空隙，可避免芳香物質(zhì)的損失。圖7-2 過濾式離心機圖7-1 壓濾機冰晶體洗滌在冰晶形成過程中，存在溶質(zhì)夾帶現(xiàn)象。在實際冷凍濃縮中

28、，夾帶主要由冰晶表面吸附造成，溶質(zhì)主要存在于冰晶表層。為避免損失，可采用稀溶液、冰晶融化后的水及清水對冰晶洗滌，從而減少溶質(zhì)損失。冰晶體的洗滌在洗滌塔內(nèi)進行，按塔中冰晶沿塔移動的推動力不同，洗滌塔可分以下三種：浮床式、螺旋式和活塞推動式。冷凍濃縮系統(tǒng)工作原理冷凍濃縮系統(tǒng)冷凍濃縮系統(tǒng)工作原理冷凍濃縮系統(tǒng)主要包括刮板式結晶器、再結晶罐、洗滌塔、融冰裝置、原料罐、泵等。示意圖如圖8所示。工作原理：料液儲存在原料罐中，操作時由泵送入旋轉(zhuǎn)刮板式結晶器，在結晶器內(nèi)冷卻至冰晶出現(xiàn)并達到要求后進入帶攪拌器的再結晶罐，冰晶可繼續(xù)生長，然后大部分濃縮液作為成品排出，部分濃縮液與來自原料罐的料液混合后再進入結晶器中

29、進行再循環(huán)。從混合罐中出來的冰晶（夾帶部分濃縮液），經(jīng)洗滌塔洗滌，洗下的一定濃度的洗液進入原料罐循環(huán)。此處洗滌塔的洗滌水是利用融冰裝置(通常在洗滌塔頂部)將冰晶熔化后再使用，多余的水排走。技術特點優(yōu)點：低溫操作，適用于熱敏性物料的濃縮；物料水分的除去不是以加熱蒸發(fā)的方法，而是靠從溶液到冰晶的相際傳遞，可避免因加熱造成的芳香性揮發(fā)物損失。缺點：物料濃縮較低，最終濃度不超過其低共熔濃度；成品中的微生物活性未能受到抑制，加工后仍需采用加熱等后處理或需要冷凍貯藏；濃縮過程中會造成濃縮物損失，對分離設備有要求。冷凍濃縮技術的應用 冷凍濃縮技術可阻止不良化學變化和生物化學變化及風味、香氣和營養(yǎng)損失小等優(yōu)點

30、， 特別適用于濃縮熱敏性液態(tài)食品、生物制藥、要求保留天然色香味的高檔飲品及中藥湯劑等。 冷凍濃縮技術在食品工業(yè)中用于果汁、葡萄酒、乳制品及功能食品等的濃縮，得到了高質(zhì)量的產(chǎn)品。 果汁果醬行業(yè)：冷凍濃縮技術很好地保留了果汁果醬中揮發(fā)性物質(zhì)的香氣成分， 濃縮效果比冷凍干燥包括在內(nèi)的其他濃縮技術更好。 釀酒行業(yè)：該技術可除去啤酒中冰晶的同時除去形成混濁的多酚、丹寧酸等物質(zhì)， 從而減少它的貯存容積，還可以較好地保持酒的品質(zhì)、香氣和營養(yǎng)成分。乳制品行業(yè)：冷凍濃縮包括全牛乳、甜乳清、酸乳清、乳清蛋白濃縮物和乳清透過物在內(nèi)的牛乳制品， 取得了良好的效果。茶、咖啡、醋行業(yè)：可以使茶、咖啡等中含有的營養(yǎng)成分與風

31、味物質(zhì)等得到最大限度的保護。制藥業(yè)：冷凍濃縮可以代替蒸發(fā)濃縮免去某些口服液制造過程的醇沉工序，改善其口感。環(huán)保方面：冷凍濃縮法可以使海水脫鹽，利用海水制備純水，還能處理污水和廢水，對于保護環(huán)境、促進資源的再利用都有重大的意義。3.2 真空冷凍干燥技術真空冷凍干燥又稱為升華干燥或冷凍干燥，簡稱“凍干”，是先將濕物料凍結到共晶點以下，使水分變成固態(tài)的冰，然后在適當?shù)臏囟龋ǖ陀诠踩埸c）和真空度下，使冰升華為水蒸氣，再將水蒸氣冷凝，從而獲得干燥制品的技術。真空冷凍干燥流程 在凍干之前，把需要凍干的產(chǎn)品分裝在合適的容器內(nèi)，一般是玻璃模子瓶、玻璃管子瓶或安瓶，裝量要均勻，蒸發(fā)表面盡量大而厚度盡量薄一些；然

32、后放入與凍干箱板層尺寸相適應的金屬盤內(nèi)。 裝箱之前將凍干箱進行空箱降溫，然后將產(chǎn)品放入凍干箱內(nèi)進行預凍；或?qū)a(chǎn)品放入凍干箱內(nèi)板層上同時進行預凍； 抽真空之前要根據(jù)冷凝器制冷機的降溫速度提前使冷凝器工作，抽真空時冷凝器至少應達到40的溫度； 待真空度達到一定數(shù)值后（通常應達到13Pa26Pa內(nèi)的真空度），有的凍干工藝要求達到所要求的真空度后繼續(xù)抽真空12h以上；即可對箱內(nèi)產(chǎn)品進行加熱，加溫不使產(chǎn)品的溫度超過共熔點。整個升華干燥的時間約1224h左右有的甚至更長，與產(chǎn)品在每瓶內(nèi)的裝量，總裝量，玻璃容器的形狀、規(guī)格，產(chǎn)品的種類，凍干曲線及機器的性能等等有關。真空冷凍干燥的特點3三 傳統(tǒng)加熱干燥會引起

33、細胞破壞, 導致材料皺縮,外觀變形,且難以保留產(chǎn)品的生物和化學性質(zhì)及其活性的完整性；（1）冷凍干燥在低壓低溫下進行，可以保留新鮮食品的色、香、味及維生素C等營養(yǎng)物質(zhì)，特別適用于熱敏性食品以及易氧化食品的干燥；例如，對蛋白質(zhì)、益生菌等物質(zhì)采用真空冷凍干燥不會發(fā)生變性或失去生物活性；（2）物料中的一些揮發(fā)性成分或營養(yǎng)成分損失很小，比較適合一些生化制品或食品的干燥。（3）因物料的干燥是在真空、冷凍條件下進行，系統(tǒng)中高度缺氧，能較好地抑制微生物的生長，使易氧化的物料受到較好的保護，能長期保存，方便運輸。凍干獼猴桃片凍干獼猴桃粉（5）物質(zhì)剩留在凍結架子中，體積變化小，為多孔結構,質(zhì)地疏松,較脆,重量輕，

34、復水性能好,重復再溶解迅速完全，恢復原來的性狀，滿足宇航、旅游等需求。凍干產(chǎn)品加工工藝相比傳統(tǒng)高溫烘干的操作復雜，投資大，價格是熱風干燥食品的46倍，目前仍然需要改善。 食品和化學工業(yè)方面 速溶咖啡、果汁、催化劑等的凍干 生物制品方面 疫苗、診斷制劑、血清制品等的凍干 醫(yī)藥工業(yè)方面 抗生素、維生素、酶制劑、血液制品等的凍干真空冷凍干燥技術的應用 食品凍干技術起源于20 世紀30 年代, 60 年代在美國、蘇聯(lián)、德國、日本、丹麥等國家相繼建立了食品凍干企業(yè)。美國凍干食品發(fā)展最快, 在全美方便食品中凍干食品占40% 50%; 日本目前已有超過40家凍干食品廠。保加利亞索非亞低溫生物學與冷凍干燥技術

35、研究所在宇航食品、兒童食品、營養(yǎng)保健食品研究方面僅次于美國和俄羅斯, 居世界第三位; 在凍干制品當中, 凍干咖啡在日本和歐美占全部速溶咖啡的40%以上, 是凍干制品中最成功的物料。近年來，凍干食品的年消費量，美國是500萬t以上，日本是160萬t以上，法國是150萬t以上，許多國家的消費量很可觀。 真空凍干技術在50 年代引進中國之后, 主要應用于醫(yī)藥和生物制品, 60 年代在上海建立了第一家國產(chǎn)設備凍干食品企業(yè), 80 年代后期, 在廣東、山東等地建立了凍干食品廠。90年代初至今, 中國凍干食品工業(yè)得到了快速發(fā)展。真空冷凍干燥技術在食品領域的發(fā)展凍干食品能保留新鮮食品的色、 香、味及營養(yǎng)成分

36、，有良好的速溶性和復水性，易于運輸、貯藏成本低，在食品工業(yè)應用日益廣泛。 真空冷凍干燥技術在食品領域的應用1、蔬菜類: 香菇、蘆筍、荷蘭豆、胡蘿卜、番茄、菠菜、洋蔥等；2、水果類: 荔枝、香蕉、草莓、桃、蘋果、梨、桔子等；3、水產(chǎn)類: 魚翅、蝦仁、蟹肉、甲魚、魷魚、海參、貝、海哲、海帶、海白菜等；4、禽肉類: 豬肉、牛肉、蛇肉、羊肉、雞肉、兔肉、火腿等；5、方便食品類: 碗仔面、盒裝便餐、嬰兒食品、旅游食品、老年食品、軍用食品、宇航食品等；6、飲品類: 速溶咖啡、速溶茶等固體飲料，果汁、果茶、菜汁、保健茶、營養(yǎng)茶、營養(yǎng)沖劑、紅綠茶等；7、調(diào)味料類: 蔥、姜、蒜、湯料、果醬、調(diào)理料、香料等；8、

37、保健品類: 人參、鹿茸、冬蟲夏草、天麻、當歸、三七、首烏、山藥、蜂王漿、蜂蜜、花粉、鱉粉、龜甲類等；9、食品工業(yè)原料類: 蛋、豆、干果、蛋白粉等；10、其他類: 動物膠原蛋白、SOD、益生菌等。4 超臨界萃取在食品工業(yè)中的應用什么是超臨界：物質(zhì)存在三種相態(tài)-氣相、液相、固相。三相呈平衡態(tài)共存的點叫三相點。液、氣兩相呈平衡狀態(tài)的點叫臨界點。在臨界點時的溫度和壓力稱為臨界溫度和臨界壓力。不同的物質(zhì)其臨界點所要求的壓力和溫度各不相同。 超臨界流體(SCF)：在臨界溫度和臨界壓力以上的流體。高于臨界溫度和臨界壓力而接近臨界點的狀態(tài)稱為超臨界狀態(tài)。2022/9/7超臨界流體的性質(zhì) 超臨界流體具有類似液體

38、的密度、溶解能力和良好的流動性，同時又具有類似氣體擴散系數(shù)和低粘度，具有特殊的性質(zhì)。 其擴散系數(shù)比氣體小，但是液體的100倍； 粘度接近氣體，僅是液體的百分之一，具有良好的傳質(zhì)特征； 密度類似液體，在臨界點附近，溫度和壓力的細微變化可導致其密度的顯著變動；可以通過變換壓力和溫度來調(diào)節(jié)它的溶解能力，提高萃取的選擇性。 壓力或溫度的改變均可導致相變。超臨界流體萃取(簡稱SFE) ：利用超臨界條件下的流體作萃取劑，從液體或固體中萃取出某些成分并進行分離的技術。 在超臨界狀態(tài)下，超臨界流體具有很好的流動性和滲透性，將超臨界流體與待分離的物質(zhì)接觸，利用壓力和溫度對超臨界流體溶解能力的影響，有選擇性地把極

39、性大小、沸點高低和分子量大小的成分依次萃取出來。 并非所有溶劑都適宜用作超臨界流體萃取。超臨界流體萃取對溶劑有以下要求：(1)有較高的溶解能力，且有一定的親水親油平衡；(2)能容易地與溶質(zhì)分離，無殘留，不影響溶質(zhì)品質(zhì)；(3)無毒，化學性質(zhì)惰性且穩(wěn)定；(4)來源豐富，價格便宜；(5)純度高。 在所有研究過的超臨界物質(zhì)中，只有幾種適于用作超臨界流體萃取的溶劑：二氧化碳、乙烷、乙烯，以及一些含氟的碳氫化合物。其中最理想的溶劑是二氧化碳，它幾乎滿足上述所有要求。它的臨界壓強為7.39MPa，臨界溫度為31.06。目前幾乎所有的超臨界流體萃取操作均以二氧化碳為溶劑。 超臨界流體萃取溶劑的選擇物質(zhì)沸點/臨

40、界點數(shù)據(jù)臨界溫Tc/臨界壓Pc/Mpa臨界密度/(g/cm3)二氧化碳78.531.067.390.448水100374.222.000.344乙烷88.032.44.890.203乙烯103.79.55.070.20丙烷44.5974.260.220丙烯47.7924.670.23n丁烷0.5152.03.800.228n戊烷36.5196.63.370.232n己烷69.0234.22.970.234甲醇64.7240.57.990.272乙醇78.2243.46.380.276異丙醇82.5235.34.760.27苯80.1288.94.890.302甲苯110.63184.110.2

41、9氨33.4132.311.280.24甲烷164.083.04.60.16常用超臨界流體的臨界性質(zhì)表(1) 易揮發(fā)，易與溶質(zhì)分離；(2) 黏度低，擴散系數(shù)高，有很高的傳質(zhì)速率；(3) 只有相對分子質(zhì)量低于500的化合物才易溶于二氧化碳；(4) 中、低相對分子質(zhì)量的鹵化碳、醛、酮、酯、醇、醚易溶于 二氧化碳；(5) 非極性分子，主要用于萃取非極性和低極性物質(zhì)，極性有機物中 低分子量者才溶于二氧化碳；(6) 脂肪酸和甘油三酯不易溶于二氧化碳，但單酯化作用可增加溶 解度；(7) 同系物中溶解度隨相對分子質(zhì)量的增加而降低；(8) 生物堿、類胡蘿卜素、氨基酸、水果酸、氯仿和大多數(shù)無機鹽 不溶于二氧化碳

42、。 二氧化碳的主要特點是超臨界流體萃取與化學法萃取相比的優(yōu)點1. 可以在接近室溫(35-40)及CO2氣體籠罩下進行提取，有效地防止了熱敏性物質(zhì)的氧化和逸散，能把高沸點，低揮發(fā)度、易熱解的物質(zhì)在其沸點溫度以下萃取出來；2. 全程不用有機溶劑,萃取物無殘留溶媒, 防止了提取過程對人體的毒害和對環(huán)境的污染；3. 萃取和分離合二為一，當飽含溶解物的CO2-SCF流經(jīng)分離器時，由于壓力下降使得CO2與萃取物迅速成為兩相（氣液分離）而立即分開，不僅萃取效率高而且能耗較少，節(jié)約成本；4. CO2萃取過程不發(fā)生化學反應,且不燃,無味、無臭、無毒，故安全性好；5. CO2價格便宜，純度高，容易取得，且在生產(chǎn)過

43、程中循環(huán)使用，從而降低成本；6. 通過改變溫度或壓力達到萃取目的。壓力固定，改變溫度可將物質(zhì)分離；反之溫度固定，降低壓力使萃取物分離，因此工藝簡單易掌握，而且萃取速度快。 7.可以與色譜技術直接聯(lián)用，有利于揮發(fā)性有機化合物的定性與定量分析。溶劑萃取超臨界萃取溶劑殘留不可避免完全無溶劑殘留，純凈存在重金屬無重金屬溶劑的溶解能力為定值溶解能力隨溫度和壓力變化可能使用高溫，熱敏物質(zhì)分解通常在較低溫度下，不分解存在無機鹽被萃取的問題無無機鹽殘留溶劑選擇性差選擇性好需額外的操作單元來脫除溶解在線分離，有效物質(zhì)收率高溶劑萃取和超臨界萃取的對比SFE-CO2 萃取技術的不足由于CO2 的非極性和低分子量特點

44、,在目前的技術水平下SFE-CO2 只適合于替代傳統(tǒng)的有機溶劑的提取和水蒸氣蒸餾法，有時需加入一定比例的夾帶劑或在很高的壓力下進行萃取,給工業(yè)化帶來了一定難度。目前主要用于油脂提取，對于許多強極性和高分子量的物質(zhì)(多糖類、皂苷類、蛋白質(zhì)) 難以進行有效提取,必須與其他方法結合。萃取過程在高壓下進行,所以對設備以及整個管路系統(tǒng)的耐壓性能要求較高, 安全保障問題突出。超臨界技術的工藝技術要求較高,必須建成大型生產(chǎn)設備,投資風險遠高于常規(guī)分離技術。 典型的超臨界流體萃取流程：首先將溶劑壓縮，使其達到超臨界態(tài)，然后在高于臨界溫度的萃取器內(nèi)進行萃取。萃取相經(jīng)膨脹閥減壓，溶劑即汽化。在分離器內(nèi)進行分離，剩

45、余的物質(zhì)就是溶質(zhì)，汽化后的溶劑循環(huán)進入壓縮機，必要時補充一些溶劑。 超臨界流體萃取的流程中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心超臨界技術實驗室931型實驗室超臨界流體萃取儀(10毫升)951型超臨界流體萃取小試設備(2升)TK 型 超臨界流體萃取中試設備(20升)溫州市中制藥機械設備廠萃取壓力最高可達40Mpa；萃取溫度為室溫080，分離溫度為-1080；精餾溫度為室溫080；上述參數(shù)也可根據(jù)用戶進行適 當調(diào)整；2. 設計有一個或多個萃取釜（1升、241000升）、分離釜的不同組合方式，液體等物料的萃取研究和生產(chǎn)。 超臨界流體萃取的應用超臨界萃取在我國食品工業(yè)中的應用： 我國食品工業(yè)應用超臨界萃取技術已逐

46、步由試驗研究走向產(chǎn)業(yè)化，集中在提取動植物油脂、色素、香料及脫臭防腐方面。1、農(nóng)產(chǎn)品風味成分的萃取，如香辛料、果皮、鮮花中的精油、呈味物質(zhì)的提??；2、動植物油的萃取分離，如獼猴桃籽油、杜仲籽油、棕櫚油等的提?。?、農(nóng)產(chǎn)品中某些特定成分的萃取，如沙棘中沙棘油、月見草中亞麻酸、牛奶中膽固醇、咖啡豆中咖啡堿的提??；4、農(nóng)產(chǎn)品脫色脫臭脫苦，如辣椒紅色素的抽取、羊肉膻味物質(zhì)的提取、柑橘汁的脫苦等；5、農(nóng)產(chǎn)品滅菌防腐。931從天然植物中提取香料 植物中的香味成份是揮發(fā)性芳香精油，易揮發(fā)，易受熱變性超臨界CO2萃取提供了一個低溫加工環(huán)境，有利于提取高純度的香料油。因此，超臨界萃取逐步取代傳統(tǒng)的水蒸汽蒸餾和有機

47、溶劑工藝而廣泛用于植物香科提取中。我國在90年代已建成工業(yè)裝置，單個高壓萃取釜的容積大多在300升以上，產(chǎn)品包括玫瑰花精油、薄荷精油、熏衣草精油和橙皮精油等幾十種。 2. 植物油脂的萃取 油茶是我國重要的木本食用油料,我國傳統(tǒng)的茶油制取一般采用壓榨法和浸出法,前者殘油率高,后者味差色深。如用SFE-CO2萃取,所得油的顏色、外觀,理化指標均優(yōu)于溶劑法,且提取率高,雜質(zhì)少,水分低,無需精煉。與此相類似的還有利用超臨界萃取豆油、菜籽油、米糠油、棕櫚油、玉米胚芽油、杏仁油、紫蘇油、花生油。另外,采用超臨界萃取技術提取微生物油脂也是近年來研究的熱點。953從沙棘中提取沙棘油 這是我國從事超臨界CO2萃

48、取研究與開發(fā)取得成功應用的領域之一。沙棘是一種抗早叢生植物，在我國黃河中上游流域及東北和新疆地區(qū)有大面積人工種植或野生區(qū)。沙棘果中含油，是一種有藥療效果的高級油。傳統(tǒng)的提取工藝是以氮仿或植物油為萃取劑，存在時間長、收率低，純度低的缺點。用SFE-CO2進行萃取，收率可達90以上。目前在東北和內(nèi)蒙古等地已建成工業(yè)生產(chǎn)裝置，單釜容積最大為300t。96 4制取啤酒花浸膏 從啤酒花中提取浸膏是國際上超臨界CO2萃取技術應用最成功的項目。啤酒花主要成份是含萍草圖類的酸和含蛇麻酮類的 酸，使啤酒擁有特殊口感的苦味。 酸和 酸在常溫下極不穩(wěn)定，易受光、熱、氧和細菌的作用而變質(zhì)失效，一般的酒花成品常溫下貯存

49、一年即失去其使用價值。用超臨界CO2從酒花中萃取有效物質(zhì)制成浸膏可延長貯存期達5年，有利促進了啤酒工業(yè)向大型化和自動化方向發(fā)展。 5. 膜分離技術在食品工業(yè)中的應用 用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化學位差為推動力，對雙組分或多組分的溶質(zhì)和溶劑進行分離、分級、提純和濃縮的方法，統(tǒng)稱為膜分離，也稱微孔過濾。具有選擇透過性；具有兩個界面；不發(fā)生相變化；在常溫下進行，適用于熱敏性物質(zhì)、酶、果汁等分離濃縮；適應范圍廣，有機物、無機物，從病毒到微粒等。2、膜分離的特點1、膜分離的基本概念 膜分離技術主要包括：微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）、反滲透（RO）、電滲析（ED）、氣體滲透（G

50、P）、膜乳化（FE）及液膜分離技術等。3. 膜分離技術分類4、膜種類膜按膜微觀結構分： 對稱膜、不對稱膜、復合膜、多層復合膜等膜按膜宏觀結構分： 平板膜、卷式膜、管式膜、毛細管膜、中空纖維等膜按組成材料分： 纖維素酯系膜、聚酰亞胺膜 、聚砜系膜等 一是膜分離單元即膜組件，核心為膜。 二是對流體提供壓力和流速的裝置，即泵。膜分離裝置主要包括兩部分：5、 膜分離技術的發(fā)展歷程 1748年，Abble Nelkt首次進行豬膀胱膜的滲透分離試驗， 揭示了膜分離現(xiàn)象； 1861年Thomas Graham介紹了用膜分離法可以從多糖蛋白質(zhì)溶液中除去一些無機鹽類物質(zhì)； 1864年，Traube成功研制出第一

51、片人造膜亞鐵氰化銅膜 1907年Bechhold首先發(fā)表了濾膜性質(zhì)的報告； 1930年左右法國出現(xiàn)硝酸纖維素膜商品，用于過濾病毒和分離血清蛋白質(zhì)等； 1953年，美國佛羅里達大學的Reid等人最早提出反滲透淡化海水； 1960年，Loeb與Sourirtajan發(fā)明了第一代高性能的非對稱性醋酸纖維素膜，反滲透(RO)首次用于海水及苦咸水淡化。但至20世紀60年代中期，才應用于工業(yè)上。 在膜分離技術發(fā)展史上，首先出現(xiàn)的技術為超濾(Ultrafiltration，簡稱UF)和微孔過濾(Microfiltration，簡稱MF)，然后出現(xiàn)反滲透(Reverse Osmosis，簡稱RO)。 20世紀

52、60年代初，在制膜技術取得了突破后， 膜分離技術才得到飛躍發(fā)展；膜材料、膜裝置相繼被發(fā)明； 1957年中國科學院化學所開始了離子交換膜的研究。 1964年海軍醫(yī)學研究所研制出咸水淡化器。 1970年北京市環(huán)境保護科學研究所建立電滲析淡化水站，淡化水生產(chǎn)量達100m3/d以上； 我 國： 1977年至1984年，我國共生產(chǎn)電滲析器4000臺左右，平均每年生產(chǎn)約600臺； 目前膜分離技術廣泛應用于水處理、乳品加工、果蔬加工、食品發(fā)酵、蛋白質(zhì)和酶提取等。滲透與反滲透6、膜分離的基本方法及其原理 滲透原理：當用一個半透性膜分離兩種不同濃度的溶液時，膜僅允許溶劑分子通過。由于濃溶液中溶劑的化學位低于它在

53、稀溶液中的化學位，稀溶液中的溶劑分子會自發(fā)地透過半透膜向濃溶液中遷移。 在食品工業(yè)中應用最廣泛的膜分離技術：反滲透、超濾和電滲析 超濾連續(xù)式重過濾操作示意圖被分離的溶液借助外界壓力的作用，以一定的流速沿著具有一定孔徑的超濾膜面上的流動，讓溶液中的無機離子、低分子物質(zhì)透過膜表面，把溶液中的高分子、大分子物質(zhì)、膠體、蛋白質(zhì)、細菌等大分子截留下來，從而實現(xiàn)分離與濃縮的目的。 超濾過程與反滲透過程非常接近，只不過超濾膜孔徑稍大，而反滲透操作壓力較高。從半透膜的角度來看，超濾可以看成有較大孔徑的反滲透膜。 超濾與反滲透電滲析電滲析是在外電場的作用下，利用一種特殊膜（稱離子交換膜）對離子具有不同的選擇透過

54、性而使溶液中的陰、陽離子與其溶劑分離。溶液的導電是依靠離子遷移來實現(xiàn)的，其導電性取決于溶液中的離子濃度和離子的絕對速度。離子濃度愈高，離子絕對速度愈大，溶液的導電性愈強即溶液的電阻率愈小。 7、膜分離的顆粒范圍和功能過程 膜 主要功能 推動力 微濾對稱細孔高分子膜孔徑0.0310 nm 濾除 50 nm的顆粒 壓差 0.1 MPa 超濾非對稱多孔膜孔徑120 nm 濾除 5100 nm的顆粒 壓差 0.1 MPa 反滲透非對稱性或復合膜孔徑0.11 nm 水溶液中溶解鹽類的脫除 壓差1 10 MPa 透析非對稱離子交換膜孔徑110 nm 水溶液中無機酸、鹽的脫除 濃度差 電滲析陰、陽離子交換膜

55、孔徑110 nm 水溶液中酸、堿、鹽的脫除 電位差 氣體分離均質(zhì)膜和非對稱膜 濾除 50 nm的顆粒 壓差110 Mpa濃度差 滲透汽化復合膜 水、有機物的分離 滲透邊的分壓下降 液膜液體保存在多孔膜中 鹽、生理活性物質(zhì)的分離 濃度差 8. 膜的分離透過特性膜的分離透過特性主要從分離效率、滲透通量和通量衰減系數(shù)三個方面來評價。對任何一種分離過程，總希望分離效率高，滲透通量大。實際上，通常分離效率高的膜，滲透通量小，而滲透通量大的膜，分離效率低。故在實際應用中需要在這二者之間尋求平衡。 9、膜分離過程中應注意的幾個問題1、濃差極化：膜分離時在溶液與膜的界面上，溶質(zhì)逐漸積累 ，當其濃度超過主體液濃

56、度時，產(chǎn)生了界面與主體液之間的濃度梯度，引起溶質(zhì)從界面向主體液擴散，使膜透過通量減少 的現(xiàn)象。 果膠、蛋白質(zhì)一類高分子物質(zhì)在膜表面造成濃度增高的現(xiàn)象稱為凝膠極化。 濃差極化與凝膠極化是造成膜污染的主要原因2、膜的壓實 3、膜的降解 4、膜的結垢 壓力較高 膜產(chǎn)生變形，膜通量減小。解決：提高膜的機械強度 ；定期進行反沖洗，恢復膜原有的孔隙 化學降解和生物降解。 處理液中懸浮物、離子化合物或鹽類物質(zhì)所致。工業(yè)領域應用舉例食品及生化工業(yè)濃縮；滅菌；凈化；蒸餾；副產(chǎn)品回收醫(yī)藥及保健控制釋放；人造器官；血液分離；消毒；水凈化水處理海水、苦咸水淡化；超純水制備；電廠鍋爐用水凈化；廢水處理紡織及制革工業(yè)余熱

57、回收；藥劑回收；污染控制造紙工業(yè)代替蒸餾；污染控制；纖維及藥劑回收化學工業(yè)有機物除去或回收；污染控制；氣體分離；藥劑回收和再利用金屬工藝金屬回收；污染控制；富氧燃燒 國防工業(yè)艦艇淡水供應；戰(zhàn)地醫(yī)院污水凈化；低放射性水處理；野戰(zhàn)供水10. 膜分離技術的工業(yè)應用膜分離技術在食品工業(yè)中的典型應用（1）從乳清中回收蛋白質(zhì)（2）在飲料中的應用（3）在豆制品工藝中的應用 （4）在純水制造工業(yè)中的應用（5）其它食品工業(yè)中的應用 a、淀粉加工 b、制糖工業(yè)廢水處理c、動物血液處理 d、蛋清的濃縮 e、酒和含酒精飲料的精制(6) 保健食品中的應用：活性物質(zhì)的分離濃縮在牛奶工業(yè)中的應用牛奶MFUFRO脂肪和細菌脫

58、脂牛奶UF截留物UF滲透物RO濃縮物水高脂奶油飲料生產(chǎn)奶酪特殊奶制品全蛋白乳糖生產(chǎn)發(fā)酵食品和非食品生產(chǎn)蒸發(fā)干燥全奶粉奶罐運輸特殊奶品在飲料工業(yè)中的應用在釀酒工業(yè)中的應用葡萄果漿榨汁未發(fā)酵葡萄汁微濾1擠壓葡萄汁發(fā)酵生酒微濾2準備上市的酒葡萄果漿榨汁未發(fā)酵葡萄汁擠壓作用（亞硫酸鹽處理，冷凍，離心）擠壓葡萄汁發(fā)酵生酒澄清（整理，過濾）化學穩(wěn)定作用：冷凍生物穩(wěn)定作用：巴氏殺菌裝瓶 準備上市的酒A：傳統(tǒng)工藝 B：膜工藝傳統(tǒng)葡萄酒工藝與膜技術過濾工藝比較 生物技術(Biotechnology)是利用生物體系，應用先進的生物學和工程技術，加工或不加工底物原料，以提供所需的各種產(chǎn)品的一門新型跨學科技術。生物技

59、術主要由基因工程、細胞工程、發(fā)酵工程、酶工程和蛋白質(zhì)工程等組成。 6. 生物技術概 述1. 基因工程 基因工程(Gene Engineering)是20世紀70年代以后興起的一門新技術，其主要原理是應用人工方法把生物遺傳物質(zhì)DNA分離出來，在體外進行切割、拼接和重組，然后通過運載工具(vector)將重組的基因?qū)肽撤N宿主細胞或個體，從而改變宿主的遺傳特性。有時還使導入的新的遺傳信息在宿主細胞中或個體中大量表達，以獲得大量所需的基因表達產(chǎn)物(各種生理活性物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、酶、多肽、抗生素等等)。這種利用DNA重組技術來創(chuàng)造新物種或給予生物以特殊概念的技術稱基因工程，也稱DNA重組技術。2. 細胞工程 細胞工程(Cell Engineering)是指以細胞為基本單位，在體外條件下進行培養(yǎng)、繁殖或人為地使細胞的某些生物學特性按人們的意志發(fā)生改變，從而達到改良生物品種和創(chuàng)造新品種，加速動物或植物個體的繁殖或獲得某些有用的物質(zhì)的過程。它包