食品資源活開發(fā)中的新技術與新方法

關于食品資源活開發(fā)中的新技術與新方法主要內容：概述

食品新材料的資源

制備方法

基本技術

食品新材料制備設備

第2頁,共95頁，星期六，2024年，5月第一節(jié)概述

近些年來，伴隨著食品工業(yè)的蓬勃發(fā)展，出現(xiàn)了愈來愈多的食品新材料，以調節(jié)機體的某些生理功能，改善食品的營養(yǎng)、色、香、味，延長貨架期等，并取得了令人鼓舞的效果。這些新材料包括有多肽類(如酪蛋白磷酸肽、谷胱甘肽、高F值低聚肽等)，蛋白質類(如免疫球蛋白、乳鐵蛋白、大豆分離蛋白、單細胞蛋白等)，糖類(如功能性低聚糖、香菇多糖、膳食纖維等)，糖醇類(如山梨醇、赤蘚糖醇、乳糖醇等)，強力甜味劑(如阿斯巴甜、三氯蔗糖、二氫查耳酮等)，脂類(葡萄籽油、沙棘籽油、重構脂質、蔗糖聚酯、微生物油脂等)，生物抗氧化劑(超氧化物歧化酶、大豆異黃酮、茶多酚等)，生物防腐劑類(如乳酸鏈球菌、曲酸、納他霉素等)，食用色素類(紅曲紅、番茄紅素、β-胡蘿卜素、姜黃素等)，礦物質類(如乳酸鈣、活性鈣、有機硒、有機鉻等)，氨基酸類(如聚氨基酸、賴氨酸、?；撬岬?，有機酸類(Y-亞麻酸、乳酸、D-異抗壞血酸等)，酶制劑類(溶菌酶、轉移葡萄糖苷酶、β-半乳糖苷酶、果酸酶)等。

第3頁,共95頁，星期六，2024年，5月一、食品新材料制備的主要技術內容

以動物、植物和微生物為原料制備

微生物發(fā)酵和組織培養(yǎng)技術

化學工程技術

生物技術

第4頁,共95頁，星期六，2024年，5月食品新材料發(fā)展趨勢

研究開發(fā)天然食品新材料

大力研究生物食品新材料

研究專用功能性食品新材料

第5頁,共95頁，星期六，2024年，5月第二節(jié)

食品新材料的資源

植物來源

動物來源

微生物來源

第6頁,共95頁，星期六，2024年，5月第三節(jié)

制備方法

發(fā)酵法提取法

化學合成法

酶法合成

第7頁,共95頁，星期六，2024年，5月一、提取法經(jīng)典提取法

超臨界流體萃取法(SFE)

第8頁,共95頁，星期六，2024年，5月第四節(jié)

基本技術

原料預處理

提取分離純化濃縮結晶干燥

第9頁,共95頁，星期六，2024年，5月一、原料預處理

(一)原料的除雜用以提取食品新材料的植物原料在收獲、貯藏和運輸中會混人各種夾雜物。這些雜物大體上可分為三類:一是纖維性雜質，如草屑、秸稈、皮殼等；二是顆粒狀的沙子、泥土、小石塊等；三是金屬類如鐵釘、鐵屑等。這些雜質在原料粉碎前必須除去，否則會使原料的提取率降低。工業(yè)生產中，常采用篩選設備除去大于或小于原料顆粒的雜質，采用風選設備除去比原料顆粒輕的雜質，也可除去比原料顆粒重的雜質，采用磁力除鐵裝置可除去原料中的鐵屑等。第10頁,共95頁，星期六，2024年，5月一、原料預處理(二)原料的粉碎在提取前，將大塊原料粉碎、或將細胞破碎，使物料與提取溶劑充分接觸，以降低傳質阻力，縮短提取時間，使胞內生物活性物質充分釋放到溶液中。不同的原料其組織不同，破碎的難易程度也不一樣，使用的方法也不盡相同。常用的粉碎方法有機械粉碎法、物理粉碎法及化學粉碎法等。

第11頁,共95頁，星期六，2024年，5月1.機械粉碎法

主要通過機械作用產生的擠壓力、沖擊力、剪切力等使組織粉碎。如用于谷物原料粉碎的設備有輥式粉碎機、錘式粉碎機、球磨機等；用于果蔬原料粉碎的有切片機、打漿機；用于動物組織粉碎的有絞肉機、刨胰機、勻漿機等。如果需要超細粉碎，還可采用膠體磨、均質機及超微粉碎設備等。

第12頁,共95頁，星期六，2024年，5月2.物理粉碎法

通過各種物理過程，使細胞組織破碎。如采用反復凍融法，將待破碎物料于-20—-15C下凝固，再緩慢融解，如此反復操作，使動物性的細胞及細胞內的顆粒破碎。采用冷熱交替法，將物料投人沸水中，于90C下維持數(shù)分鐘，立即置于冰浴中，迅速冷卻，可使絕大部分細胞破碎，常用于從細菌或病毒中提取蛋白質和核酸。采用超聲波處理技術，將物料處于高頻電場下，細胞受到強烈振動而破裂。如用大腸桿菌制備各種酶時，常用50一100mg/L菌體的濃度，在1—lOkHz頻率下處理10一l5min，可使細胞壁破碎，胞內酶釋出。也可采用高壓技術(20—35MPa)使細胞壁破碎。

第13頁,共95頁，星期六，2024年，5月3.化學粉碎法

新鮮的生物材料在一定的pH值和適當溫度下，利用組織細胞中自身的酶系將細胞壁破碎而自溶，使細胞內含物釋放出來。自溶溫度的選擇，動物材料為0—4℃，微生物材料則多在室溫下進行。自溶時，常加少量防腐劑，如甲苯、氯仿等，以防止外界細菌的污染。也可采用外來酶處理生物原料，如溶菌酶是專一地破壞細菌細胞壁的酶。

第14頁,共95頁，星期六，2024年，5月二、提取

酸、堿、鹽的水溶液及水提取

有機溶劑提取

超臨界流體萃取技術

第15頁,共95頁，星期六，2024年，5月三、分離純化

離心分離過濾分離

沉淀分離

分子蒸餾

膜分離

離子交換分離色譜分離

第16頁,共95頁，星期六，2024年，5月(一)離心分離離心分離是利用離心慣性力而實現(xiàn)物料中固—液相或液—液相的分離操作，用以實現(xiàn)離心分離操作的專用設備稱離心機。根據(jù)分離過程不同，可分為離心過濾、離心沉降和離心分離三種。

第17頁,共95頁，星期六，2024年，5月離心過濾離心轉鼓周壁開孔，為過濾式轉鼓，適合于固相含量較多，顆粒較粗的懸浮液分離。轉鼓內鋪設濾布或篩網(wǎng)，旋轉時懸浮液被離心力甩向轉鼓周壁，固體顆粒被篩網(wǎng)截留在鼓內形成濾餅，而液體經(jīng)濾餅和篩網(wǎng)的過濾由鼓壁孔甩出，從而達到液～固分離的目的。

第18頁,共95頁，星期六，2024年，5月離心沉降離心轉鼓周壁無孔，為沉降式轉鼓，適合于固相含量少，顆粒較細的懸浮液分離。旋轉時懸浮液在離心力作用下，相對密度較大的固體顆粒向鼓壁沉降形成沉渣，澄清液則由轉鼓頂端溢出，從而達到懸浮液澄清的目的。

第19頁,共95頁，星期六，2024年，5月離心分離

轉鼓周壁無孔，轉鼓高速旋轉時，乳濁液在離心力作用下分為兩層，相對密度大的液體首先沉降緊貼在轉鼓的外層，相對密度小的液體留在內層，在不同部位分別將其引出轉鼓，從而達到液—液分離的目的。另外，當乳濁液中含有少量固體顆粒時，則能進行液、液、固三相分離。

第20頁,共95頁，星期六，2024年，5月(二)過濾分離

過濾是分離懸浮液最普遍和最有效的單元操作，通過過濾操作可獲得清凈的液體或固相產品。過濾操作是以某種多孔物質的過濾介質，使懸浮液中的液體通過介質的孔道，而固體顆粒則被截留在介質上，從而實現(xiàn)固～液分離的操作。食品工業(yè)中的過濾操作分兩大類，即餅層過濾和深床過濾。

第21頁,共95頁，星期六，2024年，5月餅層過濾

餅層過濾時，懸浮液置于過濾介質的一側，固體物沉積于介質表面而形成濾餅層，液體則穿過濾餅層及過濾介質。在過濾初期，由于濾餅層尚未形成，懸浮液中的小顆?？赡軙┻^過濾介質的小孔，使濾液渾濁，隨著過濾的進行，濾餅不斷形成，濾液即變清，此后過濾才能有效地進行?？梢姡陲瀸舆^濾中，真正發(fā)揮攔截顆粒作用的主要是濾餅層而不是過濾介質。餅層過濾適用于處理固體含量較高的懸浮液。

第22頁,共95頁，星期六，2024年，5月深層過濾

在深層過濾中，固體顆粒并不形成濾餅，而是沉積于較厚的粒狀過濾介質床層內部。當顆粒隨流體在床層內的曲折孔道中流過時，便附在過濾介質上。這種過濾適用于生產能力大，懸浮液中顆粒小、含量甚微(固體含量0.1%以下)的場合。

第23頁,共95頁，星期六，2024年，5月(三)沉淀分離

沉淀分離是在溶液中加入溶劑或沉淀劑，通過化學反應或者改變溶液的pH值、溫度等條件，使分離物以固相物質形式沉淀析出的一種方法。沉淀的目的在于通過沉淀使目標產物達到濃縮和去雜質，或是將已純化的產品由液態(tài)變成固態(tài)。在應用沉淀分離技術時，應考慮以下三種因素：①沉淀應具有一定的選擇性，才能使目標產物得到較好分離，純度高；②對于一些活性物質(如酶、蛋白質等)的沉淀分離，必須考慮沉淀方法對目標成分的活性和化學結構是否破壞：③對于食品及醫(yī)藥中目標成分的沉淀分離，必須充分估計殘留物對人體的危害。常用的沉淀分離方法有溶劑沉淀、鹽析沉淀和沉淀劑沉淀等。

第24頁,共95頁，星期六，2024年，5月溶劑沉淀

溶劑沉淀是在有機化合物(如蛋白質、酶、多糖、核酸等)水溶液中加人有機溶劑(如乙醇、丙酮等)后，顯著降低待分離物質的溶解度而沉淀析出的一種方法。其機理在于溶液中有機溶劑的加入，使待分離物質的化學勢增加而導致溶解度下降。有機溶劑的加人使溶液的介電常數(shù)減小，增加了蛋白質、酶或核酸等帶電粒子間的作用力，由于相互間的吸引力而聚合起來最后從溶液中沉淀。

第25頁,共95頁，星期六，2024年，5月鹽析沉淀

在酶、蛋白質等的溶液中加人鹽類，當鹽濃度增大到一定值后，則酶和蛋白質的溶解度下降直至沉淀析出，稱之為鹽析沉淀。其原理在于中性鹽離子對蛋白質分子表面活性基團及水活度的影響結果。蛋白質類化合物的鹽析沉淀通常有兩種手段：一種是在固定蛋白質溶液的pH值與溫度的前提下，添加鹽來調節(jié)溶液離子強度以達到沉淀蛋白質的目的，此法常用于蛋白質粗制品的分級沉淀和酶制劑的制備等；另一種是在一定的離子強度下，調節(jié)溶液pH值或溫度以達到沉淀蛋白質的目的，此法適用于蛋白質提純精制以及結晶等。

第26頁,共95頁，星期六，2024年，5月沉淀劑沉淀

添加某種沉淀劑與溶液中的待分離物質生成難溶性的復合物，從溶液中沉淀析出，稱為沉淀劑沉淀。沉淀劑沉淀分離主要有金屬離子沉淀法、酸類及陰離子沉淀法、非離子型聚合物沉淀法以及均相沉淀法等。

第27頁,共95頁，星期六，2024年，5月金屬離子沉淀法

蛋白質在堿性溶液中帶負電，金屬離子與蛋白質中的-COOH、-OH、-NH2、-SH等基團反應生成難溶性的復合鹽而析出。其中能與羧基、氨基等含氮化合物以及含氮雜環(huán)化合物結合的金屬離子有：Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+和Cd2+等。與羧基結合而不與含氮化合物結合的金屬離子有：Ca2+、Mg2+、Pb2++和Ba2+等。與巰基化合物結合的金屬離子有：Hg+、Ag+和Pb2+等。金屬離子沉淀法常有共沉淀現(xiàn)象和吸附作用，同時有一些金屬鹽的溶解度相對也比較大，因此分離效果受到影響，一般常用作初步分離，且常與其他分離方法配合使用。

第28頁,共95頁，星期六，2024年，5月酸類及陰離子沉淀法

酸沉淀法含氮有機酸如苦味酸、苦酮酸和鞣酸等能夠與有機分子的堿性功能團形成有機酸復合鹽而沉淀析出。但這些有機酸與蛋白質形成鹽復合物時，常常發(fā)生不可逆反應。工業(yè)上應用此法制備蛋白質時，需要采取較溫和的條件，有時還加人一定的穩(wěn)定劑，以防止蛋白質變性。

第29頁,共95頁，星期六，2024年，5月酸類及陰離子沉淀法用鞣酸(即單寧)沉淀分離蛋白質時，由于單寧分子上有羧基和羥基，蛋白質分子中有許多氨基、亞氨基和羧基，這樣就有可能在蛋白質分子與單寧分子間形成為數(shù)眾多的氫鍵而結合在一起，生成巨大的復合顆粒沉淀下來。單寧與蛋白質的結合相對比較牢固，用一般方法不易將它們分開。故多采用競爭結合法，如加人結合劑聚乙二醇等，它與單寧形成氫鍵的能力很強，可從單寧復合物中分離出蛋白質。又如，三氯乙酸(TCA)沉淀蛋白質迅速而完全，一般會引起變性。但在低溫下短時間作用可使有些較穩(wěn)定的蛋白質或酶保持原有的活力。如用2.5%濃度的TCA處理胰蛋白酶，抑肽酶或細胞色素C提取液，可除去大量雜蛋白而對酶活性沒有影響。此法多用于目的物比較穩(wěn)定且分離雜蛋白相對困難的場合。

第30頁,共95頁，星期六，2024年，5月非離子型聚合物沉淀法

非離子型多聚物(如聚乙

醇、葡聚糖等)作為沉淀劑，能將溶液中有機物沉淀分離出來，如蛋白質、酶、核酸、細菌、病毒等，非離子型聚合物沉淀操作條件溫和，不易引起生物分子的變性，且少量沉淀劑就能沉淀大量的生物大分子物質，沉淀后的多聚物容易除去。

第31頁,共95頁，星期六，2024年，5月非離子型聚合物沉淀法聚乙二醇(PEG)是應用較多的水溶性的非離子型多聚物，多用于沉淀蛋白質，其沉淀效果除與溶液的離子強度、pH值、溫度及蛋白質濃度等因素有關之外，還與沉淀劑本身的分子量及濃度有關。一般而言，聚乙二醇濃度與溶液的離子強度成反比。當pH值越接近蛋白質等電點，所需PEG濃度也越低。同時在一定范圍內、PEG的相對分子量越大，沉淀效果越好。第32頁,共95頁，星期六，2024年，5月均相沉淀法

在有些沉淀過程中，如果直接將沉淀劑加人溶液中，則易出現(xiàn)局部濃度過高，產生的沉淀物過于細小或者結構疏松，均勻不一，且易吸附雜質而影響純度。如果借化學反應使溶液中自身緩慢而均勻地產生沉淀劑以獲得純凈的晶形或非晶形沉淀，這就是均相沉淀法。例如在溶液中加人能產生沉淀劑的化學試劑，使得通過化學反應均勻產生沉淀劑；利用某種試劑的水解反應使溶液的PH值發(fā)生變化，當達到一定值時就會產生沉淀；將溶液與沉淀劑在某種能與水混溶的溶劑中混合，再緩慢蒸去溶劑，使之在緩沖條件下實現(xiàn)均相沉淀。

第33頁,共95頁，星期六，2024年，5月其他沉淀法

除上述沉淀分離法外，尚有等電點沉淀、變性沉淀、絮凝沉淀等。等電點沉淀法是利用兩性電解質分子在電中性時溶解度最低，不同的兩性電解質具有不同的等電點而進行分離的一種方法。變性沉淀是利用生物大分子在變性后溶解度降低而從溶液中沉淀析出。變性后蛋白質能恢復原來結構與功能的過程稱為可逆變性，反之稱為不可逆變性。顯然，若沉淀物為目標產物，則用選擇可逆變性沉淀，若沉淀物為雜蛋白除去，可選用不可逆變性沉淀。絮凝沉淀是在懸浮液或膠體溶液中加絮凝劑，使之與膠體或懸浮液中的微粒產生絮狀物沉淀。

第34頁,共95頁，星期六，2024年，5月(四)分子蒸餾

分子蒸餾是以溶液中各組分揮發(fā)性的差異為分離依據(jù)，溶液中的有效組分從液相加熱蒸發(fā)到氣相，再冷凝而實現(xiàn)分離的過程。與普通蒸餾相比，分子蒸餾是實現(xiàn)從液相氣化進人氣相的單一流向過程，不存在普通蒸餾中由液相到氣相，氣相到液相的回流過程。分子蒸餾減少了蒸氣回流到液相的流動，因此提高了蒸餾效率，由于料液受熱時間短，也降低了料液組分的熱分解。

第35頁,共95頁，星期六，2024年，5月(四)分子蒸餾

分子蒸餾在真空條件下操作，由液相至氣相的相變發(fā)生在液體表面，不產生氣泡，有效組分在表面迅速蒸發(fā)，產品受熱時間短，為保證這一過程的實現(xiàn)，必須盡可能擴大蒸發(fā)表面，使之變得稀薄，并且不斷更新蒸發(fā)表面，以提高傳質傳熱效率。分子蒸餾設備中，蒸發(fā)器的表面與冷凝器表面的距離很短，以避免發(fā)生回流現(xiàn)象，縮短物料氣化分子處于沸騰狀態(tài)的時間，使之迅速被冷凝器冷凝，從而縮短物料受熱時間。

第36頁,共95頁，星期六，2024年，5月(五)膜分離

膜分離是以天然或人工合成的高分子膜為分離介質，以壓力差、濃度差或化學位差為推動力，對雙組分或多組分溶液進行分離、分級、提純和濃縮的方法。膜是膜分離技術中的核心，膜材料的物化性質和膜的分離透過性對膜分離的性能起著決定性作用。目前已應用的膜材料主要有纖維素類、聚酰胺類、聚砜類、聚烯烴類、硅橡膠類、聚碳酸酯等。第37頁,共95頁，星期六，2024年，5月(五)膜分離目前，膜分離主要包括滲透、反滲透、超濾、微濾、透析、電滲析、液膜技術、氣體滲透、滲透蒸發(fā)等，其中反滲透、超濾、微濾、電滲析、透析技術在工業(yè)上已應用較多。

第38頁,共95頁，星期六，2024年，5月反滲透

反滲透、超濾和微濾都是在膜兩側靜壓差推動力作用下進行液體混合物分離的膜過程。如果在膜的兩側施加一個逆向的壓力差，使其大于滲透平衡時的壓力差，就會出現(xiàn)溶劑倒流現(xiàn)象，使?jié)舛容^高的溶液進一步得到濃縮，這就是反滲透過程。

第39頁,共95頁，星期六，2024年，5月超濾和微濾

超濾和微濾都是以靜壓力差作為推動力進行的液相分離過程。在一定的壓力(0.1—0.8MPa)作用下，當含有高分子溶質和低分子溶質的混合溶液流過膜的表面時，溶劑和小于膜孔徑的低分子溶質(如無機鹽)透過膜，成為滲透液被收集，而大于膜孔徑的高分子溶質(如有機膠體)則被膜截留而作為濃縮液被回收。通常能截留相對分子質量為500一100000之間的膜分離過程為超濾，而能截留顆粒尺寸為O.1一lOtrm之間的膜分離過程為微濾。

第40頁,共95頁，星期六，2024年，5月電滲析

電滲析是利用離子交換膜的選擇性，在直流電場的作用下，以電位差為推動力，將電解液中各組分分離的過程。

第41頁,共95頁，星期六，2024年，5月離子交換分離

離子交換分離是利用離子交換劑能夠吸附溶液中某種離子的特性而實現(xiàn)分離的方法。離子交換與吸附有相似之處，離子交換劑與吸附劑一樣能從溶液中吸取其溶質。但又有不同之處，離子交換是一個化學計量的過程，離子交換劑能從溶液中與等當量的符號相同的相反離子進行交換，并取代出原來存在于離子交換劑上等當量的相應離子。常用的離子交換劑是一種合成材料，又稱離子交換樹脂。

第42頁,共95頁，星期六，2024年，5月(七)色譜分離

色譜又稱色層或層析，色譜分離技術是利用混合物中各組分之間的理化性質差別，在固定相和流動相中具有不同的平衡分配系數(shù)，從而得到分離，由于色譜放大存在一定困難，工業(yè)化生產的大型色譜發(fā)展緩慢。近年來，固定相的填料如吸附柱、離子交換柱、親和柱、凝膠柱等，在種類和型號上日益增多，使得分離的性能越來越好，與之配套的檢測系統(tǒng)也日趨完善，使得色譜分離應用的范圍不斷擴大。

第43頁,共95頁，星期六，2024年，5月(七)色譜分離

色譜有多種，按固定相類型和分離原理可分為吸附色譜、分配色譜、離子交換色譜(同上述的離子交換分離)、親和色譜、大孔吸附樹脂、凝膠色譜、聚焦色譜等。

第44頁,共95頁，星期六，2024年，5月吸附色譜法

吸附色譜法是指混合物隨流動相通過吸附劑(固定相)時，由于吸附劑對不同物質具有不同的吸附力而使混合物中各組分分離的方法。此法特別適用于脂溶性成分的分離。

第45頁,共95頁，星期六，2024年，5月分配色譜法

分配色譜法是利用物質在互不相溶的兩相溶劑中分配系數(shù)不同，達到分離目的的方法，其固定相是黏附有薄層液體溶劑的固體顆粒(載體或擔體)，其中起作用的是液體溶劑(固定液相)，組分在流動相(移動液相)與液體溶劑(固定液相)間的分配服從氣液吸收或液液萃取的平衡關系。

第46頁,共95頁，星期六，2024年，5月親和色譜法

親和色譜是利用固相載體上的配基對目標組分所具有的專一的和可逆的親和力而分離純化的方法，又稱親和層析色譜。主要用于生物物質的分離，固定相是附著有某種特殊親和力的配位體的惰性固體顆粒，目標成分在流動相與固定相之間取得吸著解吸平衡。

第47頁,共95頁，星期六，2024年，5月大孔吸附樹脂法

大孔吸附樹脂法是利用大孔吸附樹脂對混合物中待分離物質所具有的吸附作用和篩選作用而達到分離目的的方法。

第48頁,共95頁，星期六，2024年，5月凝膠色譜法

凝膠色譜法利用凝膠微孔對大小不同的相對分子質量的待分離物質的阻滯作用的差異，而達到分離目的的方法，又稱排阻色譜。其固定相是具有一定大小孔道的凝膠，像過濾分子的篩子一樣，相對分子質量大的組分先洗出，而相對分子質量小的組分后流出，因此又稱分子篩或凝膠過濾。常用的凝膠有葡聚糖凝膠(SephadexG)、聚丙烯酰凝膠（Bio-GelP)以及瓊脂糖凝膠(Seph-arose，Bio-GelA)等，應用最廣泛的是葡聚糖凝膠。

第49頁,共95頁，星期六，2024年，5月

葡聚糖凝膠是由葡聚糖(右旋糖酐)和甘油通過醚橋鍵相交而成的多孔性網(wǎng)狀結構物質。商品凝膠是干燥顆粒，使用前需吸水溶脹，葡聚糖分子含大量羥基，在水中可膨脹成凝膠粒子。葡聚糖凝膠不溶于水及鹽溶液，在堿性或弱酸性溶液中穩(wěn)定，在強酸下遇高溫可使部分糖苷鍵水解。葡聚糖凝膠網(wǎng)眼大小是影響分離效果的決定因素。在制備時可通過不同比例的交聯(lián)劑，以獲得交聯(lián)度不同的凝膠。交聯(lián)度是以每克干凝膠吸水量10倍的數(shù)值來表示，如G-25型凝膠表示每克干凝膠吸水2.5mL的葡聚糖凝膠。交聯(lián)度越大，網(wǎng)狀結構越緊密，網(wǎng)孔越小，吸水膨脹就越大，可用于小分子量物質的分離；反之，交聯(lián)度小，網(wǎng)孔大，可用于大分子量物質的分離。

第50頁,共95頁，星期六，2024年，5月聚焦色譜法和疏水作用層析

聚焦色譜法是利用具有兩性電解質特點的組分如氨基酸、蛋白質、酶等在等電點上的差異。當混合物流經(jīng)具有pH值梯度的固定相時，各組分在相應的等電點上進行聚焦而達到分離的高分辨率分離法。這種色譜技術分辨率極高，但處理量少，目前較難應用于大規(guī)模工業(yè)生產中，通常是作為分析手段對兩性電解質進行等電點測定以及實驗室某些蛋白質組分的分離。

第51頁,共95頁，星期六，2024年，5月色譜作為一種分離方法和技術，其應用范圍包括實驗室分析與制備，以及大規(guī)模的工業(yè)分離等三個方面。目前色譜法更多的應用還只限于實驗室的制備與分析，只有為數(shù)不多的幾種色譜技術真正獲得規(guī)模較大的工業(yè)應用。所有的色譜技術從理論上說都可應用于工業(yè)上分離，但許多色譜技術的分離效率和選擇性隨色譜柱放大而急劇下降問題以及操作上可行性問題尚未得到滿意解決。近十年來，某些色譜技術如固液交換吸附色譜、氣液分配色譜和凝膠色譜都已達到工業(yè)應用規(guī)模。色譜技術發(fā)展迅速，可以相信不久的將來在各個領域將獲得更為廣泛的應用。

第52頁,共95頁，星期六，2024年，5月四、濃縮濃縮是從低濃度的溶液中除去水或溶劑而變?yōu)楦邼舛热芤旱倪^程。在食品新材料制備工藝中，濃縮有兩個目的：一是通過濃縮，增加溶液濃度，減少溶液體積，最終獲得滿足工藝要求的濃縮液產品；二是產品在結晶前或干燥前需要進行濃縮。

第53頁,共95頁，星期六，2024年，5月蒸發(fā)是指低濃度的溶液加熱至沸點，使溶劑氣化而移出，從而使溶液中溶質濃度提高的過程，蒸發(fā)所采用的設備稱蒸發(fā)器。根據(jù)物料的特性和工藝要求，蒸發(fā)過程可以采用不同的操作條件和方法，如常壓蒸發(fā)、真空蒸發(fā)、單效蒸發(fā)、多效蒸發(fā)等。

第54頁,共95頁，星期六，2024年，5月常壓蒸發(fā)和真空蒸發(fā)濃縮常壓蒸發(fā)是指蒸發(fā)器內的操作壓力為大氣壓或略高于大氣壓，當加熱溫度達到溶液的正常沸點時，溶劑可沸騰氣化，并依靠本身的飽和蒸氣壓從蒸發(fā)器中移出。常壓蒸發(fā)是最簡單的一種蒸發(fā)濃縮過程，蒸發(fā)溫度高，蒸發(fā)速率慢，能量消耗大，物料受熱時間長，因此不適宜于熱敏性物料的蒸發(fā)濃縮。

第55頁,共95頁，星期六，2024年，5月常壓蒸發(fā)和真空蒸發(fā)濃縮真空蒸發(fā)是指蒸發(fā)器內的操作壓力低于大氣壓的條件下，此時溶液的沸點低于大氣壓下的沸點，溶劑沸騰氣化而被移出的過程。與常壓蒸發(fā)相比，真空蒸發(fā)有以下優(yōu)點：①溶液沸點低，可采用溫度較低的低壓蒸汽或廢蒸汽作熱源，節(jié)約能源；②蒸發(fā)溫度低，適宜于熱敏性物料的蒸發(fā)濃縮；③由于蒸發(fā)是在真空條件下進行，溶劑氣化后靠抽真空系統(tǒng)排出，蒸發(fā)速率快，熱損失少。但真空蒸發(fā)需要專門的抽真空系統(tǒng)。

第56頁,共95頁，星期六，2024年，5月真空蒸發(fā)系統(tǒng)一般由三部分組成：加熱蒸發(fā)器、冷凝器及抽真空裝置。冷凝器的作用是冷凝由蒸發(fā)器氣化移出的溶劑，以便回收利用。抽真空裝置的作用是提供蒸發(fā)器的真空條件，它常與冷凝器相連接，常見的抽真空裝置有水力噴射器和真空泵。水力噴射器可起到冷凝和抽真空的雙重作用，真空泵的作用是抽走系統(tǒng)中的不凝性氣體。真空蒸發(fā)的操作壓力(真空度)取決于冷凝器中水的冷凝溫度和真空泵的抽真空能力。冷凝器操作壓力的最低極限是冷凝水的飽和蒸氣壓，所以也取決于冷凝水的溫度。一般真空蒸發(fā)時，冷凝器的壓力為10-20kPa。

第57頁,共95頁，星期六，2024年，5月單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)濃縮

單效蒸發(fā)是指蒸發(fā)器中溶劑氣化所產生的蒸氣(一般稱二次蒸氣)在冷凝器中被冷凝而排出，二次蒸氣的熱量未能利用。一般蒸發(fā)器依靠水蒸氣加熱，粗略估算，在單效蒸發(fā)中，蒸發(fā)lkg溶劑大約消耗1.1-1.2Kg水蒸氣。顯然，單效蒸發(fā)能量消耗大。

第58頁,共95頁，星期六，2024年，5月單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)濃縮多效蒸發(fā)中，是將幾個蒸發(fā)器串聯(lián)起來操作的蒸發(fā)過程，其中，第一個蒸發(fā)器(稱為第一效)中氣化產生的二次蒸氣可作為第二個蒸發(fā)器(第二效)的加熱蒸氣，而第二個蒸發(fā)器氣化產生的二次蒸氣可作為第三個蒸發(fā)器(第三效)的加熱蒸氣，依此類推。顯然，效數(shù)愈多，熱利用效率愈高，工業(yè)生產中，對于蒸發(fā)量較大的濃縮過程，常采用多效蒸發(fā)濃縮。理論上講，如果為n效蒸發(fā)濃縮，則蒸發(fā)1Kg溶劑所消耗的蒸氣量為1/nKg，但效數(shù)多，設備投資大，應綜合考慮確定。

第59頁,共95頁，星期六，2024年，5月五、結晶

結晶是溶質呈晶態(tài)從溶液中析出的過程。結晶與溶質在溶劑中的溶解過程正好相反。結晶形物質構成單位(原子、分子或離子)的排列方式是規(guī)則的，而由噴霧干燥、沉淀等方式獲得的無定形物質構成單位的排列是不規(guī)則的。習慣上將形成晶體形物質的過程稱為“結晶”，而得到無定形物質的過程稱為“沉淀”。若單從溶液中形成新的固相這個角度來看，結晶和沉淀在本質上是一致的。工業(yè)生產結晶過程不但要求晶體產品有較高的產率和純度，而且對晶形、晶體的粒度和粒度分布也有具體要求。這是因為晶體純度的提高往往還要通過洗滌、過濾和離心等操作。

第60頁,共95頁，星期六，2024年，5月五、結晶結晶過程取決于固體與其溶液之間的平衡關系。通常以溶質的溶解度作為該物質飽和濃度的量度。溶解度通常以lOOg溶劑中所能溶解溶質的克數(shù)來表示。一般來講，溶解度隨著溶解溫度的升高而增大。當某一溶解溫度下，溶液恰好飽和時，則溶質再不能溶解也不結晶，即溶質與溶液處于平衡狀態(tài)，此溶液稱為飽和溶液：溶液未飽和時，若添加溶質則會溶解；如溶液已處于過飽和狀態(tài)，則超過飽和點的溶質將從溶液中析出。因此，欲使溶質從溶液中結晶出來，必須使溶液成為過飽和狀態(tài)，也即必須設法產生一定的過飽和度作為結晶的推動力。

第61頁,共95頁，星期六，2024年，5月晶核的形成

在過飽和溶液中形成晶核的可能性有：當溶液足夠超過平衡狀態(tài)時，則會自然形成晶核；施以外界作用，例如投人少量冷溶液或施以聲波振蕩、機械攪拌等加以刺激，則在短時間形成大量晶核；已存在的晶粒作為結晶中心。在工業(yè)生產中相應地將結晶分成自然起晶法、刺激起晶法和種晶法。

第62頁,共95頁，星期六，2024年，5月自然起晶法

將溶液蒸發(fā)濃縮或冷卻至過飽和狀態(tài)，晶核便形成析出。由于晶核的生成是逐步產生的，隨機性很強，生成晶核的數(shù)量不易控制，晶粒大小也很不一致。蒸發(fā)濃縮起晶特別適用于水溶液中溶解度受溫度影響不大的物系，冷卻起晶又分自然冷卻起晶、間壁冷卻起晶等。

第63頁,共95頁，星期六，2024年，5月刺激起晶法

將溶液濃縮至過飽和狀態(tài)時，突然施外加條件的影響，如突然降溫，改變壓力；機械攪拌回轉或振動；或施加電磁場、聲波、超聲波及紫外線等，使處于不穩(wěn)定狀態(tài)的過飽和溶液受到突然的刺激而析出晶體。這種方法還可以調節(jié)刺激的條件，如刺激強度、時間等，使起晶速度加快、晶粒整齊，黏晶、并晶減少。但缺點仍然是不容易控制晶粒的數(shù)目和大小，且黏晶還易產生。

第64頁,共95頁，星期六，2024年，5月種晶法種晶法當溶液處于過飽和區(qū)時，投人一定大小和數(shù)量的晶體細粉作為晶種，則溶液中溶質便在加人的晶種表面上析出，最后得到預期大小的晶體。采用該法，晶種數(shù)目和大小易于控制，較易達到預期的要求。種晶法除了上述投粉起晶法外，還有分割法和種糊法。分割法是把已結晶好的一罐(晶粒較小)分割成若干部分作為若干罐的晶種，以此作為下一次結晶的底料。這樣，每罐的晶種數(shù)量一定。種糊法是將粒子較小的晶體和溶液混合形成一定濃度的種糊。以種糊作晶種，晶粒數(shù)量容易控制。種晶法是工業(yè)結晶常采用的結晶法。

第65頁,共95頁，星期六，2024年，5月晶體的長大

晶核一旦從溶液中形成后，便不斷吸收溶質分子，并在空間按一定的晶格而排列，使晶體得以成長。晶體的成長過程，從理論上講包含有熱量傳遞和質量傳遞兩個方面。溶質分子從溶液中結晶析出時，一般要伴隨著放熱反應。放出的熱量稱為結晶熱。結晶熱在數(shù)量上為形成飽和溶液時的溶解熱。另外，溶質從溶液主體向晶體表面析出的過程是一種傳質過程。此過程的推動力為溶液的濃度梯度。大多數(shù)情況下，傳熱可以忽略不計，晶體成長主要為質量傳遞過程。可見，為使晶體成長均勻，控制質量傳遞過程的推動力濃度梯度是關鍵，即適宜控制溶液的過飽和度，使晶體均晶成長，并防止二次結晶的形成。

第66頁,共95頁，星期六，2024年，5月結晶操作必須考慮以下幾方面的問題。

冷卻和蒸發(fā)速度不宜太快。晶體長大過程中進行充分的攪拌。為保持晶體大小均勻，采用冷卻法時應盡可能采用種晶法，并在過飽和度較低的區(qū)域內加入晶種。

第67頁,共95頁，星期六，2024年，5月六、干燥

干燥是將固體、膏狀物、濃縮液物料中的水分或溶劑氣化而除去的操作。它幾乎是制備所有食品新材料固態(tài)產品的最后一道工序。物料經(jīng)過干燥使水分降低到規(guī)定的范圍內，使物料不僅易于包裝、運輸，更重要的是產品在干燥情況下更穩(wěn)定，不易破壞，便于貯存。

第68頁,共95頁，星期六，2024年，5月六、干燥干燥過程往往由兩步組成：水分先由物料內部擴散到物料表面，然后在表面氣化并被移出。因此，水分與物料的結合方式是影響干燥效率的重要因素，干燥外界條件如溫度、壓力、空氣濕度、干燥面積等對干燥速率有很大影響，食品工業(yè)生產中，常見的干燥法有：對流干燥、熱傳導干燥、輻射干燥，另外尚有真空干燥、介電加熱干燥、冷凍干燥等。

第69頁,共95頁，星期六，2024年，5月對流干燥

對流干燥是指熱空氣(即干燥介質)以對流傳熱的方式將熱量傳遞給濕物料，使其溫度升高，水分汽化，最后被空氣帶走的干燥過程。對流干燥過程中，傳熱和傳質同時發(fā)生，傳熱是由熱空氣傳向濕物料，而傳質則是水分由物料傳向空氣，二者的方向相反。傳熱的推動力是空氣與物料之間的溫度差，傳質的推動力是物料中水分與空氣中水分之間的濃度差，或水蒸氣的分壓差。干燥介質空氣既是載熱體又是載濕體。對流干燥是食品工業(yè)中最常用的干燥方法，根據(jù)空氣與物料的接觸方式不同，對流干燥又分為固定床干燥、氣流干燥、噴霧干燥及沸騰干燥。

第70頁,共95頁，星期六，2024年，5月熱傳導干燥

熱傳導干燥是指熱量以導熱方式傳遞給濕物料，使其溫度升高，水分蒸發(fā)的干燥過程。由于干燥過程中，濕物料置于干燥壁面上，加熱介質(通常為蒸汽或電能)將壁面加熱，濕物料與加熱介質不直接接觸，故又稱為間接加熱干燥。與固定床干燥相比，熱傳導干燥時間短、熱效率高，但操作不當易出現(xiàn)局部過熱現(xiàn)象。熱傳導干燥適宜于粒狀、漿狀物料的干燥過程。

第71頁,共95頁，星期六，2024年，5月冷凍干燥

冷凍干燥是指被干燥物料首先被預凍成固體，然后在真空狀態(tài)下使其水分升華，由冰變成氣體而獲得干燥的過程。冷凍干燥分為兩個階段：第一階段是預凍階段，保證物料中水分處于固體狀態(tài)；第二階段為升華階段，此時干燥過程的操作壓力應低于操作溫度下冰的飽和蒸氣壓。?？刂圃谙鄳獪囟认卤娘柡驼魵鈮旱?/2-1/4，如-40℃時干燥，操作壓力應為2.7-6.7Pa。第72頁,共95頁，星期六，2024年，5月與其他干燥相比，冷凍干燥具有以下特點。

干燥溫度低，特別適合于高熱敏性物料的干燥，且在真空下操作，氧氣少，物料中易氧化物質得到了保護，制品中的有效物質及營養(yǎng)成分損失少。能保持原物料的外觀形狀。由于物料在升華脫水前先進行預凍，形成穩(wěn)定的固體骨架，干燥后體積形狀基本不變，不失原有的固體結構，無干縮現(xiàn)象。

凍干制品具有多孔結構，因而有理想的速溶性和快速復水性。干燥過程中，物料中溶于水的溶質就地析出，避免了一般干燥方法中因物料水分向表面轉移而將無機鹽和其他有效成分帶到物料表面，產生表面硬化現(xiàn)象。

冷凍干燥脫水徹底(一般低于2%-5%)，產品保存期長，若采用真空密封包裝，常溫下即可運輸、保存，十分簡便。

第73頁,共95頁，星期六，2024年，5月第五節(jié)

食品新材料制備設備

用于食品新材料制備的設備主要有原料粉碎設備、提取設備、分離純化設備、蒸發(fā)濃縮設備、結晶設備、干燥設備等。

第74頁,共95頁，星期六，2024年，5月一、原料粉碎設備

根據(jù)粉碎的粒度大小，可將粉碎分成以下幾種級別：粗破碎，物料被破碎到200-100mm；中破碎，物料被破碎到70一20mm；細破碎，物料被破碎到10-5mm；粗粉碎，將物料粉碎到5-0.7mm；細粉碎，將物料90%以上粉碎到能通過200目(mesh)標準篩網(wǎng)；微粉碎，將物料90%以上粉碎到能通過325目標準篩網(wǎng)；超微粉碎，全部物料粉碎到微米級的粒度。粉碎過程主要基于擠壓、剪切、撞擊、研磨等作用。

第75頁,共95頁，星期六，2024年，5月錘式粉碎機

錘式粉碎機的主要部件有錘刀、分離篩、傳動裝置等，其中數(shù)排錘刀安裝于轉動軸上，物料的粉碎過程主要由兩方面構成：一是物料受高速旋轉錘刀的沖擊作用；二是錘刀與物料、分離篩與物料之間的摩擦作用。小于篩孔直徑的微粒，被篩分后由出料口排出；大于篩孔直徑的顆粒，在受錘刀沖擊力后，由于慣性力的作用，四散向各方以很高的速度散落，被高速旋轉的下排錘刀反復沖擊，直至將大塊物料撞碎成細小微粒，最后從篩孔排出。

第76頁,共95頁，星期六，2024年，5月輥式粉碎機

輥式粉碎機主要由對輥、振動篩、傳動裝置等組成。輥式粉碎機工作過程中，直徑相同的兩個鋼輥高速相向旋轉，物料被送人兩輥之間受到擠壓而被粉碎。兩輥的圓周速度一般為2.5-6m/s，如果鋼輥上刻有溝槽，稱拉絲輥，或兩輥之間存在有一定的轉速差，則物料在粉碎過程中，除擠壓力外，尚有剪切力的作用。物料經(jīng)粉碎后，經(jīng)振動篩分離，小于篩孔直徑的微粒被篩出，而大于篩孔的穎粒進人下一對輥再次進行粉碎。每對輥中，一個輥是固定的，另一個輥可以前后移動，用以調節(jié)兩輥間的間距，以控制粉碎粒度。

第77頁,共95頁，星期六，2024年，5月高壓均質機

高壓均質機是利用高壓使得料液高速流過狹窄的縫隙而受到強大的剪切力、料液對金屬部件高速沖擊而產生的撞擊力、因靜壓力突升突降而產生的空穴爆炸力等作用，將原先顆粒比較粗大的乳濁液、懸浮細胞加工成顆粒非常細微的均勻液體的過程。通過均質可以將食品原料的漿、汁、液進行細化、混合，以提高其穩(wěn)定性，通過均質，可使細胞破壁，使胞內有效活性成分得以釋放。

第78頁,共95頁，星期六，2024年，5月膠體磨

膠體磨的主要部件由一個固定的磨體(定子)和一個高速旋轉的磨體(轉子)組成。兩磨體之間有一個可以調節(jié)的微小間隙(通常為50-150μm)。當料液通過這個間隙時，由于轉子的高速旋轉，使附著于轉子面上的物料速度最大，而附著于定子面上的物料速度為零。這樣產生了急劇的速度梯度，從而使料液受到強烈的剪切、摩擦和湍動，產生粉碎作用。

第79頁,共95頁，星期六，2024年，5月果蔬榨汁機

果蔬的破碎、打漿、榨汁設備常采用果蔬打漿機、螺旋式壓榨機、活塞式壓榨機、輥帶式壓榨機等。

第80頁,共95頁，星期六，2024年，5月二、提取裝置

提取過程中，常用的設備有浸提裝置、萃取裝置及超臨界流體萃取設備等。

第81頁,共95頁，星期六，2024年，5月萃取裝置

溶劑萃取可分為液—固萃取及液—液萃取兩大類。液—固萃取即前述的浸提。液—液萃取設備應包括兩個組成部分：一是混合設備，實際上也是真正進行萃取的設備，它要求將溶劑與料液進行充分的混合，使之能在較短時間內接近平衡；二是分離設備，即將經(jīng)過萃取后的混合液進行分離。這兩部分可以在兩個獨立的設備中進行，稱分段式萃取設備，也可在一個綜合性設備中進行，稱多級萃取設備或逆流連續(xù)萃取設備。

第82頁,共95頁，星期六，2024年，5月超臨界流體萃取裝置

常采用超臨界CO2流體萃取固體原料中的有效成分。該裝置主要由壓縮機、冷卻器、萃取器、節(jié)流閥、分離器等組成。工作中，物料置于萃取器中，CO2氣體經(jīng)壓縮、冷卻后達到超臨界狀態(tài)，進入萃取器中與物料充分接觸，利用超臨界流體的低黏度、高擴散性對物料中的有效成分進行萃取，超臨界流體經(jīng)節(jié)流閥減壓后回復到氣體狀態(tài)，然后經(jīng)分離器分離出萃取物，CO2氣體則進人壓縮機進行下一個循環(huán)。與普通溶劑萃取相比，超臨界流體萃取同時具有液相萃取和精餾的特點。超臨界萃取過程是由兩種因素，即被分離物質揮發(fā)度之間的差異和它們分子間親和力的大小不同，同時發(fā)生作用而產生相際分離效果的。超臨界流體的萃取能力取決于流體密度，而密度很容易通過調節(jié)溫度和壓力加以控制。

第83頁,共95頁，星期六，2024年，5月三、分離純化設備

過濾分離設備

膜分離裝置

離子交換設備

色譜分離設備

第84頁,共95頁，星期六，2024年，5月四、濃縮設備

濃縮設備按操作壓力分常壓濃縮設備和真空濃縮設備，真空濃縮蒸發(fā)溫度低，效率高，是工業(yè)生產中常用的濃縮設備。真空濃縮設備的型式很多，根據(jù)加熱蒸汽被利用的次數(shù)分為單效濃縮設備、雙效濃縮設備、多效濃縮設備；根據(jù)料液的流程分循環(huán)式和單程式；根據(jù)加熱器結構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、離心薄膜式等。真空濃縮設備主要由加熱蒸發(fā)器、氣液分離器及抽真空裝置等組成。

第85頁,共95頁，星期六，2024年，5月五、結晶設備

結晶設備以可