教学PPT功能性食品的加工技术.ppt

第三篇 功能性食品的加工技术,概述 超声波萃取技术 膜分离技术,概 述,功能性活性成分的提取技术 1，传统工艺技术 traditional technics 溶剂浸提法 浸泡法 煎煮法（“水煮法”或“水提法”。 ） 渗漉法（动态浸出将适度粉碎的药材置渗漉筒中，由上部不断添加溶剂，溶剂渗过药材层向下流动过程中浸出药材成分的方法 ） 水蒸气蒸馏法 压榨法,超 声 波 萃 取 技 术 ultrasonic wave extraction,一，超声波的定义和特点 1，超声波：人的听觉阈以外的声波，频率高于16khz 2，超声波的特点 在振幅相同的情况下，物体振动的能量跟振动频率的二次方成正比超声波在介质中传播时，介质质点振动的频率很高，因而能量很大。 超声波提取是利用超声波具有的机械效应、空化效应及热效应， 通过增大介质的运动速度，穿透力来提取生物基料中的有效成分。,二，超声波的提取原理,1，机械效应 超声波使介质在传播空间内产生震动 强化介质的扩散和传质机械效应 辐射压强，沿声波方向传播，有很强的破坏作用。 细胞组织、植物蛋白变性， 产生介质与溶质的相互摩擦 对介质和溶质给予不同的加速度 介质分子溶质分子，使生物分子解聚， 溶解有效成分,2、空 化 效 应,产生微激波 超声波的作用振动介质内的微气泡， 达到一定声压，定向扩散， 气泡增大，突然爆破空化效应 产生高压（几千大气压） 生物细胞破裂 溶出细胞内有效成分,3、热 效 应,超声波的传播过程是能量的传播和扩善过程。 介质接受声能将其转换成热能 增高介质的温度和溶质的温度 溶解生物基料中的有效成分 温度的升高是瞬间的，不影响有效成分的结构和生物活性,4、超声波的其他效应,乳化、扩散、击碎、化学效应等 促进有效成分的溶解、溶进介质， 加快萃取，提高萃取效率,三、超 声 波 萃 取 的 特 点,1、超声波萃取不需加热，适合于热敏性成分的萃取 相对常规煎煮法、回流法、渗漉法经济、质量好 2、提高萃取效率，节省资源 3、溶剂用量少，减少环境污染 4、不影响有效成分的生理活性 物理过程 5、有利于进一步精制 黄芩苷、生物碱、多糖、有机酸的萃取 超声波 10 - 30分, 传统法 3h-48h的得率,四，超 声 波 萃 取 的 影 响 因 素,1， 萃取时间的影响 不同的物性，萃取时间也不同 (10100min，得率高峰值)， 绞股蓝总皂甙和黄芩中黄连素的最佳时间；40min, 60min 2， 频率的影响 不同物质的不同目标成分都有自己适宜的提取频率 超声频率直接影响萃取效果是肯定的 超声频率对有效成分（黄芩）提取率的影响结果（%）,3、温 度 的 影 响,超声波萃取不需加热，但其过程产生热量-升温 根据不同物质的特性，需调节温度-直接影响萃取率 温度升高，得率增高， 水中的小气泡（空化作用）增多， 温度超过60，得率下降， 温度过高，气泡蒸汽压太高，空化作用减弱，得率降低，,4、组织成分的影响,时间、频率、温度等的影响没有规律可循 可能与物质本身的质地、细胞壁的结构、成分的性质等有关（经验） 超声波凝聚机制的影响 超声波的作用下，悬浮物质的微粒在液体中具有较大的聚集沉淀的倾向， 如；一些成分在静止沉淀阶段进行超声波处理， 可提高提取率，缩短提取时间。,5、超声波对有效成分的影响,对一些生物碱成分的结构无任何影响 如黄柏中的小檗碱、黄芩苷、芦丁 对生物大分子有破坏作用 如蛋白质、多肽、酶有破坏其结构，影响生物活性。 超声波提取存在的问题 单一频率的提取效率低 多频、可调技术的开发应用,第三节，膜 分 离 技 术 membrane separation,常用分离纯化技术 电泳法 沉淀法 离心分离 膜分离 membrane separation 层析(色谱法) chromatography 柱层析 薄层层析 tlc（thin layer chromatography) 高效液相层析 hplc( high performance liquid chromatography) 气相层析 gc (gas chromatography) 等,1、膜 分 离 技 术 membrane separation,1）膜分离的基本概念 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动力，对双组分或多组分的溶质和容剂进行分离、分级、提纯和浓缩的技术。 渗透 渗透作用（osmosis）两种不同浓度的溶液隔以半透膜（允许溶剂分子通过，不允许溶质分子通过的膜），水分子或其它溶剂分子从低浓度的溶液通过半透膜进入高浓度溶液中的现象。或水分子从水势高的一方通过半透膜向水势低的一方移动的现象（渗透压）,反渗透 在外界压力的驱动下使溶液中的溶剂(如水)以与自然渗透相反的方向通过半透膜进入膜的低压侧，从而达到有效分离的过程（外界压力大于渗透压） 半透膜 是一种只给某种分子或离子扩散进出的薄膜，对不同粒子的通过具有选择性的薄膜。例如细胞膜、羊皮纸以及人工制的胶棉薄膜等。,2）膜 分 离 技 术 的 特 点,分离溶质和溶剂 适于热密性物质的分离、浓缩、无相变化、节能 杂质去除范围广，无机盐、有机物 除盐率高，溶剂回收率高（纳米物质） 分离装置（压力）简单，易操作， 可自控，维修方便 高压泵、高压管路 需要预处理（污水），定期清洗污垢,3） 膜 的 分 类,膜的材质 固体膜 液体膜 来源 天然膜 合成膜： 无机膜、 有机膜,膜的功能 纳滤膜 超滤膜 微滤膜 半渗透膜 渗析膜 气体膜 离子交换膜,4）膜 的 稳 定 性,物理稳定性 机械强度 耐压性 耐热性 化学稳定性 抗氧化性 抗水解性 ph范围 化学惰性,5) 膜 分 离 效 率,渗透通量 分离效果 渗透通量大 分离效率低 分离效率高 渗透通量低,6) 常 用 的 膜 分 离 技 术, 微滤膜分离 microfilteration 孔径为0.1-10 um,高度均匀，孔隙率较高（35-90%） 具有筛分过滤作用的多孔固体连续介质。 分类 弯曲孔膜：交错连接的曲折网络状结构 柱状孔膜：平型贯穿膜璧的柱状毛细孔结构 微孔滤膜材料 （高分子合成材料） 亲水性材料：聚醚砜（pes)、磺化聚砜（pan)、聚酰胺（pa)、 聚酯（pet)、聚碳酸酯（pc）、聚砜( psf）、聚酰亚胺（） 疏水性材料：聚四氟乙烯（）、聚氯乙烯（） 聚丙烯（）、聚偏氟乙烯（）、聚乙烯（）,微 孔 滤 膜 的 特 点,主要以筛分截留作用达到分离目的 孔径均匀，过滤精度高 孔隙率高，通量大 厚度薄，吸附量小 无介质脱落，不产生二次污染 颗粒容纳量小，易堵塞 主要用途： 气相、液相中细菌、固体微粒、有机胶体物质的 分离、净化和浓缩, 纳 滤 膜 分 离,纳滤膜分离 nanofilteration 孔径 1nm 左右，截留分子量 200-2000 微滤膜和超微滤膜之间 纳滤膜分离的特点 无任何化学反应 无需加热，无相变 不破坏生物活性 不改变味、香 对无机盐有一定截留率, 离子交换膜分离,离子交换膜 构成膜的高分子是带电荷、可解离的活性功能基团 阳离子交换膜 阴离子交换膜,离 子 交 换 膜 的 原 理,1、阳离子交换膜 含有磺酸基（so3h）、羧基（cooh）或苯酚基（c6h4oh）等酸性基团，其中的氢离子能与溶液中的金属离子或其他阳离子进行交换。例如苯乙烯和二乙烯苯的高聚物经磺化处理得到强酸性阳离子交换树脂，其结构式可简单表示为rso3h，式中r代表树脂母体，其交换原理为 2rso3hca2 （rso3)2ca2h+ 这也是硬水软化的原理,2、阴离子交换膜,含有季胺基-n（ch3）3oh、胺基（nh2）或亚胺基（nh2）等碱性基团。它们在水中能生成oh-离子，可与各种阴离子起交换作用，其交换原理为 rn（ch3)3ohcl- rn（ch3）3cloh-,7）膜 分 离 技 术 的 应 用, 工业纯水、超纯水的制