食品高新技术总结

.a.CO2来源广,价格低廉。从合成氨工厂和发酵工业装置中可以很方便地得到CO2,因此b.CO2具有原料优势c.CO2不燃烧,不助燃,故使用操作安全。d.CO2无毒,易挥发,不会残留,因而可满足人们对安全卫生的要求。e.CO2对设备无腐蚀性,可降低设备维护维修费用,延长设备寿命。f.CO2的临界温度低,接近常温,使整个工艺节能,同时可满足对热敏性物质保护提取的要求。超临界萃取剂的临界温度越接近操作温度,则溶解度越大。临界温度相同的萃取剂,与被萃取溶质化学性质越相似,溶解能力越大。因此应该选取与被萃取溶质相近的超临界流体作为萃取剂。超临界萃取过程简述:a.SFE利用SCF作为萃取溶剂,SCF所具有独特的物理化学性质,使其极易于渗透到样品基体中去,通过扩散、溶解、分配等作用,使基体中的溶质扩散并分配到SCF中,从而将其从基体中萃取出来。b.超临界流体的密度和介电常数随着密闭体系压力的增加而增加,极性增大,利用程序升压可将不同极性的成分进行分部提取。提取完成后,改变体系温度或压力,使超临界流体变成普通气体逸散出去,物料中已提取的成分就可以完全或基本上完全析出,达到提取和分离的目的。c.在萃取过程中,SFE的萃取效率是由SCF的溶剂力、溶质的特性、溶质—基体结合状况决定的。因而在选择萃取条件时,一方面要考虑溶质在SCF中的溶解度,另一方面也要考虑溶质从样品基体活性点脱附并扩散到SCF中的能力与速度。超临界C02的萃取特性:<1>溶解特性超临界C02是一种非极性流体,符合相似相溶的原理。其溶解力随物质极性的减弱而增大,随物质分子量的增大而减弱。一般地表现为,对分子量小,极性弱的物质易溶解,对分子量较大,极性较强的物质难溶解,对分子量高,强极性的物质,如氨基酸、蛋白质、糖和无机盐等则不溶解。在实际应用中,有时根据需要向超临界C02中加入助溶剂,来调整其溶解力。<2>溶解力与P．T的关系超临界CO2的溶解力受P和T的影响较大。压力P增加,超临界C02的密度增加,溶解力也相应增加。以超临界CO2萃取沙棘油为例,T＝39℃,P＝15MPa。时,油的收率为88.0％,同样温度下,增加压力P＝25MPa时,油的收率增加到90.7％。但一般当压力在40MP。时,超临界CO2,的溶解力就达到了实际所能获得的最高限。因为若再升高压力,萃取收率的提高,相对于为获得及保持这样高的压力所增的投资和操作费用来说就不经济了。温度T升高,一般情况下CO2的溶解力有所增加,且较压力影响明显。仍以超临界CO2萃取沙棘油为例。F＝30MPa,T＝32℃时,沙棘油的收率为90.1%,当温度升高T＝40℃,油的收率提高到92.1％．但温度的升高受到对所萃取物质热敏性要求的限制。助溶剂对溶解力的影响:向超临界CO2流体中加入一定量的水、甲醇、乙酸、醋酸乙酯等物质或者是它们的混合物,可以增加溶解力,从而改变对所萃取物质的选择性。如在超临界CO2流体中加入总体积50~60％的甲醇后,即可以从浓度为1~3％的发酵液中萃取L一脯氨酸,收率可达50％以上。但在使用助溶剂的时候,要注意助溶剂的分离和残留。超临界流体萃取小结:超临界状态下,将超临界流体与待分离的物质接触,使其有选择性地依次把极性、沸点和分子量不同的成分萃取出来。超临界流体的密度和介电常数随着密闭体系压力的增加而增加,极性增大,利用程序升压可将不同极性的成分进行分步提取。各压力围所得到的萃取物不可能是单一的,但可以通过控制条件得到最佳比例的混合成分,然后借助减压、升温的方法萃取物质完全或基本析出,从而达到分离提纯的目的。萃取过程中,SFE的萃取效率是由SCF的溶剂力、溶质的特性、溶质—基体结合状况决定的。因而在选择萃取条件时,一方面要考虑溶质在SCF中的溶解度,另一方面也要考虑溶质从样品基体活性点脱附并扩散到SCF中的能力与速度。12.超临界萃取过程主要包括萃取阶段和分离阶段。萃取：扩散、溶解、分配,使溶质扩散并分配到超临界流体中,从而将其从基体中萃取出来。增加压力,流体极性增大,可将不同极性的成分进行分别提取。分离：改变体系温度或压力〔降压或升温,使超临界流体与萃取物迅速分成两相,流体变成普通气体逸散回收循环使用,萃取物析出。根据分离方法的不同,可将超临界萃取流程分为等温变压流程、等压变温流程和等温等压吸附流程三类。夹带剂的作用：⑴增加目标组分在CO2中的溶解度在CO2流体中添加百分之几的夹带剂,可大大增加目标组分的溶解度,其作用相当于增加了几十兆帕的压力。⑵增加溶质在CO2中溶解度对温度和压力的敏感性使溶质在萃取段和解析段间仅小幅度的改变温度,压力即可获得更大的溶解度差,从而降低操作难度。⑶提高溶质的选择性加入一些与溶质起特殊作用的夹带剂,可大大提高溶质的选择性。⑷可改变CO2的临界参数超临界CO2萃取的影响因素:1萃取压力的影响萃取温度一定时,压力增加,流体的密度增加,对溶质的溶解度增加。在临界状态附近,压力的微小变化会引起密度的急剧改变,因此,压力是超临界CO2萃取最重要的参数之一。弱极性物质萃取压力7~10MPa；一般极性物质萃取压力20MPa左右；强极性物质萃取压力50MPa以上。2萃取温度的影响温度主要有两个方面的影响：一方面温度升高,超临界流体密度降低,其溶解能力相应下降,导致萃取数量的降低。另一方面,升高温度,被萃取物质的挥发性增加,增加了被萃取物质在超临界气相中的密度,扩散速度也提高从而利于成分的萃取。同时,温度对溶解度的影响还与压力有密切关系：在压力相对较低时<45~28MPa以下>,温度升高,溶解性能降低。在压力相对较高时<45~28MPa以上>,温度升高,超临界CO2溶解性能提高。所以,一般随温度增加,物质在超临界CO2流体中溶解度变化往往出现最低值。CO2流量的影响CO2对萃取效果具有两个方面的影响。一方面,CO2流量增加,CO2流速加快,CO2停留时间减少,与物料接触时间减少,被萃取成分不能很好的达到溶解平衡,从而降低萃取效率。对溶解度小或原料中扩散速度慢的成分,影响更明显。另一方面,随CO2流量增大,增加了溶剂对原料的萃取次数,缩短了萃取时间,被萃取成分的推动力加大,传递系数增加,有利于萃取。对被萃取成分溶解度大的,适当加大流量,提高生产效率。夹带剂的选择影响夹带剂要选择具有较好溶解性能、并且能很好的改善超临界CO2流体的极性的溶剂。可以作为较理想的夹带剂如甲醇,乙醇,丙酮,乙酸乙酯,乙腈等。原材料粉碎度的影响原料颗粒越小,溶质从原料向超临界流体传输的路径越短,与超临界流体接触的表面积越大,萃取进行得越快、越完全。但是粒度过小,易堵塞气路；造成原料结块,出现沟流,使原料局部受热不均匀。另一方面在沟流处流体的线速度增大,摩擦发热,会使某些生物活性成分遭到破坏。膜分离技术膜是一种起分子级分离过滤作用的介质。膜分离技术：用半透膜作为选择障碍层,利用膜的选择性〔孔径大小,以膜的两侧存在的能量差作为推动力,允许某些组分透过而保留混合物中其它组分,从而达到分离目的的技术。膜分离过程的推动力有两类：①借助外界能量,物质发生由低位向高位的流动；

②以化学位差为推动力,物质发生由高位向低位的流动。膜分离技术的特点：〔a膜分离过程中不发生相变化,与有相变化的分离法和其他分离法相比,能耗低；〔b膜分离过程在常温下进行,因而特别适于对热敏性物料,如果汁、酶、药物等的分离、分级和浓缩、富集；〔c膜分离技术不仅适用于有机物和无机物、病毒、细菌的分离,而且还适用于许多特殊溶液体系的分离,如将溶液分子与无机盐的分离,一些共沸物或近沸物系的分离等。〔d由于只是用压力作为超滤和反渗透的推动力,因此分离装置简单,操作方便,易于自动控制,易于维修。6.7.膜材料基本要求：机械强度好、耐压：膜孔径小,要保持高通量就必须施加较高的压力,一般模操作的压力围在0.1-0.5MPa,反渗透膜的压力更高,约为1-10MPa耐高温:高通量带来的温度升高和清洗的需要耐酸碱：防止分离过程中,以及清洗过程中的水解；易清洗：清洗容易,不易被细菌污染化学相容性：保持膜的稳定性；生物相容性：防止生物大分子的变性；成本低；膜材料分类：天然材料,人造材料,无机膜,复合膜醋酸纤维特点：①透过速度大②截留盐的能力强③易于制备④来源丰富⑤不耐温〔＜40℃⑥pH围窄3～6,清洗困难⑦与氯作用,寿命降低⑧易受微生物侵袭⑨适合作反渗透膜聚砜膜〔Polysulfone的特点：〔1温度围广〔2pH围广〔3耐氯能力强〔4孔径围宽〔5>操作压力低〔6适合作超滤膜11.膜的制备方法：相转变法：浇铸液→支持物上捕开→蒸发部分溶剂→凝胶形成→热处理<退火>。烧结法：膜材料粉→模具→严格控制温度和压力→由软变熔→形成多孔体→机械加工。核径迹法：厚为5-15m薄膜→粒子<如a粒子或中子>照射→化学键断裂形成径迹→酸碱液腐蚀→形成孔道。拉伸法：晶态聚烯烃→在低熔融温度下挤压成膜→延伸得到高的熔融应力→无力条件下退火→拉伸。复合膜的制备：是相转变膜的继续发展,制造非常薄的特征分离层。在多孔支撑层上制作聚合物膜。影响截留率的因素：分子形状：线状分子易透过,R线<R球；吸附作用：溶质吸附于膜孔壁上,降低膜孔有效直径浓差极化作用：高分子溶质在膜面沉积,使膜阻力增大,较小分子溶质的截留率增大,分离性能下降。温度/浓度,T升高,C降低,使R降低,因为膜吸附作用下降；错流速度增加,R降低,因为浓差极化作用下降；pH、离子强度影响蛋白质分子构型,影响R。13.膜对溶质的截留能力以截留率R〔rejection来表示,其定义为 分子为透过液,分母为截留液浓度渗析：把水溶液中溶剂透过半透膜而溶质被截留的现象称为渗析。半透膜：起渗析作用的薄膜,对溶质具有选择性。扩散渗析的原理

利用离子交换膜的选择透过性,以浓度差为推动力来实现酸与盐或者碱与酸的分离。优缺点：优点：能耗小,设备结构简单,操作方便,不需要对膜进行酸碱再生,分离过程中不需要加入其它化学药剂。缺点渗析速度慢,分离效率低。17.电渗析的基本原理电渗析是在直流电场的作用下,以电位差为推动力,利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择透过性<即阳膜只允许阳离子通过,阴膜只允许阴离子通过,而使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程。从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯的一种膜过程。18.常用的离子交换膜按其选择透过性可分为阳膜、阴膜、复合膜等。19.阳膜<cationexchangemembrane>含有阳离子交换基团,在水换基团发生离解,使膜上带有负电,能排斥水中的阴离子,吸引水中的阳离子并使其通过。阴膜<anionexchangemembrane>含有阴离子交换基团,在水中离解出阴离子,使膜上带正电,吸引阴离子并使其通过。复合膜复合膜由一面阳膜和一面阴膜其间夹一层极薄的网布做成,具有方向性的电阻。当阳膜面朝向阴极,阴膜面朝向阳极时,正、负离子都不能透过膜,显示出很高的电阻。当膜的朝向与上述相反时,膜电阻降低,膜两侧相应的离子进入膜中。离子交换膜和离子交换树脂的区别：21.反渗透膜的性能要求选择性好,单位膜面积上透水量大,脱盐率高；机械强度好,能抗压、抗拉、耐磨；热和化学的稳定性好,能耐酸、碱腐蚀和微生物侵蚀,耐水解、辐射和氧化；结构均匀一致,尽可能地薄,寿命长,成本低。超滤：是以压力为推动力,利用超滤膜不同孔径对液体中溶质进行分离的物理筛分过程。超滤原理：超滤又称为超过滤,通过膜表面的微孔结构对物质进行选择性分离。当液体混合物在一定压力下流经膜表面时,小分子溶质透过膜〔称为超滤液,而大分子物质则被截留,使原液分子浓度逐渐提高〔称为浓缩液,从而实现大、小分子的分离、浓缩、净化的目的。利用