1.9第九章食品浓缩和结晶下载

第九章食品浓缩和结晶1第一节浓缩的目的和分类第二节蒸发浓缩第三节冷冻浓缩第四节膜浓缩第五节食品的结晶本章内容简介2第一节浓缩的目的和分类浓缩：从溶液中除去部分溶剂（通常是水）的操作过程，也是溶质和溶剂均匀混合溶液的部分分离过程。3一、目的减少重量和体积浓缩去除食品中大量的水分，可减少食品包装、贮藏和运输费用。提高制品的浓度、增大渗透压、阵低水分话性、延长制品的保质期。

4100t含固形物6%的番茄肉（去除皮和种子），若将其浓缩成32％的番茄酱，则重量喊至18.7t，体租为原来的1／6，可将贮运要求及费用大大降低。56浓缩是结晶操作的预处理过程及结晶控制的一种手段。降低食品脱水过程的能耗真空浓缩尤其是多效真空浓缩，常常是食品千燥的前处理过程。

改善产品质量。

7甘蔗汁经净化、蒸发浓缩去除水分，并进行浓缩结晶是蔗糖生产的必经工艺过程。

8按浓缩的原理分类平衡浓缩蒸发浓缩冷冻浓缩非平衡浓缩--膜分离二、分类9日光浓缩法(Solarconcentration)釜(Openkettles)

瞬间蒸发/急剧蒸发(Flashevaporation）

薄膜蒸发(Thin-Filmevaporation)

真空浓缩(vacuumconcentration)

冷冻浓缩(Freezeconcentration)

超率法(Ultrafiltration)逆渗透(Reverseosmosis)按浓缩的方法分类10第二节蒸发浓缩

11一、蒸发浓缩的基本原理

食品工业上应用最为广泛的浓缩方法。不少食晶物料是水溶液，因此蒸发指的是水溶液的蒸发。

12二、蒸发浓缩过程食品物料的变化食品中热敏性物质的变化沸点和冰点的变化粘度起泡性结垢性结晶性风味形成与挥发13三、蒸发器的类型及选择

蒸发器主要由加热室、分离室组成。加热室：利用水蒸气为热源来加热被浓缩的物料。分离室：将二次蒸汽中夹带的雾沫分离出来。

14151617ACBDE181.多效真空蒸发浓缩及其特点顺流加料法

逆流加料法平流加料法

四、蒸发浓缩过程的节能与多效蒸发1920213.多效蒸发过程的节能措施蒸发器的革新蒸汽再压缩蒸发机械再压缩蒸发

蒸汽喷射再压缩法热泵循环再压缩法利用蒸发器的余热预热物料或用于其它加热目的22五、蒸发浓缩过程香味的保护与回收果蔬香味成分主要是由各种有机化合物如酯、醇、酸、醛、内酯等所组成．其量少于0.1mg/kg，却是影响果蔬汁品质的主要因素。果蔬香味多具挥发性，因此香味回收是蒸发液缩过程必须考虑的措施。

23采用低温蒸发浓缩设备，减少香味成分的挥发采用短时蒸发浓缩设备

蒸馏法回收浆液浓缩工艺措施24第三节冷冻浓缩冷冻浓缩－－利用冰和水溶液之间的固液相平衡原理的一种浓缩方法。25262.冷冻浓缩过程中溶液的冰点冰点下降的计算式为：

-RT0ln(1-X)ΔTi=-------------ΔS式中：ΔTi--冰点下降，K；R——摩尔气体常数，8.314kJ.kmol-1.K-1T0——未添加溶质时溶浓的冰点，K；X——溶液的浓度，kmol．M-3;ΔS——水转化为冰时的佰变，1·K-1。273.冷冻浓缩过程中的冰结晶量和浓缩液量4.冷冻浓缩过程中的溶质夹带和溶质脱除5.浓缩终点28二、冷冻浓缩的过程与控制1.冰晶生成及控制1.

冰晶体生成速率2.冰晶生成的方式层状冻结悬浮冻结2.冰晶与浓缩液的分离29303132第四节

膜浓缩膜浓缩--类似于过滤的浓缩方法，只不过“过滤介质”为天然或人工合成的高分子半透膜，如果“过滤”膜只允许溶剂通过，把溶质截留下来．使溶质在溶液中的相对浓度提高．就称为膜浓缩。33一、膜浓缩的种类及操作原理目前在工业上应用较成功的膜浓缩主要有以压力为推动力的反渗透

(ReverOsmosis,简称RO)、超滤(UltraFiltration,简称UF)，以及以电力为推动力的电渗析(ED)。341.反渗透在所有膜浓缩技术中，反渗透的应用是最多的，它对于水溶液中的有机物，金属离子，微生物，其它胶体类物质具有较高的去除能力；尤其在水中含盐量大于400mg/L时效果更好。反渗透的基本工作原理工作原理：

反渗透是与自然渗透方向相反的一种膜浓缩技术，在渗透与反渗透的过程中都是由半透膜的作用才能完成的。据下图我们来分析一下反渗透的工作原理：

在左图中，我们用半透膜隔开两种浓度不同的溶液，刚开始时两侧水平是平齐的，但由于浓度不同，浓度差造成两侧的化学势不同,稀溶液中的水透过半透膜向浓溶液一侧流动，直到两侧达到平衡为至；现在浓溶液一侧加上一个外来压力P2

，渗透速度会逐步下降，当压力超过某一数值时渗透停止，即达到了渗透平衡。P2－P1＝π

（π即为渗透压差）当P2进一步增大时,浓溶液中的水就会反其原来的渗透方向进入稀溶液侧，这就叫做反渗透。影响反渗透效率的因素：压强、温度、浓度差极化、膜的压实、膜的降解、膜的结垢等35

Jw=a(P-π)

Jw--透水率m3/m2.h；a--膜常数；P---压强；π---渗透压从公式中可以看出Jw与P成线性关系，即透水速率正比于溶液压力与渗透压的差值。但随着压力P的增加线性关系会逐渐受到破坏，这主要是由于受到浓度差极化的现象所引起的。Jw△P理论线实际曲线压强（P）36变化趋势：温度升高、透水率上升、正相关；T升高、分子运动加剧、更多的水分子在了穿过膜孔的机会，透水率自然增加。透水速率受温度的影响通常遵循阿伦尼乌斯公式：或者：Jw–透水率m3/m2.h;a--膜常数

b--常数T---热力学温度，KLnJw1/T温度（T）371.定义：在反渗透过程中，主要是溶剂透过膜，而溶质大部分透不过，在分离过程中，在溶液与膜的界面上，溶质逐渐积累。当其浓度超过主体液浓度时，产生了界面与主体液之间的浓度梯度，引起溶质从界面向主体液扩散，这就叫浓度差极化。浓度差极化382.后果：降低了透水速率和膜系统的分离能力溶剂从低浓度向高浓度处扩散流动，难度自然很大；边界层溶质的增加，推动力也增加，动耗增加；边界层的存在，相当于膜的厚度增加。3.控制

从流动方式上：平行于膜表面流动（错流）；b使用较小的管径的管子；c设置湍流发生器产生湍流。39现象：在反渗透时膜组件一直承受较高的压力，长期使用后产生压实，膜被压变形。膜表面的孔与多孔支撑体内的孔变小、变少，致使通透性变差，影响了透过速率。解决办法：增强膜的机械强度，减少膜的变形；定期进行反冲洗，恢复膜的原有的空隙。膜的压实40分生物降解与化学降解两种形式。控制：选用化学性质稳定的膜材料，防止化学降解；生物降解是微生物在膜上繁殖的结果，可用清洗消毒方法除；例如可用甲醛溶液或双氧水溶液对膜进行消毒等。膜的降解41膜的结垢主要由悬浮物、离子化合物或盐类物质构成。悬浮物可通过预处理除去，离子化合物或盐类物质可以通过添加螯合剂沉淀过滤除去；增加湍流，使物质不能在膜表面沉淀。膜的结垢422.超滤应用孔径为1.0～20.0nm（或更大）的半透膜来过滤含有大分子或微细粒子的溶液，使大分子或微细粒子在溶液中得到浓缩的过程称之为超滤浓缩。超滤的基本原理示意图43超滤与反渗透：整个过程非常相近（包括工业上常用的工艺流程及装置）

UF：以筛分为主选择性渗透为辅；透过原理：

RO：以选择性渗透为主筛分作用为辅膜孔径：UF＞RO操作压力：RO>UF工作范围：截留分子量：500~300，000；通常5，000以上较好分离粒径：0.0015~0.2μm。4445离子交换膜与电渗析的传递过程1.离子交换膜是一种高聚物电解质薄膜，它与球形的或不定形的离子交换树脂具有相同的化学结构，可分为基膜与活性基团两部分。立体网状的高分子化合物固定基团与可交换离子，可交换离子分为阳离子与阴离子两种。46R—SO3HR—SO3--+H+

R—N(CH3)3OHR—N(CH3)3++OH-阳离子交换膜离解基膜固定基团可离解离子活性基团离解阴离子交换膜可离解离子4748二、膜材料的种类及膜组件1.膜的性能--膜的物化稳定性和分离透过性能。膜的物化稳定性主要是指膜的耐压性、耐热性、适用的pH值范围、化学惰性、机械强度。膜的物化稳定性主耍取决于构成膜的高分子材料。

492.膜的种类纤维素膜聚亚酰胺膜聚砜系膜5051

三、膜浓缩在食品中的应用

果汁的浓缩蔗糖液的浓缩干酪制造过程中脱脂乳的浓缩从大豆乳清废液中提取大豆蛋白质电渗析浓缩法制盐52四、影响膜浓缩的因素

影响反渗透浓缩和超滤浓缩的因素膜材料的种类和性能溶质的特性溶液的性质53操作条件操作压力操作温度

操作时间浓差极化膜的维护膜的压实膜的降解膜的结垢54影响电渗析操作的因素膜的极化电解质的浓差扩散水的渗透压差渗漏膜的污染和中毒55第五节食品的结晶

56一、结晶的基本原理1.

晶体的特性晶体的结构和形状晶体的性质自范性各向异性均匀性57晶体的结构和形状582.

溶解度和溶液中的相平衡物质的溶解度特征过饱和度（Supersaturation）与结晶的关系59过饱和曲线饱和曲线

溶液的过饱和度状态与结晶关系60613.晶核的形成形成晶核的方法---起晶方法自然起晶法刺激起晶法晶种起晶法62晶核的形成速率及影响因素晶核的形成速率（Nucleationrate）

j＝dN/dt＝KnΔCmmax影响晶核形成的因素634.晶体的生长晶体的生长速率影响晶体生长的因素过饱和度温度粘度杂质其它因素6465二、食品工业常用的结晶方法与结晶设备

食品工业常用的结晶方法与结晶设备冷却法结晶蒸发法结晶真空结晶法结晶器的选择66分批式结晶器；操作比较容易，谷氨酸和柠檬酸结晶中都采用。