食品工程原理知識點

1、第八章液體吸附與離子交換液體吸附與離子交換的應用1、吸附主要用在脫臭、脫色、沉淀、澄清和除雜等工藝操作中。2、離子交換常用于水的軟化、純化、產品提純精制，制品的濃縮分離等。液體吸附吸附操作是指流體與某種固體相接觸時,固體能夠有選擇地將流體中的某些組分凝聚在其表面上 ,從而達到分離的目的。 這些有吸附作用的固體稱為吸附劑 ,在固體表面上被吸附的物質稱為吸附質或吸附物。 在吸附過程 ,氣體或液體中的分子、原子或離子傳遞到吸附劑固體的內外表面,依靠鍵或微弱的分流動相（氣體和液體）與多孔固體顆粒相接觸，流動子間力吸著于固體上。解吸是吸附的逆過程。吸附單元操作相中一種或多種組份被吸附于固體顆粒上，這種利

2、用各組分吸附力不同，從而使流動相中組份得以分離或純化的單元操作。多孔固體顆粒 吸附劑被吸附組份 吸附質吸附原理吸附劑固體之所以能夠吸附流體分子,是因為固體表面上的質點處于力場不平衡狀態(tài), 固體表面具有過剩的能即表面能,當固體與流體分子接觸時,被吸附物質與固體之間由于某種吸附力的作用使固體與流體混合物中的某些組分產生吸附,從而降低了表面能。 吸附過程所放出的熱量,稱為該物質在固體表面的吸附熱 。按吸附劑與吸附質之間作用力的不同,可將吸附過程分為 物理吸附 和化學吸附兩 類。常見的吸附類型及其主要特點物理吸附化學吸附吸附作用力分子間引力化學鍵合力選擇性較差較高所需活化能低高吸附層單層或多層單層達到

3、平衡所需時間快慢食品工業(yè)常用吸附劑活性炭、活性白土、膨潤土（天然）分子篩、硅膠、吸附樹脂活性炭活性炭具有 非極性表面 ,為疏水 和親有機物 的吸附劑。它具有性能穩(wěn)定、抗腐蝕、吸附容量大和解吸容易等優(yōu)點。經過多次循環(huán)操作,仍可保持原有的吸附性能?；钚蕴坑糜谟谌軇┗厥?、烴類氣體的分餾、各種油品和糖液的脫色、水的凈化等各個方面,也常用作催化劑的載體?；钚蕴渴且环N由含炭材料制成的外觀呈黑色，內部孔隙結構發(fā)達、比表面積大、吸附能力強的一類微晶質碳素材料?；钚蕴坎牧现杏写罅咳庋劭床灰姷奈⒖住；钚蕴坑幸粋€共同的特性，那就是“吸附性 ”?；钚蕴慨a生吸附性的原因就是因為它有發(fā)達的孔隙結構，就象我們所見到的海綿一

4、樣，在同等重量的條件下，海綿比其他物體能吸收更多的水，原因也是因為它具有發(fā)達的孔隙結構。但活性炭的這種孔隙結構是肉眼無法看見的，因為他們只有 1 10-12mm 10-5mm 之間，比一個分子大不了多少?；钚蕴靠紫栋l(fā)達的程度是難以想象的，若取 1 克活性炭，將里面所有的孔壁都展開成一個平面，這個面積將達到1000平方米（既比表面積為1000g/m2 ）！影響活性炭吸附性的主要因素就取決于內部孔隙結構的發(fā)達程度。活性碳主要用途用于液相吸附類活性碳?自來水，工業(yè)用水，電鍍廢水，純凈水，飲料，食品，醫(yī)藥用水凈化及電子超純水制備。?蔗糖、木糖、味精、藥品、化工產品、食品添加劑的脫色、精制和去雜質純化過

5、濾?油脂、油品、汽油、柴油的脫色、除雜、除味、酒類及飲料的凈化、除臭、除雜?精細化工、醫(yī)藥化工、生物制藥過程產品提純、精制、脫色、過濾。?環(huán)保工程廢水、生活廢水凈化、脫色、脫臭、降COD離子交換基本概念在吸附操作中，極性吸附，如果被吸附離子與吸附劑中的離子進行交換，離子交換過程實際上是特殊吸附過程。與吸附不同的是，離子交換是化學過程。離子交換劑吸附劑 離子交換劑。則稱離子交換過程。陽離子交換劑 提供陽離子陰離子交換劑分類（ 1）陽離子交換劑和陰離子交換劑（強、弱） 提供陰離子（ 2）無機交換劑 沸石為代表 有機交換劑 碳質 磺化煤 合成 離子交換樹脂離子交換樹脂 是一種帶活性集團的不溶性高分子

6、化合物，由兩部分組成。 離子交換本體 和活性基團離子交換本體 (R) 由高分子化合物和交聯(lián)劑組成共聚體。交聯(lián)劑使高分子化合物形成不溶網(wǎng)狀結構。活性基團 是網(wǎng)狀結構上的官能團，其上帶有可游離的離子，稱 “反離子 ”。如： R-SO3HH+ ，（反離子） R-SO-3 （大分子帶電基團）（ 1）陽離子交換樹脂 此類活性基團一般呈酸性，反離子為陽離子?？膳c液相中陽離子發(fā)生交換。分強酸型和弱酸型。強酸型：磺酸基 -SO3H ，為代表， 特點，性能穩(wěn)定，在酸堿和中性介質中工作R-SO3H弱酸型：以羧酸基COOH ，或酚基 - -OH 為代表。特點，在水中電解力較低，交換速度慢，適應中性堿性。優(yōu)點是官能團

7、多，交換容量大。（ 2）陰離子交換樹脂此類活性基團一般呈堿性，反離子為陰離子?？膳c液相中陰離子發(fā)生交換。強堿型：以季胺基N （CH3 ） 3，為代表。特點，性能穩(wěn)定，在酸堿和中性介質中工作。弱堿型：以帶伯胺NH2 、仲胺 =NH ，為代表。特點，優(yōu)點是官能團多，交換容量大。在水中電解力較低，交換速度慢，。適應中性和酸性介質工作。離子交換樹脂分類根據(jù)官能團分：陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂根據(jù)物理結構分：凝膠類大孔類第九章浸出和萃取固 液稱浸出或浸取 ；液 液稱萃取 ；浸出體系是由三種組分組成，即溶質A，溶劑 S 和惰性固體 B 。三角形相圖 一般用等腰直角三角形相圖表示三種組分組成。三頂點分別表

8、示三種純組分，三角形邊上任一點表示一個二元混合物，三角形內某一點則代表一個三元混合物。讀圖法 ：例 M 點，做三邊平行線 FG、HI 與 JK。 BF（或 SG）代表 A 的組成， AH （或 BI ）代表 S 的組成， AJ（或 SK ）代表B 的組成，三元混合物組成；xA= BF=0.30 ； xB= AJ=0.40 ； xS=AH=0.303 種組分之和等于1，xA + xB + xS= 1.00影響浸出速率的因素固液接觸表面積固液接觸表面積與浸出速率成正比。 （切片壓碎）溶質濃度差固體表層與外層溶液之間的溶質濃度差，也與浸出速度呈正比。逆流法較并流法浸出效率高。溫度較高溫度可提高溶質的

9、擴散速度，也能降低溶液的粘度，對浸出有利。溶劑流速流速大而且呈湍流流動狀態(tài)時，其浸出速率較大。溶劑的條件浸出的目的是溶離，因此溶劑的選擇對浸出有很大影響，應考慮；安全性及化學穩(wěn)定性：無毒，不易分解，不發(fā)生化學反應。溶解選擇性：溶劑對所選溶質應有高溶解度。溶劑的物理性質：如密度、表面張力、其他等。溶劑回收的難易：一般回收溶劑要用蒸餾法，其過程消耗操作費用最多。經濟指標：1.3 浸出操作的流程 (單級、多級、逆流多級圖)常采用三種基本流程即：簡單接觸法、多級接觸法和連續(xù)微分逆流接觸法。（ 1）簡單接觸法指分批式 單級 接觸法，使溶劑添加到裝有物料的浸取器中，經過攪拌浸出，使浸出液與浸剩物加以分離后

10、，重復另一次同樣操作。（ 2）多級接觸法 數(shù)組簡單接觸法浸出裝置依序排列，工作時每組稱為一級，其效率大于同量溶液一次浸出的原理。（ 3）逆流多級接觸法將數(shù)個浸出裝置串聯(lián)，物料F 由第一級進入，浸剩物作為第二級的物料L1 ，依次類推。 溶劑則從第 n 級進入， 第 n 級所獲浸出液作為第 n-1 級的溶劑， 依次逆向而上， 其物料與溶劑互為逆向。（ 4）連續(xù)微分逆流接觸法指在浸出裝置內，物料與溶劑互成逆向連續(xù)接觸的浸出操作。萃?。?也稱溶劑萃取，常指“液-液 ”萃取，是分離液體混合物的一種重要單元操作。在液體混合物中加入與其不完全混溶的液體溶劑，形成液-液兩相，利用各組分在所選溶劑中溶解度的差異

11、而達到分離目的。應用： 直接用于食品工業(yè)較少，主要用于提取與其他物質混雜在一起的少量揮發(fā)性較小的物質。萃取可在低溫下進行，故特別適用于熱敏性物料的提取，如維生素、生物堿或色素的提取，油脂的精煉等。萃取操作過程 通常由三部分組成：萃取的液體混合物與溶劑充分混合，溶質溶于溶劑中。萃取結束后，將過程中形成的萃取相和萃余相借助分離器將其分開。萃取相經溶劑回收器，以回收溶劑，使之循環(huán)使用。液 液相平衡關系“液-液 ”萃取，被萃取的物質從一相轉移到另一相中，屬于傳質過程，有表示；萃取劑 即是溶劑，用 S 表示。 溶質 即提取物，用 A 表示。 原溶劑 即是原液體混合物中的溶劑，用 B 表示。 萃取相 用

12、E 表示。 萃余相 用 R 表示。 料液物 用 F 表示液 -液相平衡關系在三角形相圖上的表示組分三元物系即溶質A 、原溶劑 B、萃取劑S。分為以下三種情況： A 可完全溶解于 B 和 S 中，但 B 與 S 完全不互溶； A 可完全溶解于 B 和 S 中，但 B 與 S 則部分互溶； A 、 B 可完全互溶，但 B ， S 和 A ，S 為兩對部分互溶的組分。第一種情況少見，第三種情況麻煩，應當避免，第二種情況廣泛，討論之。溶解度曲線和聯(lián)結線溶解度曲線 萃取三角形三元物系，在 LGJH D L 圍成的范圍內稱兩相區(qū)，其內任意點反映兩個不同組成相。曲線 LC DFG。 H J稱溶解度曲線 。溶

13、解度曲線通過實驗測定，可查聯(lián)結線在兩相區(qū)內任意點M 是混合物，是兩個互不相溶的液相，其組成分別為R 和 E，連接 RME直線稱聯(lián)結線。溶解度曲線的建立在實驗條件下，在實驗瓶內，一定量的B 中逐漸滴加S，不斷搖震使其溶解， 因 B 與 S 部分互溶，故滴加到一定數(shù)量后，混合液開始發(fā)生混濁，既出現(xiàn)了溶劑相。即 S 在 B 中的飽和溶解度。 在圖中記L 點 。類似方法記J 點 。在實驗瓶內，加入恰當?shù)腂 與 S，使代表混合物的點如“C”等，位于LJ 之間，經過一段時間后，溶質A 溶出，逐漸加入A 成為三元物系，故組成點沿AC 線變化。若加入A 的量恰好使混合液由兩相變?yōu)榫幌啵鄳c記為C。C為混溶

14、點。如此改變 B， S 組成，得一系列點，連接點成曲線，即為該三元物溶解度曲線。三角形內分兩個區(qū)域，兩相區(qū)（曲線以內）和單相區(qū)（曲線以外）。當平衡時，如三元物系的組成點在兩相區(qū)內時，該物系就存在兩個液相。聯(lián)結線兩點通常稱稱共軛相 ，其組成的兩點位于溶解度曲線上，如連 RE 點為一對 共軛相 ，萃取操作只能在兩相區(qū)內。同一物系聯(lián)結線傾斜方向相同?；旌衔锏暮忘c和差點E 和 R 的量，可從三角形相圖中求?。?設 內任一點 M 表示混合液的總組成， M 稱和點 ，而 E 和 R 則稱 差點 。 E、M 、 R 在一條直線上， E 和 R 的質量比：超臨界流體萃取超臨界流體萃取是以超臨界狀態(tài)下的流體作為

15、溶劑，利用該狀態(tài)下的流體所具有的高滲透能 力和高溶解能力 萃取分離混合物的過程。應用超臨界二氧化碳萃取咖啡因，啤酒呈味劑，香料中精油等。我國現(xiàn)引進十余套超臨界流體萃取設備。如寧夏的 “銀廣夏 ”等。超臨界流體萃取的原理和特性3.1.1 超臨界流體的基本性質超臨界流體概念(表 9-2)物質都有臨界狀態(tài)，在此狀態(tài)下，氣液界面消失，體系性質均一，不再分為氣體和液體，對應此時稱臨界溫度（TC ）和臨界壓力（PC），在狀態(tài)時，向該狀態(tài)氣體加壓，氣體不會液化，只是密度增大，具有類似液態(tài)性質，同時還保留氣體性能，這種狀態(tài)稱為超臨界流體。超臨界流體基本性質通常為低分子化合物。如烷、烯、醇等密度、粘度和擴散系數(shù)

16、是超臨界流體的基本性質，超臨界流體的。密度接近于液體；粘度接近于氣體；擴散系數(shù)介于氣體和液體之間，比液體大100 倍左右。超臨界流體優(yōu)點超臨界流體具有與液體溶劑相近的溶解能力；超臨界流體的傳質速率將遠大于其處于液態(tài)下的溶劑速率且能夠很快的達到萃取平衡。超臨界 CO2 流體的基本性質右圖為純CO2 的壓力、密度和溫度關系圖。讀圖 ：A-Tp 線 表示 CO2 氣 -固平衡的升華曲線。B-Tp 線 表示 CO2 液-固平衡熔融曲線。Tp-Cp 線 表示 CO2 氣 -液平衡蒸汽壓曲線。Cp 為氣 -液 -固三相共存的三相點。臨界點：沿氣- 液飽和曲線增加壓力和溫度則達到臨界點Cp。物質在此狀態(tài)下，

17、氣液界面消失，體系性質均一，不再分為氣體和液體， 相對應溫度和壓力稱臨界溫度和臨界壓力。物質通常有其固定的臨界點。如 CO2 ：臨界點 Tp31.06C ， Pc7.39MPa。超臨界狀態(tài)：當體系處于高于臨界溫度和臨界壓力時，稱超臨界狀態(tài)。此狀態(tài)即非氣體，也非液體，普遍稱其為流體狀態(tài)，所以分離過程稱超臨界流體萃取。 CO2 流體密度 CO2 臨界溫度接近室溫，臨界壓力比較適中，臨界密度 （ 448kg/m3 ）最高。因流體的溶解能力一般隨密度增加而增加，故CO2 最適合。CO2 流體密度變化規(guī)律：在超臨界區(qū)域，CO2 流體密度可以在很寬的范圍內變化，從150-900kg/m3 。在臨界點附近，

18、壓力或溫度的微小變化，可以大幅度改變流體的密度。超臨界流體萃取的缺點最大弱點就是溶解量比較小，需要增加溶劑的循環(huán)次數(shù)才能得到足夠的萃取量。所以增加超臨界流體對溶質的溶解度，是實際應用的關鍵。超臨界流體萃取技術的應用前景超臨界流體萃取技術優(yōu)點較低溫度操作；能穩(wěn)定地處理對溫度敏感物質；產品不含殘留溶劑；通過調節(jié)溫度和壓力溶劑的溶解度可得到改變，可選擇地分離非揮發(fā)物；溶劑回收簡單， 無毒無害， 無污染；具有殺菌保鮮作用；二氧化碳不燃燒，安全可靠。第十章膜分離膜的適用范圍微濾0.1 10 m：細菌、煤灰、發(fā)酵細胞、顏料、蛋白等超濾0.005 0.1 m：蛋白、顏料、多糖、大分子納濾0.0005 0.0

19、05 m：低聚糖、染料、多價離子反滲透 0.0001 0.001 m：電解質、大于100Da 的有機溶質水小于100Da 的有機溶質膜分離是利用具有一定選擇透過性的過濾介質，依靠其兩側存在的能量差作為推動力，利用混合物中各組分在過濾介質中遷移速率的不同來實現(xiàn)物質的分離和純化的單元操作。根據(jù)推動力本質的不同，具體分4 類：以靜壓力差為推動力的過程。以蒸汽分壓差為動力的過程。以濃度差為推動力的過程。以電位差為推動力的過程。1.2.1 以靜壓力差為推動力的過程有：微濾（ MF ）、超微（ UF）、納濾（ NF ）、反滲透（ RO）。（ 1）微濾 （ MF ） 利用孔徑 0.0210 m 的多孔來過濾

20、含有微粒的溶液，將微粒從溶液中除去。適用于微生物、細胞碎片、微細沉淀物等。（ 2）超微 （ UF ） 利用孔徑 0.001 0.02 m 的超濾膜來過濾含有大分子物質或微細粒子的溶液。適用于分離、純化和濃縮一些大分子物質，如蛋白、多糖、抗生素等。（ 3）納濾（ NF）是介于超濾和反滲透之間的一種膜分離技術。膜具有納米孔徑和對不同價態(tài)的陰離子存在 Donnan 效應，可讓溶液中低價離子透過而截流高價離子和數(shù)百分子量的有機小分子。 食品工業(yè)中應用于果汁濃縮、乳糖分離等方面。（ 4）反滲透 （ RO） 利用反滲透膜對溶劑的選擇性，對溶液施加壓力、克服溶劑的滲透壓，使溶劑反滲透膜而從溶液中分離出來。應

21、用方面如，海水脫鹽、超純水、從發(fā)酵液中分離乙醇、丁醇和丙醇等。1.2.2以蒸汽分壓差為推動力的過程有兩種情況，膜蒸餾（MD ）和滲透蒸發(fā)（PV ）。（ 1）膜蒸餾 利用一張疏水性的微孔膜把溫度不同的冷熱兩股溶液分隔開，由于膜兩側存在一定的溫度差，可使熱側的水透過膜進入冷側。傳質過程 ：水分子在熱側膜表面處蒸發(fā)形成水蒸氣；水蒸氣透過膜的微孔從膜表面的熱側擴散到冷側；傳遞到冷側膜表面的水蒸氣重新冷凝成水。膜蒸餾的主要優(yōu)點是可以 在極高的濃度下進行 。現(xiàn)應用于高純水、溶液脫水和揮發(fā)性有機溶液的分離。（ 2）滲透蒸發(fā) 滲透蒸發(fā)分離機理分為三部分，被分離物質在膜表面上被有選擇地吸附并溶解；以擴散的形式在

22、膜內滲透；在膜的另一側，由于低壓汽化脫附而與膜分開。1.2.3以濃度為推動力的過程（滲析）是利用多孔膜兩側溶液的濃度差使溶質從濃度高的一側通過膜孔擴散到濃度低的一側，從而得到分離的過程。主要應用血液（人工腎）的解毒等。1.2.4以電位差為推動力的過程（電滲析）是基于離子交換膜對陰陽離子的選擇性，在直流電場的作用下使陰陽離子分別透過相應的膜以達到從溶液中分離電解質的目的。反滲透的基本原理推滲透是由于 化學位梯度 的存在而引起的自發(fā)擴散現(xiàn)象。反滲透的濃差極化現(xiàn)象透過快的組分2.3.1 濃差極化現(xiàn)象由于反滲透膜具選擇性，允許溶劑通過，這樣在膜高壓側表面上的溶質逐漸積累，當其濃度增大到超過溶液主體中溶

23、質時，就形成了膜表面與溶液主體的濃度梯度，引起溶質從膜表面向溶液主體擴散，稱濃差極化現(xiàn)象。2.3.2 濃差極化對反滲透操作的影響透過慢的組膜表面溶質濃度增大，使表面溶質滲透通量膜增多，導致分離效率降低。膜表面溶質濃度增大，使表面溶質滲透壓增濃差極化高，水的滲透通量降低。膜表面局部濃度增大，使表面溶液趨于飽和，易形成結晶或凝膠，堵塞孔道。嚴重時會使膜表面上形成偽膜，使膜功能完全喪失。改變操作條件控制濃度極化： 增加原料液的流速； 適當提高操作溫度；3.3超濾的濃差極化現(xiàn)象3.3.1超濾的濃差極化現(xiàn)象超濾過程中，水透過而大分子溶質被截留，聚積在膜處使附近濃度升高，為濃差極化。超濾濃差極化現(xiàn)象比反滲

24、透更嚴重。3.3.2減輕反滲透和超濾濃差極化的方法（ 1）回收率控制高回收率會使極化程度增加，所以回收率應控制在較低的狀況下。（ 2） 流動型態(tài)和流程控制流動型態(tài)分層流、平流和湍流，層流極化程度增大，湍流最小為了減少極化狀態(tài)，應加強湍流。（ 3）填料法將直徑 29100 m 的小球放入被處理液體中，令其共同流經反滲透器以減小濃差極化層厚度而增大滲透通量。（ 4）設置湍流促進器是指可強化流動型態(tài)的各類障礙物。電滲析基本原理電滲析用于處理電解質溶液。在直流電場作用下，溶液中的離子選擇性地通過離子交換膜的過程。鹽水脫鹽應用 ：在正負兩極間交替排列陽離子交換膜和陰離子交換膜，稱膜堆，依次構成濃縮室和淡

25、化室。滲析的基本原理膜兩側溶液中的溶質或溶劑在濃度差的推動下透過膜。電滲析的基本原理溶液中的離子在電位差的推動下，通過荷電膜而同其他不帶電的組分分開。電滲析過程的基本原理：陽膜：帶負電的陽離子傳遞膜陰膜：帶正電的陰離子傳遞膜液膜分離技術由于固體膜存在選擇性低和通量小的缺點，故人們試圖用改變固體高分子膜的狀態(tài)，使穿過膜的擴散系數(shù)增大、膜的厚度變小,從而使透過速度躍增 ,并再現(xiàn)生物膜的高度選擇性遷移。這樣,在60 年代中期誕生了一種新的膜分離技術液膜分離法(Liquid membrane separation), 又稱液膜萃取法(Liquid membrane extraction) ，這是一種以

26、液膜為分離介質、以濃度差為推動力的膜分離操作。它與溶劑萃取雖然機理不同、但都屬于液-液系統(tǒng)的傳質分離過程。5.4液膜分離技術的特點分離速度較快。因液膜薄，乳化滴小，故表面積大。較高選擇性。設備簡單。第十一章溶液濃縮溶液濃縮1 蒸發(fā) 2 結晶 3 冷凍結晶1.1蒸發(fā)操作及其特點蒸發(fā)操作 ：使含有不揮發(fā)溶質的溶液沸騰汽化并移出蒸汽，從而使溶液中溶質濃度提高的單元操作。生蒸汽 ：蒸發(fā)操作中熱源常采用新鮮的飽和水蒸汽。二次蒸汽 ：從溶液中蒸出的蒸汽稱二次蒸汽。單效蒸發(fā) ：二 次蒸汽在蒸發(fā)過程中應不斷被移出，若將二次蒸汽直接冷凝，而不利用其冷凝熱的操作。多效蒸發(fā) ：若將二次蒸汽利用其冷凝熱的操作。 蒸汽

27、壓力 ：蒸發(fā)操作可在加壓、常壓、低壓條件下進行。 真空蒸發(fā) ：工業(yè)上蒸發(fā)操作在減壓下進行的操作。真空蒸發(fā)特點：沸點下降?？倐鳠釡叵禂?shù)下降。因粘度增加，提高了總傳熱溫差蒸發(fā)操作費用提高。蒸發(fā)過程特點（ 1）傳熱性質：屬于壁面兩側流體均有相變化的恒溫差的傳熱過程。（ 2）溶液性質 ：有些溶液在蒸發(fā)中有結晶析出，易結垢和生泡沫，高溫易分解，粘度增加等。（ 3）溶液沸點改變 ：含有不揮發(fā)性溶質的溶液，隨著時間延長，溶液沸點會增加。（ 4）泡沫夾帶：二次蒸汽中夾帶大量液沫，冷凝前必須除去。（ 5）能源利用 ：蒸發(fā)時產生大量二次蒸汽，如何利用它的潛熱應考慮。食品物料蒸發(fā)具有的特點（ 1）熱敏性 ：因是生物

28、物料，在高溫下或長時間易破壞，發(fā)生變質、氧化作用，應嚴格控制溫度和加熱時間。（ 2）腐蝕性 ：果酸等能對設備造成腐蝕，設計時應考慮耐酸材料。（ 3）粘稠性 ：生物多是大分子，粘度較高，隨蒸發(fā)粘度還會增加。（ 4）泡沫性 ,某些食品在沸騰時易形成穩(wěn)定的泡沫，可使用表面活性劑加以控制。（ 5）結垢性 ：食品中的鈣、鎂等離子沉淀，糖、蛋白等變性，焦化等，成垢。（ 6）易揮發(fā)性：液體食品中的芳香成分和風味成分比水大。1.2.1溶液的沸點和溫度差損失 溶液沸點的升高：在一定壓力下，溶液的沸點較純水的高，兩者沸點之差稱溶液沸點的升高。同一溶液沸點升高隨濃度增加和液柱升高而上升。設加熱蒸汽溫度為T ，二次蒸

29、汽溫度為T，溶液沸點為t，則總溫差為： t0=T- T實際傳熱溫差：t =T-t 溫度差損失 ：兩者之差為蒸發(fā)器溫度差損失 = t0 - t = t - T 造成溫度差損失的原因（ 1）因溶液蒸汽壓下降而引起的溫度差損失 因溶液含不揮發(fā)溶質，其蒸汽壓比純水低，所以溶液沸點比純水高，即沸點升高。（ 2）由液層靜壓效應而引起的溫度差損失 蒸發(fā)器內沸騰一般先在加熱管附近開始，處于不同深度的溶液受到不同的靜壓強，所以溶液內部的沸點比液面處高。兩者之差即為由液層靜壓引起的溫度差損失。分析：溶液內部平均壓強Pm=Po+gh /2 一般 tm 和 to 可直接由Po 和 Pm 查水的飽和溫（ 3）由于管路流

30、動阻力而引起的差損失=tmto-（相對應Po 和Pm）在多效蒸發(fā)中二次蒸汽由前效經管路輸送，因管道阻力使二次蒸汽壓稍有下降，溫度也相應下降，一般約 1 度。這種損失即為因管路流動阻力而引起的差損失 。1.3.1 多效蒸發(fā)原理多效蒸發(fā)時要求后效的操作壓強和溶液的沸點均較前效低，引入前效的二次蒸汽作為后效的加熱介質，即后效的加熱室成為前效二次蒸汽的冷凝器，僅第一效需要消耗生蒸汽。一般多效蒸發(fā)裝置的末效或后幾效總是在真空下操作，由于各效（末效除外）的二次蒸汽都作為下一效的加熱蒸汽，故提高了生蒸汽的利用率，即經濟性。錯誤觀點：多效蒸發(fā)器的生產能力是單效蒸發(fā)器的若干倍。多效蒸發(fā)流程1 順流法蒸氣和料液的

31、流動方向一致，均從第一效到末效。在操作過程中，蒸發(fā)室的壓強依效序遞減，料液在效間流動不需用泵；料液的沸點依效序遞降，使前效料進入后效時放出顯熱，供一部分水汽化；料液的濃度依效序遞增，高濃度料液在低溫下蒸發(fā)，對熱敏性物料有利。結晶 ： 是液相或氣相生成形狀一定、分子有規(guī)律排列的晶體現(xiàn)象。是利用溶質之間溶解度的差別進行分離純化的一種擴散分離操作。2.1.1.2結晶過程（ 1）結晶過程溶質從溶液中結晶出來，要經歷兩個步驟。成核 ：首先要產生被稱為晶核的微小晶粒作為結晶的核心。晶體成長 ：晶核長大，成為宏觀的晶體。（ 2）結晶條件必須以濃度差即溶液的 過飽和 度作為推動力。溶液的過飽和度大小直接影響成

32、核和晶體成長過程的快慢。過程的快慢影響晶體產品的粒度分布。2.1.1.4過飽和溶液與介穩(wěn)區(qū)過飽和溶液 ：濃度恰好等于溶質的溶解度，即達到固、液平衡稱為飽和溶液；而溶液含有超過飽和量的溶質，為過飽和溶液。 飽和溶液與過飽和溶液的濃度差稱為過飽度。溶液的過飽度和是結晶過程的推動力。 介穩(wěn)區(qū) :完全純凈的過飽和溶液在不受任何干擾及刺激的條件，則可在相當長時間內保持過飽和狀態(tài)而不變，稱之為介穩(wěn)狀態(tài)。介穩(wěn)態(tài)是一個范圍和區(qū)域。過飽和與結晶關系：見圖。AB線為具有正溶解度特性的溶解度曲線，CD線表示溶液過飽和且能自發(fā)產生晶核的濃度曲線，稱超溶解度曲線。將右圖分三個區(qū)，即穩(wěn)定區(qū)、介穩(wěn)區(qū)和不穩(wěn)區(qū)。 應用各種結晶

33、法的注意若冷卻或蒸發(fā)過快，得到大量小晶體；若冷卻或蒸發(fā)過慢，則得到大晶體。對溶液充分攪拌，可保持晶體大小均勻。連續(xù)結晶操作可保持晶體大小符合要求。為保持晶體粒度，采用冷卻時應力求冷卻均勻。冷凍濃縮 ：是利用冰與水溶液之間的固液相平衡原理的一種濃縮方法。即當溶液中所含溶質濃度低于共熔濃度時，則冷卻結果為溶劑（水份）成晶體（冰）析出，隨著溶劑成晶體析出的同時，余下溶液中的溶質濃度顯然提高了，此即是冷凍濃縮的原理。水分凍結時，具有排斥溶質析出，保持冰晶純凈的現(xiàn)象，稱為溶質脫除作用冷凍濃縮應用（優(yōu)點） ：適用于熱敏性食品的濃縮，可防止食品中芳香物質的揮發(fā)損失。冷凍濃縮主要缺點：冷凍濃縮過程本身不殺菌滅

34、酶。制品受低共熔濃度限制，受冰晶與濃縮液分離的難易程度影響。濃度越高，粘度越大， 分離越難。過程中會造成不可避免的溶質損失。3.1.2.2層狀凍結方法過程 ： 是一種單向凍結，在管式、 板式以及轉鼓式、帶式設備中進行。晶層依次沉積在先前由同一溶液形成的晶層之上，一般為針狀或棒狀。特點 隨濃度漸增， 晶尖處過冷度逐漸降低，晶尖生長減慢，晶體直徑逐漸增大。晶體平均直徑與水分的分子擴散系數(shù)及溶液的粘度有關，粘度越大， 平均直徑越小。在平行的晶體間存在著液層，此層厚度與濃度有關。水分凍結時，具有排斥溶質析出，保持冰晶純凈的現(xiàn)象，稱為溶質脫除作用。3.1.2.2懸浮凍結方法是在受 攪拌 的冰晶懸浮液中進

35、行的。如是連續(xù)操作，則晶體粒度與溶液濃度、主體過冷度、晶體停留時間等有關。懸浮凍結影響因素提高溶質濃度，冰晶成長速率降低在溶液過冷度低值范圍內，成長速率與主體過冷度成正比。晶體尺寸大于 50m 時，成長速率不隨晶體大小而變。連續(xù)晶體生產，平均晶體粒度與停留時間成正比。懸浮凍結 在懸浮凍結操作中，如將小冰晶懸浮液與大冰晶懸浮液混合，主體溫度將介于大、小晶體的平衡溫度之間。由于主體溫度高于小晶體的平衡溫度，小晶體溶解；相反大晶體長大。因此若冷點處所產生的小晶核立即從該處移出并與含大晶體溶液混合，則所以小晶核溶解，這種以消耗小晶體為代價而使大晶體成長的作用，常為工業(yè)懸浮凍結操作所采用。第十二章食品干

36、燥 食品干燥主要應用 ：食品干燥是食品儲藏加工中的主要技術之一，通過干燥將食品中的大部分水分除去，達到降低水分活性，抑制微生物生長與繁殖，延長食品儲藏期的目的。 食品干燥方法 ：（ 1） 導熱干燥 ：熱通過與食品材料接觸的加熱面直接導入，使材料中的水分汽化排除，達到干燥的目的。導熱干燥要求加熱面與食品材料接觸良好，否則會產生過熱、焦化等現(xiàn)象。多用于加熱液體食品。 （ 2） 輻射干燥 ：熱量通過電磁波的形式由輻射加熱器傳遞給食品材料表面，再通過材料自身的熱量傳遞，使內部的水分汽化。常用于具有較大面積的材料加熱，在食品工業(yè)應用較多，除了具有脫水作用外，還有殺菌作用。（ 3） 介電加熱干燥 ：在高頻

37、電場中，食品材料中的水分子處于高速旋轉與震動，由此產生的熱量使水分汽化，達到干燥的目的。高頻加熱 頻率 300 300 000MHz。微波加熱 915MHz 和 2450MHz 。水的介電常數(shù)比其他高，而物料內部水分比表面多，吸能多，所以內部溫度高于表面，傳熱與傳質方向一致，干燥時間大大縮短，這是特點 。（ 4） 對流干燥 ：熱量以對流的方式傳遞給濕物料，使食品材料中的水分汽化，以達到干燥的目的。一般傳熱介質是濕空氣。對流干燥成本低，是食品工業(yè)上應用最普遍的干燥技術。是本章重點。濕空氣 ：是干空氣和水蒸氣的混合物。在食品干燥中，濕空氣起著傳熱與傳質的作用，即濕空氣將熱量傳輸給食品，食品受熱后蒸

38、發(fā)出來的水分再由濕空氣攜帶出去。1.1絕對濕度和相對濕度絕對濕度 ：單位體積濕空氣中水蒸氣的含量。相對濕度 ：濕空氣中水蒸氣在未達到飽和狀態(tài)之前，常具有吸濕能力，為了表征濕空氣的吸濕能力，用 “濕度比 ”概念，即相對濕度。1.5干球溫度和濕球溫度干球溫度 ：在濕空氣中，用一般溫度計所測得的溫度稱為該空氣的干球溫度T，即該空氣的真實溫度。濕球溫度 ：若將溫度計的感溫部分包以濕紗布，置于一定溫度和濕度的濕空氣中，經一段時間達到穩(wěn)定后，溫度計所反映的溫度就不再是濕空氣的真實溫度，而是另一低于干球溫度的溫度，稱該濕空氣的濕球溫度。濕球溫度形成原理濕紗布所含水分對主體濕空氣而言是少量的， 少量的水與大量

39、的空氣相接觸都會使水溫變化而達到穩(wěn)定的空氣濕球溫度。由于濕紗布上液態(tài)水表面始終存在著一層被水蒸氣所飽和的空氣層，此層濕含量必大于外圍不飽和濕空氣的濕含量，水分即不斷汽化并向空氣中傳遞，同時水分汽化需吸熱，使水溫降低，形成與外邊的溫差，同時 空氣熱又會傳到水中。最后空氣傳熱恰好等于水滴汽化熱，水溫維持不便，即濕球溫度。濕球溫度是濕空氣的一項基本狀態(tài)參數(shù)。1.6露點溫度露點溫度 Td 是不飽和空氣在其總壓和濕度保持不變的情況下，而被冷卻降溫達到飽和狀態(tài)時的溫度。濕物料的形態(tài)散粒狀：如谷物、各種油料種子；晶體：經過濾分離后的各種晶體，如葡萄糖、檸檬酸、鹽等。塊狀：如馬鈴薯、胡蘿卜、面包等；片狀：如果

40、蔬、肉類切片、餅干等。條狀：馬鈴薯條、豆角粉末狀：淀粉、奶粉膏糊狀：如芝麻糊液態(tài)：各種液體、懸浮液和乳濁液。（ 2）物料中水分含量表示法干基水分：為食品中含有水質量與干物質的質量之比。濕基水分：濕基水分Mw 以濕物料的質量為分母兩者換算關系：濕物料中水分的活度 濕物料中水分的活度：指濕物料在排除水分和吸收水分的能力和數(shù)量。對干燥速率有決定作用，是濕物料干燥的主要指標。水分活度=水分蒸汽壓P/純水蒸汽壓Ps 對于純水，活度a0=1，對于物料水a 1。通常大于0.95 時，細菌繁殖很快，低于此值則受明顯抑制。低于0.75 時，可認為生命活動停止。平衡水分當濕物料與一定溫度和濕度的空氣相接觸時，濕物

41、料將排除或吸收水分。濕物料與空氣充分接觸后，溫度等于空氣溫度，物料中水分份壓等于空氣中水蒸汽份壓。當水分活度大于空氣相對濕度時，物料將失去水分。否則相反。平衡水分 Me ：物料與一定狀態(tài)的空氣成平衡時，最終必有一水分含量與之對應，稱平衡水分。5.1 物料干燥機理（ 1）物料干燥過程的推動力和阻力干燥過程推動力水分梯度推動力 ：當濕物料受熱干燥時，水分汽化是從表面進行，逐漸形成從物料內部到表面的水分梯度。從而物料內部的水分就以此梯度為推動力，逐漸向表面轉移。溫度梯度推動力：物料內部溫度梯度也可以使物料內部水分發(fā)生遷移，稱為熱濕導 。由于溫度不均，水分將從溫度高處向溫度低處轉移。方向是由外向內。兩

42、種梯度均存在于物料內部，兩者代數(shù)和；推動力方向對于熱風干燥和一般輻射干燥，物料內部溫度梯度與水分梯度方向相反。對于接觸干燥和微波加熱干燥，兩種梯度方向一致。物料水分外部擴散水分在物料內部擴散至表面后，便在表面汽化，并向氣相中傳遞。（ 2）表面汽化控制和內部擴散控制水分的內部擴散和外部擴散是同時進行的。但在不同干燥過程的不同時期，控制干燥速率的機理不一定相同。這是由于物料的結構、性質、溫度以及氣相情況的影響所致。水分擴散速率的快慢是控制過程的關鍵。取決于表面汽化控制和內部擴散控制。5.2 干燥速率和干燥特性曲線干燥速率 ：是單位時間內被干燥物料所能汽化的水分。表達式：干燥特性曲線 ：包括水分隨時間而變化曲線；溫度隨時間而變化曲線；及干燥速率隨時間而變化曲線。曲線特點 ：典型干燥