食品分離加工技術浸提.課件

1、 食品分離加工技術-浸提食品工業(yè)中主要有：食用油的浸提香料的浸提咖啡豆可溶性成分的浸提甜菜中糖分的浸提天然色素的浸提 一、浸提的基本概念浸提是將溶劑加入固相或另一液相混合物中，其中所含的一種或幾種組分溶出從而使混合物得到完全或部分分離的過程。統(tǒng)稱為溶劑萃取。其中液體溶劑對固體混合物進行的溶質(zhì)萃取過程稱為固液萃取，也稱為浸出、浸提或浸瀝。浸取適用的原料粘性無組織結構新鮮易于膨脹浸提分為冷浸和熱浸兩種。冷浸法：適用于提取遇熱易被破壞的物質(zhì)及含淀粉、樹膠、果膠、黏液質(zhì)的樣品，從含淀粉較多的苦豆子種子中提取生物堿，就是在冷的稀鹽酸水浸出生物堿。熱浸法：由于提高溫度有利于有效成分的溶解度故提取效果較冷浸

2、好。該方法操作時間長，浸出溶劑用量大往往浸出效率差，不易完全浸出，不適合有效成分含量低的原料。浸提過程原料預處理（破碎或切片）混合分離溶劑的選擇 用溶劑法提取有效成分時，選擇適當?shù)娜軇┦呛苤匾?的，因為適宜的溶劑溶出的有效成分較多，無效的雜質(zhì)較少。 根據(jù)相似相容原理（待提取成分于溶劑的分子極性越相似，其溶解性就越大）在可采用單一有機溶劑進行分步提取，也可采用混合溶劑進行提取。分子中功能基的極性越大或極性功能基數(shù)量越多，整個分子的極性就越大，親水性就越強；分子的非極性部分大或碳鏈越長，則極性越小，親脂性強。對于待提取分離的成分，可根據(jù)分子結構判斷其極性，選擇合適的溶劑，同時也要注意選用溶劑對雜質(zhì)

3、溶解度要小，不能與提取的物質(zhì)起化學反應，并且是安全無毒的。二、浸提理論擴散現(xiàn)象：分子熱運動隨意彌散的宏觀現(xiàn)象。滲透現(xiàn)象：只允許溶劑通過，而不允許溶質(zhì)通 過的半透膜。浸析現(xiàn)象：浸析膜除了能允許溶劑通過之外， 還允許一些中小分子的溶質(zhì)通過卻 不能讓大分子膠體物質(zhì)通過。（一）、浸提平衡浸提系統(tǒng)由3種組分，即溶劑、溶質(zhì) (目標浸提物)和惰性固體構成。浸提系統(tǒng)的平衡關系：極其復雜，其機理尚未完全搞清楚。但較多采用以下模型：假定在不溶性的多孔惰性固體 (A量)內(nèi)部含有不被固體所吸附的溶質(zhì)B。溶質(zhì)量B對所加溶劑量S而言，假定是在飽和溶解度以下。如果固體與溶劑經(jīng)過長時間的充分接觸，則溶質(zhì)完全溶解，并且固體空隙

4、中的液體濃度等于周圍液體的濃度，這時液體的組成不隨更長的接觸時間而改變。這種級接觸則稱為理論級。或稱理論效。（二）、固體的浸提過程的步驟溶劑浸潤進入固體內(nèi)，溶質(zhì)溶解溶解的溶質(zhì)從固體內(nèi)部流體中擴散達到固體表面溶質(zhì)繼續(xù)從固體表面通過液膜擴散到達外部溶劑的主體。 浸提操作是在浸提器內(nèi)進行的。固體物料與溶劑接觸達一定時間后，由頂部排出的澄清液稱為溢流；由底部排出的殘渣稱為底流。底流中除所含的惰性固體之外，尚有固體內(nèi)部的液體和外部的液體。所有隨惰性固體一起排出的液體均被視為與固體依附在一起。（三）、萃余率和浸提時間在通常的浸提條件下浸提速率主要決定于步驟，即浸提操作實際上是內(nèi)部擴散控制的傳質(zhì)操作。浸提過

5、程中，固體內(nèi)部的溶質(zhì)濃度不斷發(fā)生變化，濃度隨時間的延長而不斷降低，故屬于不穩(wěn)定擴散過程。不穩(wěn)定擴散過程的費克定律(用Ficks Law)為: 平板擴散模型 設平板狀固體內(nèi)部空隙均勻，毛細管內(nèi)充滿溶質(zhì)，僅兩面與溶劑接觸，且因毛細管極細，因而不受外部流動的騷擾，此時可應用一維費克定律，即: 舍伍德和努門作了如下假定擴散沿垂直于兩平面的方向進行；平板的厚度是均勻的；浸提開始時，溶質(zhì)在平板內(nèi)分布均勻；溶劑中溶質(zhì)濃度保持不變；浸提過程中，擴散系數(shù)保持不變；固體表面的阻力忽略不計。根據(jù)假定，做如下積分：式中L-板的厚度 E-萃余率其意義如下：當E0.7時E值經(jīng)簡化得：（四）、浸提速度浸提速度：單位時間內(nèi)從

6、單位浸提接觸面積上抽提出的溶質(zhì)量。對于平板型的浸提，浸提速度為：簡化得1、影響浸提速度的因素可浸提物質(zhì)的含量：物料中可浸提物質(zhì)含量高，浸提的推動力就大，因而浸提速率就快。一般植物種子中浸出物質(zhì)不是單一成分，除含有甘油三酯外，還含有磷脂和色素等物質(zhì)。因此，操作變數(shù)（溶劑的種類、浸提溫度及預處理等）的改變會導致全部可溶物質(zhì)的浸出速率的變化。原料的形狀和大?。簤浩奖?，浸提速度越快，被浸提的大豆片的殘油率下降得越快。但物料也不能太薄或太細碎，否則會妨礙溶劑在浸提器內(nèi)的流通，并使得一些雜質(zhì)成分溶解在溶液中，反而使生產(chǎn)不太經(jīng)濟。 溫度： 在較高的溫度下進行浸提操作，可以提高溶質(zhì)的擴散速率，從而提高浸提速

7、率。但是，浸提溫度的確定還要考慮物料的特性，避免因溫度過高而導致浸提液的品質(zhì)劣變。 溶劑 （溶劑的溶解度、親和力、粘度、分子大小等各種因素的綜合影響 ）選擇溶劑的注意事項適當?shù)娜芙膺x擇性：所選用的溶劑應對所需浸提的成分有較高的溶解度，而對其他的不需要浸提的成分有較小的溶解度 容易回收：溶劑的回收多采用蒸餾操作進行，因此溶劑應具有適當?shù)膿]發(fā)性、低汽化熱以及溶劑與溶質(zhì)之間的相對揮發(fā)性較大 適當?shù)拿芏龋翰捎妹芏认嘟娜軇┻M行浸提。表面張力：故選擇溶劑時，宜選用表面張力較小的溶劑，或添加適量的表面活性劑 安全性及化學穩(wěn)定性 ：溶劑的揮發(fā)性不宜過高 ，本身應無毒性，且不易分解變質(zhì)，不與物料中的成分發(fā)生化

8、學反應，以保證浸提成分的安全性。 三、浸提流程簡單接觸法流程 平流多級接觸法流程逆流多級接觸法流程 連續(xù)微分逆流接觸法流程 簡單接觸法流程指分批式單級接觸法，使溶劑添加到裝有物料的浸提器中，經(jīng)攪拌浸提后，使浸提液與固體物料分離，分離后再重復另一次的同樣的操作 此法操作簡單，但效率不高，處理能力也較小。 平流多級接觸法流程數(shù)組簡單接觸法浸提裝置，依序排列 。操作時，每組裝置稱為一級，物料L0。經(jīng)由第一級與溶劑S1混合完成第一級浸提，得浸提液V1。經(jīng)第一級浸提后的物料用作第二級的進料L1。同理，第三級之物料為第二級浸提后的進料，依次類推。但每級引入的溶劑 (S1，S2，S3，Sn)均為純?nèi)軇?。此?/p>

9、為簡單接觸法的改進。其依據(jù)為將溶劑分少量多次進行浸提的效率高于同量溶劑一次浸提的原理。逆流多級接觸法流程本流程為數(shù)個浸提裝置串聯(lián)而成，如圖所示。物料L0由第一級進入，浸提后物料進入第二級，充當?shù)诙壍慕嵛锪螸1，依次類推。溶劑則從最后一級即第n級加入，第n級浸提所得浸提液進入第n-1級用作第n-1級溶劑進行浸提，依次類推，逆向向前，至第一級浸提后排出。物料與溶劑的流向互為逆向，因此稱為逆流法。優(yōu)點：具有使用少量溶劑獲得較為理想的浸提效果的，同時浸提液中溶質(zhì)的含量也較高。 連續(xù)微分逆流接觸法流程是指物料與溶劑在浸提裝置內(nèi)，互相成逆向連續(xù)流動接觸的浸提操作。物料可經(jīng)由填充塔依靠重力或經(jīng)由螺旋輸送

10、機依靠其推動力與溶劑呈逆向流動。目前，甜菜糖廠從甜菜絲中浸提出蔗糖分的浸提操作采用這種流程進行。優(yōu)點：具有生產(chǎn)能力大、浸提效率高、浸提液溶質(zhì)濃度高、易實現(xiàn)自動化。五、浸 提 裝 置在食品工業(yè)中，浸提物料的粒徑多大于100目，且富含纖維成分。浸提裝置按操作方式可分為：單級浸提罐多級固定床浸提器連續(xù)移動床浸提器單級浸提罐單級浸提罐為一開口容器，下部安裝假底以支持固體物料，溶劑從上面均勻噴淋于物料上，通過床層滲濾而下，溶液即浸提液從下部排出。在食品工業(yè)中，物料浸提常在高溫下進行，溶劑多為揮發(fā)性溶劑，且衛(wèi)生要求高，故常作成密閉式 。常用作中試設備或小規(guī)模的生產(chǎn)設備，用于植物種子、大豆和花生等原料的制油

11、，從磨碎蒸炒的咖啡豆中制取咖啡浸出物，從干茶葉中提取浸出液等。 多級固定床浸提器將數(shù)個浸提罐依序排列，新溶劑由罐頂注入進行浸提，所得浸提液再泵入次一級的浸提罐，并依序繼續(xù)操作，罐與罐間設置熱交換器，以確保浸提液的溫度，提高浸提效率。所得浸提液的濃度逐罐提高，當?shù)谝还尬锪蟽?nèi)的溶質(zhì)殘存濃度低于經(jīng)濟極限時，停止浸提操作。新溶劑則改成從第2號罐注入。這樣的操作雖然浸提罐內(nèi)的物料處于靜止狀態(tài)，但具有逆流淋濾的效果。 適用于咖啡、茶精、油脂和甜菜汁的浸提操作 連續(xù)移動床浸提器工業(yè)上大多采用連續(xù)移動床浸提系統(tǒng)，物料載于一連續(xù)移動床上，溶劑逆向流動。目前，連續(xù)移動床浸提設備有如下3種形式：浸泡式：物料完全浸沒

12、于溶劑之中而進行連續(xù)的浸提；滲濾式：溶劑噴淋于物料層之上，于通過物料層向下流動的同時進行浸提，物料不浸泡于溶劑中；浸泡和滲濾相結合的方式。六、浸提在食品工業(yè)中的應用 食用油的浸提 黃豆、棉籽、花生、油菜籽和橄欖等各種油料種籽，除了采用傳統(tǒng)的壓榨法外，常采用溶劑浸提其中所含的油脂。黃豆經(jīng)溶劑浸提后，豆渣中殘油量往往低于l%，遠較壓榨法的豆渣的殘油率2%2.5%為低。除了油料種籽可以采用浸提法抽取其所含的油脂外，有時還采用浸提法抽取魚肝或魚皮的油脂。浸提油脂所用的溶劑己烷庚烷環(huán)烴類的環(huán)己烷 速溶咖啡的制造 從咖啡豆中浸提出可溶性成分，經(jīng)噴霧干燥或冷凍干燥可制得速溶咖啡。制造速溶咖啡的流程中，最重要

13、的是浸提和干燥。浸提操作的好壞直接影響速溶咖啡的成品率、品質(zhì)和干燥成本。 工藝流程咖啡豆在浸提前，需進行調(diào)配、凈化、焙炒及磨碎等處理。經(jīng)焙炒好的咖啡粒，可以采用多級固定床浸提器，以熱水作溶劑進行浸提。 影響因素物料粒徑小及浸提溫度高時，浸提速率及浸提得率較高。如果溫度太高，則因過度水解，浸提液中會有一些異味物質(zhì)，即產(chǎn)品的品質(zhì)要下降。咖啡豆若磨得太碎，則將影響浸提器內(nèi)溶液的流動，有時還會導致咖啡油的溶出，因此咖啡不宜磨得太細。 復習題1擴散現(xiàn)象：分子熱運動隨意彌散的宏觀現(xiàn)象。 物質(zhì)不斷自動由濃度高的地方向濃度低的地方散開，直到達到均勻為止。2滲透現(xiàn)象：只允許溶劑通過，而不允許溶質(zhì)通 過的半透膜。

14、3浸析現(xiàn)象：浸析膜除了能允許溶劑通過之外， 還允許一些中小分子的溶質(zhì)通過卻不能讓大分子膠體物質(zhì)通過。4萃余率： 食品分離加工技術-吸收食品工業(yè)應用吸收：清涼飲料的充（碳酸）氣物理吸收：通氣發(fā)酵中氧氣的吸收，揮發(fā)性香精的回收 化學吸收：硫漂SO2操作脫吸天然油類的脫臭，脫臭后才能與人造奶油等食品進行配料；用于液體食品 (果汁，乳制品，原料水等）的脫氣。一、吸收的基本概念吸收：是液體與氣體在接觸過程中，氣體或氣體中的組分溶解于液體的傳質(zhì)操作。脫吸：吸收操作的逆過程2、吸收的理化反應物理吸收：單純的氣體溶于液體的物理過程在氣體吸收操作中，不伴隨有明顯的化學反應，例如：通氣發(fā)酵中氧氣的吸收揮發(fā)性香精的

15、回收化學吸收：在氣體吸收過程中，伴隨有明顯的化學反應，稱為化學吸收，通常為了加速反應，同時還使用催化劑。例如：油脂的氫化處理，油脂氫化時，氫氣鼓泡通過油脂，并發(fā)生化學反應。氫氣被油脂吸收后，與油脂分子的不飽和鍵起加氫反應，并使之硬化。食品工業(yè)上的硫漂操作（SO2的吸收）二、吸收的基本理論(一) 吸收操作的相平衡1、氣體在液體中的溶解度：在一定條件下，使氣體與液體相接觸，則氣體就溶解在液體中。氣液兩相經(jīng)過相當長時間的接觸后，兩相必將達到平衡。在達到平衡時，氣體將不再繼續(xù)溶解稱為平衡溶解度。2、氣體的平衡溶解度性質(zhì)氣體混合物中每一組分可被吸收的程度，不但與該組分在混合氣體中的分壓有關，也與該組分溶

16、解后所產(chǎn)生的分壓有關。溶于液體中的氣體，作為溶質(zhì)，必然產(chǎn)生一定的分壓。分壓大小表示該溶質(zhì)回到氣相的能力，當溶質(zhì)產(chǎn)生的分壓與氣相中該組分的分壓相等時，氣液達到平衡，溶解過程即終止。氣體的平衡溶解度是可改變的。 3、亨利定律在一定的溫度下，當氣體壓力不很高時，稀溶液到達平衡后，被吸收組分在液相中的濃度與它在氣相中的分壓成正比。此關系稱為亨利里（Henry）定律，可用下式表示：CA=Hp* 式中： CA-溶質(zhì)在液相中的濃度 H-溶解度系數(shù) p*-平衡時氣體在液面上方的分壓亨利定律其他形式 yA*=mxA 式中yA*-氣液平衡時，溶質(zhì)氣體A在氣相中的濃度 （摩爾分率） xA-溶質(zhì)氣體A在液相中的濃度

17、（摩爾分率） m-相平衡常數(shù)（二）吸收速率 根據(jù)雙膜理論，可以寫出組分A穿過氣膜的吸收速率方程如下：組分A穿過液膜的吸收速率方程為： 對于穩(wěn)定的操作，如同其他穩(wěn)定過程一樣，應有：nA=kG(p-pi)=kL(ci-c)設吸收質(zhì)組分A在兩相中的平衡關系符合亨利定律，則根據(jù)yA*=mxA式可假設：式中表明：界面下Ci與pi成平衡，p*為與液相濃度平衡的氣相分壓，C*為與氣相分壓成平衡的液相濃度。將此關系代入前一式，可得以總的分壓差或濃度差或濃度差為推動力的吸收速率方程式： 式中 kG是根據(jù)吸收推動力以分壓差 (P一P*)表示的吸 收總系數(shù)， KL是根據(jù)吸收推動力以濃度差 (C*一C)表示的吸 收總

18、系數(shù)。(三)吸收操作的物料衡算1、吸收操作線方程：吸收操作與傳熱相似，逆流操作可以獲得最大的分離效率。因此，以下討論是以逆流操作為基礎。如圖12-7所示，被處理的氣體在設備內(nèi)從底部上升， 而吸收劑則從上方噴淋而下。這樣氣體與吸收劑接觸，吸收質(zhì)就從氣相轉(zhuǎn)入液相。吸收操作中，由于氣相中不被吸收的氣體 (惰性氣體)的量基本保持不變，而液相中作為吸收劑液體的量也可認為保持不變，故作物料衡算時，用質(zhì)量比或摩爾比來表示兩相的濃度最為方便。設V：單位時間通過吸收設備的惰性氣體量kmol/s， L：單位時間通過吸收設備的吸收劑量，kmol/sy。 y1 y2：為吸收設備任意截面，底部、頂部的氣相組 成，摩爾比

19、， x、x1 、x2：吸收設備任意截面、底部、頂部的液相 組成，摩爾比取任意截面處的微分高度dz，對此微分體積作物料衡算，可得: Vdy=Ldx 在穩(wěn)定的吸收操作條件下，如將上得微分式由底部至任意截面進行積分，可得： 吸收的操作線方程，它說明吸收操作中，任意截面處兩相濃度變化的互相依賴關系。在穩(wěn)定操作中，L和V都是定值，其斜率L/V稱為液氣比。說明操作線也通過點 （x2 y2)。出此可見，吸收操作線的畫法是聯(lián)結表式底部和頂部氣、液相濃度的兩點的直線。上述吸收操作線是由物料衡算而推得，它僅決定于兩相的流量V和L以及吸收器底部 (或頂部)的兩相組成，與兩相平衡關系、吸收器的形式、相際接觸情況及操作

20、條件 (溫度、壓力)等因素無關。2、吸收的氣液平衡線和汽液比平衡線是表示氣液平衡關系的曲線，它表明了吸收過程所能達到的極限。 如果吸收操作中，氣相進出口濃度y1、y2和吸收劑進口組成x2，由生產(chǎn)任務和工藝要求所規(guī)定，則在操作線一端D點既定的條件下，E點位置將隨著操作線的斜率(L/V )而變化，換言之即隨吸收劑用量而變化。 L 越小，底部排出液的濃度就愈高，此時傳質(zhì)平均推動力 就相應降低，吸收就愈困難，從而就需要更長的兩相接觸時間和更高的設備。當L小到某一值時，操作線與平衡線相交(或相切)，這時推動力 ，吸收操作即停止。但這時吸收劑的用量為最小，而排出液的濃度最高。 通常實際用量取最小用量的l.

21、22.0倍三、吸收設備和裝置系統(tǒng)（一）工業(yè)吸收設備應滿足下列條件吸收 (或脫吸)速度要大吸收 (或脫吸)后所得溶液的濃度要盡可能的高 (或低)氣體通過吸收設備的阻力要小，以節(jié)省動力消耗食品的吸收 (或脫吸)設備的構材必須能耐腐蝕并符合衛(wèi)生要求。 （二）吸收設備分類按氣液相接觸方式，大致可分以下幾類表面式和膜式吸收器濺灑式噴霧式吸收器混合式吸收器填料式和鼓泡式吸收器 1、表面式和膜式吸收器 氣體掠過靜止液體的表面或緩慢流動的液膜表面，被吸收組分在此過程中由氣相轉(zhuǎn)入液相。主要用于易溶氣體的吸收。其吸收表面積是有限的。為了加大吸收表面積，就有管式、波紋板式、錐盤式等各種液膜式吸收器。在食品工業(yè)上，主

22、要用于汽水制造的CO2吸收。在糖液加碳酸氣的同對要進行冷卻。2、濺灑式吸收器是利用機械活動部分的回轉(zhuǎn)作用，使液體分散成大量細液滴而與進入的氣體接觸。 3、混合式吸收器 噴射式是利用水利噴射器的原理來抽吸被吸收的氣體使之混合接觸而達到吸收的目的。需要有高壓的液體泵送設備，噴射式設備的吸收效率較高，其缺點是液體消耗量大。若采用循環(huán)操作，則可節(jié)約液量。文丘里式是利用氣體流過文丘里來抽吸液體而混合的設備。當用于氣體吸收時，具有體積小處理量大特點。用于氣膜控制系統(tǒng)較為有利。 混合式吸收器4、填料塔和湍球塔 填料塔為工業(yè)上廣泛應用的吸收設備。 塔內(nèi)裝有填料、上方噴淋的液體沿填料表面成膜狀下降， 氣液內(nèi)相即在其濕 表面進行接觸。 湍球塔是由支承柵板，球形填料、擋網(wǎng)和涂沫器等