食品分离技术练习题111

食品分离技术：是指各种分离技术（包括物理、化学的以及物理化学的）在食品科学及食品工程中的应用。食品分离技术的重要性：①食品分离技术是食品工业的基础。是食品生产的主要工序。如茶叶提取、糖的精制，植物油提取。②提高食品原料的综合利用程度。③保持和改进食品的营养和风味。④去除原料和产品中的有害成分，使之符合食品卫生要求。⑤改变食品行业的生产面貌。食品分离过程的特点：①分离对象种类繁多，结构复杂；②产品质量与分离过程关系密切；③食品安全性要求分离技术效率高，选择性强；④为防止食品分离过程中发生腐败，需要控制分离条件，缩短分离时间。食品分离方法的确定：①查找待分离组分的基本性质；②选择和确立对该组分进行定性定量测定的方法；③了解原料的特性及待分离组分的含量等性质；④确立所用分离技术及对分离条件进行实验选择；⑤对分离效果进行评价；⑥中试和工业放大设计。分离技术工业化前景的评价：①分离效率及其选择性；②产品质量；③产品安全性；④生产工艺的简化；⑤生产成本。沉淀分离的目的：①通过沉淀使目标成分达到浓缩和去杂质的目的；②通过沉淀使已纯化的产品由液态变为固态。沉淀分离通常的方法：①无机沉淀剂沉淀分离：以盐类作为沉淀剂②有机沉淀剂沉淀分离：以有机溶剂作为沉淀剂③非离子多聚体沉淀剂沉淀分离④等电点沉淀法⑤共沉淀分离法⑥变性沉淀分离法：使目标成分变性盐析法的原理当盐浓度较高时，盐离子与水分子作用，使水的活度降低，原来溶液中大部分的自由水转变为盐离子的水化水，从而降低蛋白质极性基团与水分子之间的作用，破坏蛋白质分子表面的水化层，使之聚集沉淀。影响盐析效果的因素①蛋白质浓度的影响高浓度的蛋白溶液，可减少盐的用量；但共沉现象严重。用低浓度蛋白溶液进行盐析，需用较多的盐，共沉作用较轻。②离子强度的影响高盐浓度则盐析，离子强度越大，蛋白质的溶解度越低。③离子类型对盐析效果的影响盐析剂种类很多，不同种类的盐对蛋白溶解度的影响是不同的；离子半径小且电荷高的离子对盐析作用的影响较强，离子半径较大而电荷低的离子影响较弱；不同种类的盐对溶解度的影响，主要是对Ks值的影响，，Ks值越大，该盐的盐析效果越好。④温度的影响温度是影响溶质溶解度的重要因素，升高温度可以增加许多无机盐和小分子有机化合物的溶解度；但在高盐浓度中，蛋白质等生物大分子物质的溶解度随温度的升高反而减小⑤PH值对盐析效果的影响β值除与蛋白质和温度有关外，还与pH有关；盐析pH的选择要以不降低产物的活性为原则；由于蛋白质在等电点时最易沉淀，故可选择等电点的pH作为盐析pH2．什么是等电点两性电解质在不同PH值的溶液中具有不同的解离状态，电荷情况也不同，能使两性电解质处于荷电性为零的PH值，极为该两性电解质的等电点，通常以PI表示。等电点沉淀基本原理蛋白质处于等电点时，其净电荷为零，由于相邻蛋白质分子之间没有静电斥力而趋于聚集沉淀。因此在其他条件相同时，它的溶解度达到最低点。在等电点以上或以下的pH时，蛋白质分子携带同种符号的净电荷而相互排斥，阻止了单个分子聚集成沉淀，因此溶解度较大。等电点是如何确定的PI=1/2(PK1+PK2)生物大分子的分离和除杂、提纯的其它沉淀分离方法：①变性沉淀法生成盐类复合物沉淀法②非离子型聚合物沉淀法超临界流体是指热力学状态处于临界点CP(Pc、Tc)之上的流体（临界点是气、液界面刚刚消失的状态点）。超临界流体的性质特征：①超临界流体的P－V－T性质稍高于临界点温度的区域，压力稍有变化，即引起密度的很大变化，这时，超临界流体密度已接近于该物质的液体密度，而此时的状态仍为气态，因此，超临界流体具有高的扩散性，与液体溶剂萃取相比，其过程阻力大大降低②超临界流体的传递性质由于超临界流体的自扩散系数大，粘度小，渗透性好，与液体萃取相比，可以很快地完成传质，达到平衡，促进高效分离过程的实现③超临界流体的溶解能力超临界流体的溶解能力，与密度有很大关系，在临界区附近，操作压力和温度的微小变化，会引起流体密度的大幅度变化，因而也将影响其溶解能力。④超临界流体的萃取选择性对萃取剂的要求：按相似相溶原则，选用的超临界流体与被萃取物质的化学性质越相似，溶解能力就越大。从操作角度看，使用超临界流体为萃取剂时的操作温度越接近临界温度，溶解能力也越大。利用超临界流体完成萃取过程的基本原理是什么？在流体的临界温度点附近，压力的微小变化，都会引起密度的较大变化。且密度越高，对物质的溶解能力就越高。因此，超临界流体萃取技术就是利用超临界流体的这种密度变化的特性，控制适当的操作条件，在高密度条件下（高压、低温）下，将带分离组分萃取出来，然后改变操作条件（稍提温或降压），将待分离组分分析出得以分离。超临界流体萃取特征有那些。①超临界流体的溶解能力随着其密度的增大而提高，因此，通过改变超临界流体的密度，可将待分离成分萃取和分离。②在接近临界点处只要温度和压力有微小的变化，超临界流体的溶解度和密度都会有较大的变化。③萃取过程完成后，超临界流体由于状态的改变，易从分离成分中脱出，不给原料造成污染，因此适于食品和医药等行业。④萃取剂临界温度适中、化学性质稳定、无腐蚀性，适用于热敏和易氧化成分的分离。⑤属高压技术，需要相应的高压设备超临界CO2作为萃取剂与常规的有机溶剂相比的优点（采用原因）：①可以在接近室温(35-40℃)及CO2气体笼罩下进行提取，有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散，完整保留生物活性，而且能把高沸点，低挥发渡、易热解的物质在其沸点温度以下萃取出来。②CO2化学性质稳定，无毒无害，不易燃易爆。③控制工艺参数可以分离得到不同的产物，可用来萃取多种产品，而且原料中的重金属、无机物、尘土等都不会被CO2溶解带出。④能耗少；热水、冷水全都是闭路循环，无废水、废渣排放。CO2也是闭路循环，仅在排料时带出少许，不会污染环境。⑤全过程不用有机溶剂，因此萃取物绝无残留溶媒，同时也防止了提取过程对人体的毒害和对环境的污染，100%的纯天然，符合当今“绿色环保”、“回归自然”的高品位追求结合P31页图3-3说明超临界流体萃取的典型流程。P31等温变压法：控制系统的温度。超临界萃取是在产品溶质溶解度为最大时的温度下进行。然后萃取液通过热交换器使之冷却。将温度调节可以在分离器中加以收集。溶剂可经再压缩进入萃取器循环使用。等压变温法：控制系统的压力。富含溶质的萃取液经减压阀降压。溶质可在分离器中分离收集。溶剂也经再压缩循环使用或者径直排放吸附法：在定压绝热条件下，溶剂在萃取器中萃取溶质。然后借助合适的吸附材料如活性炭等以吸收萃取液中的溶剂。5．举例说明超临界流体萃取技术在食品工业中的应用。①动植物油的萃取分离:超临界法：萃取率高，选择性好，无溶剂残留，无污染；工艺简单，只需控制温度和压力即可得到不同组分的产物。②脱咖啡因③啤酒花萃取④食品原料处理⑤鱼油中DHA的提取⑥生化制品及天然产物提取⑦二氧化碳超临界萃取大蒜素膜分离法：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，由于溶液中各组分透过膜的迁移率不同而实现分离的一种技术。膜分离技术特点：①高效的分离过程②低能耗③接近室温的工作温度④纯物理过程，品质稳定性好⑤连续化操作，灵活性强⑥环保，无污染⑦投资少什么叫渗透，渗析，对应的分离方法有那些？渗透：当利用半透膜把两种不同浓度的溶液隔开时，浓度较低的溶液中的溶剂(如水)自动地透过半透膜流向浓度较高的溶液，直到化学位平衡为止的现象。电渗透、热渗透、渗透、反渗透。渗析：又称透析。一种以浓度差为推动力的膜分离操作，利用膜对溶质的选择透过性,实现不同性质溶质的分离。即利用半透膜能透过小分子和离子但不能透过胶体粒子的性质从溶胶中除掉作为杂质的小分子或离子的过程。电渗析、热渗析、压渗析、渗析。反渗透的分离技术基本原理：若在一选择性膜的两边分别放入纯溶剂A和含溶质的稀溶液B,在等温、等压的起始条件下,因纯溶剂A的化学位μAL大于稀溶液中溶剂的化学位μAR,此时溶剂向稀溶液侧渗透,此过程为浓度差作用下的渗透。随着溶剂的渗透,稀溶液侧液面升高,静压力增大,化学位上升,当达到渗透平衡时,稀溶液侧液面上升位能ρgh为稀溶液的渗透压,用π表示。若在稀溶液侧施加一大于π的静压,使μARμAL,溶剂便向纯溶液侧渗透,此过程即为反渗透。其必须满足的两个条件是:一个择性透过膜和一个大于渗透压的静压差。影响反渗透操作的因素有那些。58-59超滤分离技术的基本原理：超滤实际上是减压过滤,它是在减压条件下,使样品通过具有一定孔径的半透膜,大分子和不容物留在膜上并与小分子的待测组分分离。与反渗透类似，越滤的推动力也是压差，在溶液侧加压，使溶剂透过膜而得到分离。与反渗透不同的是，在超滤过程中，小分子溶质将随同溶剂一起透过超滤膜。在超滤中，其分离的物理因素较物化因素更为重要。超滤适用于1-50nm的生物大分子的分离，如蛋白质、病毒等。操作压力常为0.1-1.0MPa结合P71-73页图5-5到5-9说明实验室膜分离装置的归属。P70-73反渗透和超滤技术的共同点和区别分别是什么？共同点：原理相同，半渗透膜不同点：超物理因素重要，反物化因素重要；超包括筛分过滤作用和选择性渗透作用，反只有后者；超滤膜孔径稍大，操作压力较低。举例说明反渗透及超滤技术的工业化应用。超滤膜分离技术应用领域超滤膜的应用也十分广泛反渗透预处理、饮用水制备；制药、色素提取；阳极电泳漆和阴极电泳漆的生产；电子工业高纯水的制备、工业废水的处理。主要应用实例：纯水的制备。超滤技术广泛用于水中的细菌、病毒和其他异物的除去，用于制备高纯饮用水、电子工业超净水和医用无菌水等。食品工业中的废水处理。在牛奶加工厂中用超滤技术可从乳清中分离蛋白和低分子量的乳糖。在医药和生化工业中用于处理热敏性物质，分离浓缩生物活性物质，从生物中提取药物等。汽车、家具等制品电泳涂装淋洗水的处理。汽车、家具等制品的电泳涂装淋洗水中常含有1％～2％的涂料（高分子物质），用超滤装置可分离出清水重复用于清洗，同时又使涂料得到浓缩重新用于电泳涂装。果汁、酒等饮料的消毒与澄清。应用超滤技术可除去果汁的果胶和酒中的微生物等杂质，使果汁和酒在净化处理的同时保持原有的色、香、味，操作方便，成本较低。造纸厂的废水处理。浓差极化：在反渗透过程中，由于水不断地透过膜，引起膜表面附近的溶液浓度升高，从而在膜的高压一侧溶液中，从膜表面到主体溶液之间形成一个浓度梯度，引起溶质从浓的部分向淡的部分扩散，这一现象即为浓差极化。浓差极化会导致渗透压增加，从而使得有限操作压力减少。膜分离在食品工业中的应用：A饮料工业中的应用：果汁的预浓缩（反渗透CA膜）、果汁的澄清（超滤CA、聚砜）；B乳液工业中干酪用脱脂乳的浓缩（反渗、超滤）；C豆制品工业：大豆蛋白的回收（超滤、反渗透）；D纯水制造工业中：杂质去除与纯水获取（反、超、为、渗析）；E其他工艺：淀粉加工、蛋白质回收（反、超）、酒精澄清杀菌（反）反渗透膜组件的几种形式：卷式、极框式、中空纤维式、管式。管式和中空纤维式又可分为内压式（膜涂于管内，料液由管内走）和外压式（膜涂于管外，料液走管外间隙）结晶：指物质从液态（溶液或熔融体）或蒸汽形成晶体的过程。是获得纯净固态物质的重要方法之一。晶体：是质点（分子、原子或离子）在空间有规则地排列的固体物质。晶面：围绕晶体的天然平面晶棱：两个晶面的交线晶胞：组成空间点阵结构的基本单位成为晶胞。晶体就是由许多晶胞密集堆砌而成的。晶格：假设通过原子结点的中心划出许多空间直线所形成的空间格架。液晶：某些液体的内部结构和固态晶体一样，明显具有规律性的空间排列，这种晶体称为液晶。2.不同有机物形成的晶体有什么不同。P135-136有机酸，单糖，核苷酸，氨基酸，维生素，辅酶：相对分子量小，结构简单，分子型或离子型晶体多糖、蛋白质、酶、核酸：M大，结构复杂，分子不易定向聚集，难获结晶。支链少、对称性好比反之易结晶。分子越大越南结晶3.形成晶体的条件有那些。P135-138物质的性质（M小，支链少，对称性好），溶质的纯度（杂质含量越低越利于结晶），溶液的饱和度（过饱和区内形成晶核，饱和