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第 七 章 功能食品加工技术. 第 七 章 功能食品加工技术. 第一节 一般分离技术 第二节 膜分离技术 第三节 超微粉碎技术 第四节 微胶囊化技术 第五节 超临界CO2萃取、精制技术. 第一节 一般分离技术. 一、分离概念. 分离是食品加工中的一个主要操作，它是依据某些理化原理将一种中间产品中的不同组分分离。 例如：蒸发技术即通过发生汽化作用使蒸汽与液体分开。 超滤是一种依据分子大小来分离食品组分的分离技术。 其它分离方法包括干燥和冷冻浓缩。. （一）过滤 （二）压榨 （三）离心. 二、食品的物理机械分离. 机械分离.
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第七章 功能食品加工技术 第一节 一般分离技术 第二节 膜分离技术 第三节 超微粉碎技术 第四节 微胶囊化技术 第五节 超临界CO2萃取、精制技术
第一节 一般分离技术 一、分离概念 分离是食品加工中的一个主要操作，它是依据某些理化原理将一种中间产品中的不同组分分离。 例如：蒸发技术即通过发生汽化作用使蒸汽与液体分开。 超滤是一种依据分子大小来分离食品组分的分离技术。 其它分离方法包括干燥和冷冻浓缩。
（一）过滤 （二）压榨（三）离心 二、食品的物理机械分离
(一) 过滤 过滤是利用一种能将悬浮液中固体微粒截留，而液体能自由通过的多孔介质，在一定的压力差的推动下，而达到分离固液二相的目的。属于机械分离操作。
（二）压榨 压榨可以定义为从半固体物料中加压，而使液体排出的操作。
（三）离心 将液-固、液-液、液-液-固相所组成的混合物用离心方式加以分离的操作过程。目的回收有价值的固相或液相、或两相都回收。一般采用离心机离心。 图8:立式过滤离心机
三、食品的扩散平衡分离 （一）结晶 （二）蒸馏 （三）吸收/汽提 （四）浸提 （五）吸附 （六）离子交换
（一）结晶 结晶指从均匀相中形成固体颗粒的过程。包括由蒸汽转化变成的固体，液体熔化物的凝固和液体溶液的结晶析出过程。是制备纯物质的有效方法。
（二）蒸馏 蒸馏是分离均相液 体混合物的一种方 法。蒸馏分离的依据是，根据溶液中各组分挥发度（或沸点）的差异，使各组分得以分离。其中较易挥发的称为易挥发组分（或轻组分）较难挥发的称为难挥发组分（或重组分）。
（三）吸收/汽提 • 通过将一种组分选择性吸收或溶解到液体中来除去蒸汽相中的少量杂质，被称为吸收。如：除去空气中的氨或硫化氢。 • 通过选择性吸收到气流中来除去液相中的杂质称为汽提。如：植物油的脱臭。
（四）浸提/萃取 当固态原料中的一种组分被 溶解在液体溶剂中时，这种 组分就被提取，这就称作为 浸提或固液抽提（萃取）。
（五）吸附 用多孔性固体物质，使水中的一种或多种物质被吸附在固体表面而去除的方法。 具有吸附能力的多孔性固体物质称为吸附剂，而水中被吸附的物质则称为吸附。
（六）离子交换 离子交换也是一种表面现象，即树脂表面的离子与液相中含有的其他离子进行交换。这种交换的推动力是由于不同种类离子的吸附能差。离子交换就是树脂上已经存在的吸附能较弱的一种离子被溶液中有较高吸附能的一种离子所取代。
一、膜分离技术 1、膜分离的基本概念 用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和浓缩的方法，统称为膜分离，也称微孔过滤。是一种使用半透膜的分离方法。 2、膜分离的特点 ①具有选择透过性；②具有两个界面；③不发生相变化；④在常温下进行，适用于热敏性物质、酶、果汁等分离浓缩；⑤适应范围广，有机物、无机物，从病毒到微粒等。
4、膜与膜分离技术的分类 膜按膜微观结构分： 对称膜、不对称膜、复合膜、多层 复合膜等。 膜按膜宏观结构分： 平板膜、卷式膜、管式膜、毛细管膜、中空纤维等。
6、分离用膜 • （1）纤维素酯系膜 • （2）聚酰亚胺膜 • （3）聚砜系膜
7、膜分离的基本方法及其原理 反渗透和纳滤 渗 透 过 程 示 意 图 反渗透原理：当用一个半透性膜分离两种不同浓度的溶液时，膜仅允许溶剂分子通过。由于浓溶液中溶剂的化学位低于它在稀溶液中的化学位，稀溶液中的溶剂分子会自发地透过半透膜向浓溶液中迁移。
7、膜分离的基本方法及其原理 • 超滤 被分离的溶液借助外界压力的作用，以一定的流速沿着具有一定孔径的超滤膜面上的流动，让溶液中的无机离子、低分子物质透过膜表面，把溶液中的高分子、大分子物质、胶体、蛋白质、细菌等大分子截留下来，从而实现分离与浓缩的目的。 连续式重过滤操作示意图
7、膜分离的基本方法及其原理 • 电渗析 电 渗 析 过 程 原 理 示 意 图
7、膜分离的基本方法及其原理 • 电渗析是在外电场的作用下，利用一种特殊膜（称离子交换膜）对离子具有不同的选择透过性而使溶液中的阴、阳离子与其溶剂分离。由于溶液的导电是依靠离子迁移来实现的，其导电性取决于溶液中的离子浓度和离子的绝对速度。离子浓度愈高，离子绝对速度愈大， 遇溶液的导电性愈强即溶液的 电阻率愈小。
8、膜在食品工业中的典型应用 （1）从乳清中回收蛋白质 （2）在饮料中的应用 （3）在豆制品工艺中的应用 （4）在纯水制造工业中的应用 （5）其它食品工业中的应用 • a、淀粉加工 • b、制糖工业废水处理 • c、动物血液处理 • d、蛋清的浓缩 • e、酒和含酒精饮料的精制
第三节 超微粉碎技术 一、简介 • 超微粉碎是近20年迅速发展起来的一项高新技术，能把原材料加工成微米甚至纳米级的微粉，已经在化工、医药、食品、农药、化妆品、染料、涂料、电子、航空航天等许多领域得到了广泛的应用。
超微粉碎一般是指将3mm以上的物料颗粒粉碎至10～25μm以下的过程。由于颗粒的微细化导致表面积和孔隙率的增加，超微粉体具有独特的物理化学性能，例如良好的分散性、吸附性、溶解性、化学活性等，因此应用领域十分广泛。超微粉碎一般是指将3mm以上的物料颗粒粉碎至10～25μm以下的过程。由于颗粒的微细化导致表面积和孔隙率的增加，超微粉体具有独特的物理化学性能，例如良好的分散性、吸附性、溶解性、化学活性等，因此应用领域十分广泛。
二、应用 • 1.在中药加工中的应用 中药的超微粉碎，当前主要指细胞级粉碎，即指以动植物类药材细胞壁为目的的粉碎作业。运用现代超微粉碎技术，可将原生药粉碎到5～10μm以下，在该细度条件下，一般药材细胞的破壁率≥95%，从而表现出增加药物吸收率，提高药效，节省原料等优势。
2.在食品加工中的应用 在软饮料加工、果蔬加工、粮油加工、水产品加工、功能性食品加工行业、巧克力生产、调味品加工等领域都有应用。经超微粉碎技术加工后的茶粉、面粉、珍珠粉、骨粉等产品具有易于吸收、口感好等优点。
3.在生物制品中的应用 如用聚山梨酯-80修饰的纳米粒，能促使多肽类药物透过血-脑脊液屏障。 • 4.其他方面的应用 如磁带用磁粉，涂料用TiO2等的超微粉已引起人们的重视。
三、主要设备及其应用 • 1.机械冲击式粉碎机 • 粉碎效率高、粉碎比大、结构简单、运转稳定，适合于中、软硬度物料的粉碎。 • 这种粉碎机不仅具有冲击和摩擦两种粉碎作用，而且还具有气流粉碎作用，产品细度一般可达到d97＝10μm ，配以高性能的精细分级机后可以生产d97 ＝5～10 μm的超细粉体产品。 • 由于是高速运转，要产生磨损问题，此外还有发热问题，对热敏性物质的粉碎要注意采取适宜措施。
2.气流粉碎机 • 原理：以压缩空气或过热蒸汽通过喷嘴产生的超音速高湍流气流作为颗粒的载体，颗粒与颗粒之间或颗粒与固定板之间发生冲击性挤压、摩擦和剪切等作用，从而达到粉碎的目的。 • 与普通机械冲击式超微粉碎机相比，可将产品粉碎得很细(d97 产品粒度可达2～40μm)，粒度更均匀；又因为气体在喷嘴处膨胀可降温，粉碎过程没有伴生热量，所以粉碎温升很低。这一特性对于低熔点和热敏性物料的超微粉碎特别重要。
3.普通球磨机 是用于超微粉碎的传统设备，其特点是粉碎比大、结构简单、机械可靠性强、磨损零件容易检查和更换、工艺成熟、适应性强，产品粒度可达20～40μm。但当产品粒度要达到20μm 以下时，效率低、耗能大、加工时间长。例如，将珍珠磨到几百目，要十几个小时。
4.振动磨 • 原理：用弹簧支撑磨机体，由内带有偏心块的主轴使其振动，运转时通过介质和物料的一起振动，将物料进行粉碎。 • 特点：介质填充率高〔一般为60％～80％)，单位时间内的作用次数高(冲击次数为球磨机的4～5倍)，因而其效率比普通球磨饥高10～20倍，而能耗比其低数倍。 • 通过调节振动的振幅、振动频率、介质类型、配比和粒径等可加工不同粒度和粒度组成的产品。 产品的平均粒径可达2～3μm以下，对于脆性较大的物质可比较容易的得到亚微米级产品。 • 近年来通过实践，振动磨日益受到重视，原因就是振动磨对某些物料产品粒度可达到亚微米级，同时有较强的机械化学效应，且结构简单，能耗较低，磨粉效率高，易于工业规模生产。
5.搅拌磨 • 由球磨机发展而来，同普通球磨机相比，搅拌磨采用高转速和高介质充填率及小介质尺寸，获得了极高的功率密度，使细物料研磨时间大大缩短，是超微粉碎机中能量利用率最高、很有发展前途的一种设备。 • 在加工小于20μm的物料时效率大大提高，成品的平均粒度最小可达数微米。高转速搅拌磨机可用于最大粒度小于微米以下产品，在颜料、陶瓷、造纸、涂料、化工产品中已获得了成功。 • 目前高转速搅拌磨在工业上的大规模应用有处理量小和磨损成本高两大难题。随着高性能耐磨材料的出现，相信这些问题都能得到解决。
四、前景展望 • 1.进一步开发保健滋补中药超微粉体 如大枣、龙眼肉、枸杞子等药食兼用的中药和花粉、孢子类等来源稀少、价格昂贵的滋补中药可提高疗效。 • 2.开发新型的超微细中药散剂 目前散剂的加工技术多数水平较低，粉粒较大且不均匀，不利于药物的充分吸收，甚至产生局部刺激作用。采用超微粉碎技术可提高产品质量和提高药效。
3.逐步开发超微细中药粉体疗效型化妆品及日用品3.逐步开发超微细中药粉体疗效型化妆品及日用品 如中药祛斑霜、中药美唇膏等前景十分可观。 • 4.超微细胞与药物研制成新型的靶向制剂 将为一些疗效好而不良反应大的药物 开发与利用找到新的出路。
5.促进食品工业的深加工，提高产品附加值 提高食品的口感，且有利于营养物质的吸收；原来不能充分吸收或利用的原料被重新利用，配制和深加工成各种功能食品，开发新食品饮料，增加食品品种，提高资源利用率。
第四节 微胶囊化技术 Microencapsulation processes 它是将固体、液体或气体包裹在一个微小的胶囊中。包封用的壁壳称为壁材；被包的囊芯称为芯材，芯材可以是单一的，也可以是复合的。囊壁厚度一般为0.1～200μm之间，微胶囊的粒子大小，因制备工艺及用途不同而不同，理论上可以制成0.01μm～1000μm的微胶囊。
微胶囊技术基础 • 微胶囊的心材与壁材 • 微胶囊化方法的分类 • 微胶囊化方法选择的依据 • 微胶囊化的步骤 • 微胶囊的功能
微胶囊化的方法 微胶囊制品的制备及其在食品中的应用 • 喷雾干燥法 • 喷雾冷却法和喷雾冷冻法 • 空气悬浮成膜法 • 挤压法 • 凝聚法 • 复相乳液法 • 熔化分散与冷凝法 • 囊心交换法 • 粉末床法 • 界面聚合法 • 原位聚合法 • 锐孔-凝固浴法 • 包结络合物法 • 微胶囊化香料和风味料 • 微胶囊化酸味剂 • 微胶囊化酶制剂和微胶囊化细胞 • 微胶囊化防腐剂 • 固体饮料 • 胶囊饮料 • 用β-环糊精制取速溶茶 • 用β-环糊精脱除食品胆固醇 • 其他方面的应用
Microencapsulation processes • Spray drying喷雾干燥法 • Air suspension coating空气悬浮成膜法 • Extrusion挤压法 • Spray cooling and Spray chilling喷雾冷却法和喷雾急冷法 • Coacervation (phase separation)凝聚 • Centrifugal extrusion • Rotational suspension separation • Inclusion complexation包结络合物法
Spray drying Spray drying system
Air suspension coating Schematic of a conventional air suspension system
Extrusion Schematic of extrusion process
