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食品分离技术的现状及研究进展

1 分离操作在食品工业中的作用
随着食品工业的发展，化工单元操作不断向食品工业渗透并在食品加工领域内实践和提高，形成了适应食品加工特殊规定的新的单元操作。由于食品加工所用的动植物性原料几乎都为固态和液态，为了使固体和液体原料成为多种美味可口、营养丰富的食品，一方面必须提取其精华，扬弃其糟粕，分离出不同成分并组合成不同种类的制品。同时为了做到有益无毒，风味别致，又必须反复提纯和精制。因此分离操作已在食品工业中占有相称重要的地位，研究分离技术在食品加工中的应用，对食品加工的科学化具有重要意义[1]。
食品分离技术在食品工业中具有相称重要的地位。其重要性表为以下几个方面:(1)食品分离技术是食品工业的基础[2]。绝大多数食品工业都分离不开食品分离技术，其中不少行业都是以分离工程为重要生产工序的。例如植物油的提取，淀粉的分离，糖制品的分离以及精练提纯等等。(2)食品分离技术能提高食品原料的综合运用限度。在食品加工工程中运用分离技术可以有效的运用食品原料中的各种成分，提高原料的综合运用限度，就提高了食品原料的运用价值。例如采用有效的分离方法可以从茶叶下脚料中分离出茶多酚、茶碱等，从柑橙中分离甘橙油、果胶等，使原料运用率大为增值。制糖行业中色谱分离技术的应用使得产糖率大大提高。(3) 食品分离技术能保持和改善食品的营养和风味。采用现代分离技术可以将一些需在高温下完毕的工艺改为在常温下进行，这样就可以大大地改善食品的色、香、味及营养。如用膜分离技术代替常规的蒸发浓缩和真空浓缩咖啡、果汁、茶汁等[3-4]。
(4) 食品分离技术使产品符合食品卫生规定。食品分离技术涉及提取原料中的有益组分和去除其中的有害成分。如花生、玉米等油制品易受黄曲霉污染而产生黄曲霉素，所以在加工过程中必须用适当的方法将其去除。（5）现代食品分离技术能改变食品行业的生产面貌。现代分离技术在食品工业中的应用，往往可以使行业的生产面貌大为改观。例如过去运用太阳能将海水浓缩后结晶制食盐，如今运用食品分离技术制食盐，使得整个行业生产面貌大大改观。
2 食品工业中的分离操作方法
分离技术在工农业生产中具有重要作用，并且与我们的平常生活息息相关，同时分离机技术也在不断促进其它学科的发展[5]。由于采用了有效的分离技术，可以分离和提纯较纯的物质，大大的推动了化学学科的发展。又由于各种层析技术、超离心技术和电泳技术的发展和应用，使生物化学等生命科学得到了迅猛的发展。
分离操作涉及机械分离和传质分离两大类，机械分离是指被分离的混合物由多于一相的物料所组成，分离设备只是简朴地将混合物进行相分离，它属于非均相物系的分离，如沉降，过滤等。另一种分离操作是指依靠组分的扩散和传质来完毕的分离过程，故又称扩散分离或传质分离[6]。如蒸馏，吸取，萃取或膜分离等，合用于多组分均相混合物的分离以及非均相混合物的分离[7]。
3 传统的机械分离技术
在食品工业中，经常会碰到需要将悬浮液或乳浊液中的两相加以分离。即所有或部分地将这种非均相系的分散介质和分散质相分开。如奶油的制取，葡萄糖品体食品的获得，以及澄清果蔬汁的制取都是两相分离结果。
3.1过滤
过滤过程是指分散介质相对于分散质的迁移过程。过滤操作的基本原理是运用一种能将悬浮固体微粒截留而使液体自由通过的多孔介质，达成悬浮液中固体与液体分离的目的。此多孔介质称为过滤介质。因此过滤只合用于悬浮液。
过滤设备在食品工业上的应用非常广泛:(1)作为一般固一液系的分离手段:如蔗掂榨汁中会有许多固形杂质，除用澄清法外还须过滤精制。在食用油的浸取与精炼上，用板框压滤机，箱式压滤机和加压叶滤机等设备可除去种子碎片和组织细胞，还可用于油类脱色后滤去漂白土等[8];(2)作为澄清设备:如对啤酒，葡萄酒，果汁，搪浆等用陶质管滤机进行过滤澄清。如制品具有极细固体微粒或呈胶泥状，则过滤时一般以预授形式应用助滤剂或将助滤剂加人浆液中混合后再送人过滤机进行过滤;(3)用过滤法除去微生物:管滤机常用于葡萄酒、啤酒和果汁的过滤以减少微生物的数目。
3.2沉降
沉降过程是分散质相对于分散介质的相对迁移过程。在重力场中:使混合物中密度不同的两相获得分离的操作，称重力沉降。根据分散质集态的不同，可分为悬浮液沉降和乳浊液沉降。
实现重力沉降分离的设备称为沉降器，按操作方式可分为间歇式，半连续式和连续式，无论是何种方式的沉降器，其生产能力Q都取决于沉降面积和沉降速度的乘积，而与沉降器的高度无关。故现代化的沉降器的结构特点都是截面大，高度低[9]。
沉降在食品工业中的应用重要有三个方面：(1)以澄清为目的。假如汁、酒类等制品的澄清解决以除去悬浮液中的混浊杂质。(2)以增稠为目的。如淀粉制造，一方面运用沉降达成悬浮液的沉淀增浓。(3)以分级或分离为目的运用同一物质的粒径或不同物质粒子的密度不同而使它们得到分离故沉降也是食品加工的常见手段。
4 新型的分离技术
科学技术的不断发展导致了对分离技术的规定越来越高，分离的难度也越来越大[10]。特别是随着各种天然资源的不断开采使用，具有用物质的资源逐步减少，迫使人们从含量较少的资源中去分离、提取有用物质。所有这些，促进了分离技术的不断发展，旧的分离方法不断改善完善，新的分离方法不断发现，如近几十年来发展起来的一些新型传质分离技术，如膜分离技术，超临界萃取技术及泡沫吸附分离技术等已引起了食品工业界的重视并已崭露头角[11]。
4.1 膜分离技术
反渗透、超滤、微滤、电渗析这四大过程在技术上已经相称成熟，已有大规模的工业应用，形成了相称规模的产业，有许多商品化的产品可供不同用途使用[12]。
（1）反渗透是运用反渗透膜(一般为均质膜或表面致密的复合膜)选择地透过溶剂的性质，对溶液施加压力，克服溶剂的渗透压，使溶剂通过膜而从溶质中分离出来的过程，这种技术可用于海水淡化、果蔬汁的浓缩、茶叶抽提液的浓缩等[13]。
（2）超滤应用孔径为10一ZOOA的超滤膜来过滤具有大分子或微细粒子的溶液，使之从溶液中分离的过程。与反渗透不同的是小分子溶质与溶剂一起通过超滤膜[14]。这种分离过程可用于果蔬汁的浓缩和澄清、天然色素和食品添加剂的分离和浓缩、奶的分离和浓缩、酒和醋的澄清与提纯等。
（3）微滤以孔径小于10四的多孔膜过滤具有微粒的溶液将微粒从溶液中除去。可用于食糖的精制、澄清、过滤及啤酒的冷过滤除菌等。
（4）实质上，电渗析可以说是一种除盐技术，由于各种不同的水（涉及天然水、自来水、工业废水）中都有一定量的盐分，而组成这些盐的阴、阳离子在直流电场的作用下会分别向相反方向的电极移动[15]。假如在一个电渗析器中插入阴、阳离子互换膜各一个，由于离子互换膜具有选择透过性，即阳离子互换膜只允许阳离子自由通过，阴离子互换膜只允许阴离子以通过，这样在两个膜的中间隔室中，盐的浓度就会由于离子的定向迁移而减少，而靠近电极的两个隔室则分别为阴、阳离子的浓缩室，最后在中间的淡化室内达成脱盐的目的。
膜分离共同的优点是：①节约能源；②在常温下进行，特别合用于热敏性物质的解决，可以防止食品品质的恶化和营养成分及香味物质的损失；③ 食品的色泽变化小，能保持食品的自然状态；④设备体积小且构造简朴，费用较低，效率较高；⑤合用范围广，有机物和无机物都可浓缩，可用于分离、浓缩、纯化、澄清等工艺。
膜分离的缺陷是：①产品被浓缩的限度有限；②有时其合用范围受到限制，因加工温度、食品成分、pH、膜的耐药性、膜的耐溶剂性等的不同，有时不能使用分离膜；③ 规模经济的优势较低，一般需与其他工艺相结合[16]。
由于膜分离过程不需要加热，可防止热敏物质失活、杂茵污染，无相变，集分离、浓缩、提纯、杀菌为一体，分离效果高，操作简朴、费用低，特别适合食品工业的应用[17]。
4.2 超临界萃取技术
超临界萃取是运用超临界流体这种在临界点附近具有特殊性能的物质作为溶剂进行萃取的一种分离方法。超临界流体是指超过临界温度与临界压力的气体[18]。假如某种气体处在临界温度以上，无论压力多高，也不能液化，仍然是气体，这时称此气体是超临界流体。超临界流体具有这样的物理性质:其密度与液体较接近，粘度和自扩散能力却接近于气体。因此超临界流体对液体、固体物质的溶解度与液体溶剂相接近，且在临界点附近，压力和温度的微小变化会引起其溶解能力的极大变化[19]。运用超临界流体的这些特性，通过改变温度或压力可在近临界点附近实现萃取剂与待分离物质的分离。
(1)由于在临界点附近，流体温度或压力的微小变化会引起溶解能力的极大变化，这种极强的选择性对分离溶解度相接近的两种成分非常有利，且萃取后溶剂与溶质的分离很容易。
(2)由于超临界流体具有与液体相接近的溶解能力，同时它又保持了气体所具有的传递性，这种具有液体与气体双重性能的流体能使传质不久地达成平衡，有助于高效分离的实现。
(3)超临界流体如CO2(Tc=31.1℃，Pc=7.38Mp)适合于食品工业中一些热敏性物质的萃取。
当然，超临界萃取的缺陷是设备和操作都规定在高压下进行，设备投资费用高。在食品工业方面，运用超临界萃取技术可从咖啡豆和茶叶中脱除咖啡因，还可用于提取啤酒花中的有用成分及从烟草中脱除尼古丁等。超临界流体萃取技术作为一种新的分离技术，正越来越受到人们的重视，将在各个领域中得到广泛的应用[20]。
4.3 泡沫吸附分离技术
泡沫分离是根据表面吸附的原理，借助鼓泡使溶液中的表面活性物质聚集在气-液界面，随气泡上浮至溶液主体上方，形成泡沫层，将泡沫和液相主体分开，从而达成浓缩表面活性物质（在泡沫层），净化液相主体的目的。从液相主体中浓缩分离的既可以是表面活性物质，也可以是能与表面活性物质互相亲和的任何溶质，比如金属阳离子、蛋白质、酶、染料等等。此外，一些固体粒子（沉淀微粒或矿石小颗粒），也可以被表面活性物质吸附，从溶液中分离出来。
泡沫吸附分离技术是近几十年发展比较快的的新兴分离技术，通常把凡是运用气体在溶液中鼓泡，以达成分离或浓缩的这类方法，总称为泡沫分离技术[21]。
泡沫分离必须具有两个基本条件，一方面，所需分离的溶质应当是表面活性物质，或者是可以和某些活性物质相络合的物质，它们都可以吸附在气-液界面上；另一方面，富集质在分离过程中借助气泡与液相主体分离，并在塔顶富集。因此，它的传质过程在鼓泡区中是在液相主体和气泡表面之间进行，在泡沫区中是在气泡表面和间隙液之间进行。所以，表面化学和泡沫自身的结构和特性是泡沫分离的基础[22]。
随着人们对环境污染的日益重视，规定治理污染的呼声越来越高， 政府对公司污染的控制也越来越严格，泡沫分离技术作为一种新兴的分离技术，越来越受到人们广泛的关注，它的优点就在于适合低浓度的分离回收，能在很低浓度下十分有效地除去表面活性物质；设备简朴，投资少、能耗小，并且操作方便。
5 分离技术的展望
目前，各种新型分离技术比传统分离法已有了突破性进展，这对于进一步提纯功能性食品成分，开发功能性产品，更大限度地发挥银杏资源优势具有推动作用。随着高精度、高灵敏度分析技术的应用，天然产物活性成分的提取纯化和结构鉴定特别是在产品的应用领域显示了更为广阔的前景，同时这也促进了植物有效物质的结构、药理、药效等方面的进一步研究。银杏叶加工集成优化工艺的探究，微量天然产物成分的高效快速高纯分离和鉴定的集成系统技术的建立，都将提高银杏叶及其特色药用资源的运用率，有助于实现资源优势向技术优势的转化，从而产生更大的经济效益、社会效益和环境效益[23]。分离操作在食品加工中占有非常重要的地位。分离技术的发展方兴未艾，研究掌握各种分离技术的原理和技术，特别是一些新叮的传质分离技术可以提高现有的分离技术冰平，是一项非常重要的工作，对食品加工的科学化具有重要的意义。

参考文献
[1] 高等教育学.教育部高等教育司.高等教育出版社
[2] 吴格明.创新能力培养.中国教育学刊, 2023.6
[3] 远辉.影响课程教学效果的几种心里因素.云南教育,2023: 增刊
[4] 温恒福.论教学方式的改变.中国教育学刊, 2023.6
[5] 徐世明, 张志鹏, 王继峰, 等. 银杏叶活性成分的提取制备及质量标准、 测定方法的研究进展[J ] . 药品分析与鉴定, 2023, 3 (6) : 33- 36 .
[6] 敏涛.水果蔬菜的保健价值与食用禁忌[M].南昌:江西科学技术出版社, 1992.
[7] 孙伟,丁宝莲.半加工切割蔬菜的生理和品质保持研究[ J ] (Ⅰ, Ⅱ) .上海农业学报, 1999, 32( 3) : 72-77.
[8] 张维一,毕阳.果蔬采后病害与控制[ M] .北京:中国农业出版社, 1996.
[9] 毕阳.果蔬贮运学[ M] .兰州:甘肃农业大学出版社,1992.
[10] 薛卫东.果蔬贮藏与保鲜[ M] . 成都:电子科技出版社, 1995.
[11] 陆耀军 ,王军 ,张庆珍.重力式油水分离设备入口构件的模拟实验选优[J ] . 石油学报 ,1995 ,19 (3) : 1112.115.
[12] 郑远扬.一种高效的油水分离器[J ] .油气田环境保护 ,2023 ,10
(1) :29230.
[13] 杨芳圃. XSL —Ⅰ 型三相分离器[J ] .油气田地面工程 ,1997 ,16
(1) :52253.
[14] 《化学工程手册》编辑委员会液固分离北京化学工业出版社1989
[15] 吴俊生等分离工程上海华东化工学院出版社1992
[16] 无锡轻院等食品工程原理北京中国轻工出版社1993
[17] 王平褚等膜技术在食品工业中的新进展食品与机械1993·5
[18] 蒋维均新型传质分离技术北京化学工业出版社1992
[19] 高以恒等膜分离技术基础北京科学出版社1989
Wakeman,Progress in Filtration and Saperation 1986
[20] 陈树章非均相物系分离北京化学工业出版社1993
[21] 常志东，刘会洲，陈家镛.泡沫分离法的应用与发展[J].化工进展，1999,5:18
[22] 邓修，吴俊生.化工分离进展[M]. 北京：科学出版社
[23 ] 孙莉英.含油废水解决技术进展[J ] . 华中科技大学报 ,2023 ,19 (2) :87290.