1.9第九章-食品浓缩和结晶-下载优秀PPT.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第九章,食品浓缩和结晶,1,第一节 浓缩的目的和分类,第二节 蒸发浓缩,第三节 冷冻浓缩,第四节 膜浓缩,第五节 食品的结晶,本章内容简介,2,第一节 浓缩的目的和分类,浓缩：,从溶液中除去部分溶剂（通常是水）的操作过程，也是溶质和溶剂均匀混合溶液的部分分离过程。,3,一、目的,减少重量和体积 浓缩去除食品中大量的水分，可减少食品包装、贮藏和运输费用。,提高制品的浓度、增大渗透压、阵低水分话性、延长制品的保质期。,4,100t,含固形物,6%,的番茄肉（去除皮和种子），若将其浓缩成,32,的番茄酱，则重量喊至,18.7t,，体租为原来的,1,6,，可将贮运要求及费用大大降低。,5,6,浓缩是结晶操作的预处理过程及结晶控制的一种手段。,降低食品脱水过程的能耗真空浓缩尤其是多效真空浓缩，常常是食品千燥的前处理过程。,改善产品质量。,7,甘蔗汁经净化、蒸发浓缩去除水分，并进行浓缩结晶是蔗糖生产的必经工艺过程。,8,按浓缩的原理分类,平衡浓缩,蒸发浓缩,冷冻浓缩,非平衡浓缩,-,膜分离,二、分 类,9,日光浓缩法,(Solar concentration),釜,(Open kettles),瞬间蒸发,/,急剧蒸发,(Flash evaporation,）,薄膜蒸发,(Thin-Film evaporation),真空浓缩,(vacuum concentration),冷冻浓缩,(Freeze concentration),超率法,(Ultrafiltration),逆渗透,(Reverse osmosis),按浓缩的方法分类,10,第二节 蒸发浓缩,11,一、蒸发浓缩的基本原理,食品工业上应用最为广泛的浓缩方法。不少食晶物料是水溶液，因此蒸发指的是水溶液的蒸发。,12,二、,蒸发浓缩过程食品物料的变化,食品中热敏性物质的变化,沸点和冰点的变化,粘度,起泡性,结垢性,结晶性,风味形成与挥发,13,三、蒸发器的类型及选择,蒸发器主要由加热室、分离室组成。,加热室：利用水蒸气为热源来加热被浓缩的物料。,分离室：将二次蒸汽中夹带的雾沫分离出来。,14,15,16,17,A,C,B,D,E,18,1.,多效真空蒸发浓缩及其特点,顺流加料法,逆流加料法,平流加料法,四、蒸发浓缩过程的节能与多效蒸发,19,20,21,3.,多效蒸发过程的节能措施,蒸发器的革新,蒸汽再压缩蒸发,机械再压缩蒸发,蒸汽喷射再压缩法,热泵循环再压缩法,利用蒸发器的余热预热物料或用于其它加热目的,22,五、蒸发浓缩过程香味的保护与回收,果蔬香味成分主要是由各种有机化合物如酯、醇、酸、醛、内酯等所组成其量少于,0.1mg/kg,，却是影响果蔬汁品质的主要因素。,果蔬香味多具挥发性，因此香味回收是蒸发液缩过程必须考虑的措施。,23,采用低温蒸发浓缩设备，减少香味成分的挥发,采用短时蒸发浓缩设备,蒸馏法回收,浆液浓缩工艺,措 施,24,第三节 冷冻浓缩,冷冻浓缩,利用冰和水溶液之间的固液相平衡原理的一种浓缩方法。,25,26,2.,冷冻浓缩过程中溶液的冰点,冰点下降的计算式为：,-RT,0,ln(1-X),T,i,=-,S,式中：,T,i,-,冰点下降，,K,；,R,摩尔气体常数，,8.314kJ,.,kmol-1,.,K-1,T,0,未添加溶质时溶浓的冰点，,K,；,X,溶液的浓度，,kmol,M-3;,S,水转化为冰时的佰变，,1K-1,。,27,3.,冷冻浓缩过程中的冰结晶量和浓缩液量,4.,冷冻浓缩过程中的溶质夹带和溶质脱除,5.,浓缩终点,28,二、冷冻浓缩的过程与控制,1.,冰晶生成及控制,1.,冰晶体生成速率,2.,冰晶生成的方式,层状冻结,悬浮冻结,2.,冰晶与浓缩液的分离,29,30,31,32,第四节,膜浓缩,膜浓缩,-,类似于过滤的浓缩方法，只不过,“,过滤介质,”,为天然或人工合成的高分子半透膜，如果,“,过滤,”,膜只允许溶剂通过，把溶质截留下来使溶质在溶液中的相对浓度提高就称为膜浓缩。,33,一、膜浓缩的种类及操作原理,目前在工业上应用较成功的膜浓缩主要有以压力为推动力的,反渗透,(,Rever Osmosis,简称,RO,),、,超滤,(,Ultra Filtration,简称,UF,),，以及以电力为推动力的,电渗析,(,ED,),。,34,1.,反渗透,在所有膜浓缩技术中，反渗透的应用,是最多的，它对于水溶液中的有机物，金,属离子，微生物，其它胶体类物质具有较,高的去除能力；尤其在水中含盐量大于,400mg/L,时效果更好。,反渗透的基本工作原理,工作原理：,反渗透是与自然渗透方向相反的一种膜浓缩技术，在渗透与反渗透的过程中都是由半透膜的作用才能完成的。,据下图我们来分析一下反渗透的工作原理：,在左图中，我们用半透膜隔开两种浓度不同的溶液，刚开始时两侧水平是平齐的，但由于浓度不同，浓度差造成两侧的化学势不同,稀溶液中的水透过半透膜向浓溶液一侧流动，直到两侧达到平衡为至；,现在浓溶液一侧加上一个外来压力,P,2,，渗透速度会逐步下降，当压力超过某一数值时渗透停止，即达到了渗透平衡。,P,2,P,1,（,即为渗透压差）,当,P,2,进一步增大时,浓溶液中的水就会反其原来的渗透方向进入稀溶液侧，这就叫做,反渗透,。,影响反渗透效率的因素：,压强、温度、浓度差极化、膜的,压实、膜的降解、膜的结垢等,35,J,w,=a(P-),J,w,-,透水率,m,3,/m,2,.h,；,a-,膜常数；,P-,压强；,-,渗透压,从公式中可以看出,J,w,与,P,成线性关系，即透水速率正比于溶液压力与渗透压的差值。但随着压力,P,的增加线性关系会逐渐受到破坏，这主要是由于受到浓度差极化的现象所引起的。,Jw,P,理论线,实际曲线,压强（,P,）,36,变化趋势,：,温度升高、透水率上升、正相关；,T,升高、分子运动加剧、更多的水分子在了穿,过膜孔的机会，透水率自然增加。,透水速率受温度的影响通常遵循,阿伦尼乌斯,公式：,或者：,J,w,透水率,m,3,/m,2,.h;a-,膜常数,b-,常数,T-,热力学温度，,K,LnJw,1/T,温 度（,T,）,37,1.,定义：在反渗透过程中，主要是溶剂透过膜，而溶质大部分透不过，在分离过程中，在溶液与膜的界面上，溶质逐渐积累。当其浓度超过主体液浓度时，产生了界面与主体液之间的浓度梯度，引起溶质从界面向主体液扩散，这就叫,浓度差极化。,浓度差极化,38,2.,后果：,降低了透水速率和膜系统的分离能力,溶剂从低浓度向高浓度处扩散流动，难度自然很大；,边界层溶质的增加，推动力也增加，动耗增加；,边界层的存在，相当于膜的厚度增加。,3.,控制,从流动方式上：平行于膜表面流动（错流）；,b,使用较小的管径的管子；,c,设置湍流发生器产生湍流。,39,现象：在反渗透时膜组件一直承受较高的压力，长期使用后产生压实，膜被压变形。膜表面的孔与多孔支撑体内的孔变小、变少，致使通透性变差，影响了透过速率。,解决办法：增强膜的机械强度，减少膜的变形；定期进行反冲洗，恢复膜的原有的空隙。,膜的压实,40,分,生物降解,与,化学降解,两种形式。,控制：,选用化学性质稳定的膜材料，防止化学降解；,生物降解是微生物在膜上繁殖的结果，可用清洗消毒方法除；例如可用甲醛溶液或双氧水溶液对膜进行消毒等。,膜的降解,41,膜的结垢主要由悬浮物、离子化合物或盐类物质构成。,悬浮物可通过,预处理,除去，离子化合物或盐类物质可以通过添加螯合剂沉淀过滤除去；,增加湍流，使物质不能在膜表面沉淀。,膜的结垢,42,2.,超滤,应用孔径为,1.0,20.0nm,（或更大）的半透膜来过滤含有大分子或微细粒子的溶液，使大分子或微细粒子在溶液中得到浓缩的过程称之为超滤浓缩。,超滤的基本原理示意图,43,超滤与反渗透：整个过程非常相近（包括工业上常用的工艺流程及装置）,UF,：以筛分为主选择性渗透为辅；,透过原理：,RO,：以选择性渗透为主筛分作用为辅,膜孔径：,UF,RO,操作压力：,ROUF,工作范围,：,截留分子量：,500300,，,000,；通常,5,，,000,以上,较好分离粒径：,0.00150.2m,。,44,45,离子交换膜与电渗析的传递过程,1.,离子交换膜,是一种高聚物电解质薄膜，它与球形的或不定形的离子交换树脂具有相同的化学结构，可分为,基膜,与,活性基团,两部分。,立体网状的高分子化合物,固定基团与可交换离子，可交换离子,分为阳离子与阴离子两种。,46,R,SO,3,H RSO,3,-,+,H,+,RN(CH,3,),3,OH RN(CH,3,),3,+,+,OH,-,阳离子交换膜,离解,基膜,固定基团,可离解离子,活性基团,离解,阴离子交换膜,可离解离子,47,48,二、膜材料的种类及膜组件,1.,膜的性能,-,膜,的物化稳定性和分离透过性能。,膜的物化稳定性主要是指膜的耐压性、耐热性、适用的,pH,值范围、化学惰性、机械强度。,膜的物化稳定性主耍取决于构成膜的高分子材料。,49,2.,膜的种类,纤维素膜,聚亚酰胺膜,聚砜系膜,50,51,三、膜浓缩在食品中的应用,果汁的浓缩,蔗糖液的浓缩,干酪制造过程中脱脂乳的浓缩,从大豆乳清废液中提取大豆蛋白质,电渗析浓缩法制盐,52,四、影响膜浓缩的因素,影响反渗透浓缩和超滤浓缩的因素,膜材料的种类和性能,溶质的特性,溶液的性质,53,操作条件,操作压力,操作温度,操作时间,浓差极化,膜的维护,膜的压实,膜的降解,膜的结垢,54,影响电渗析操作的因素,膜的极化,电解质的浓差扩散,水的渗透,压差渗漏,膜的污染和中毒,55,第五节 食品的结晶,56,一、结晶的基本原理,1.,晶体的特性,晶体的结构和形状,晶体的性质,自范性,各向异性,均匀性,57,晶体的结构和形状,58,2.,溶解度和溶液中的相平衡,物质的溶解度特征,过饱和度,（,Supersaturation,）,与结晶的关系,59,过饱和曲线,饱和曲线,溶液的过饱和度状态与结晶关系,60,61,3.,晶核的形成,形成晶核的方法,-,起晶方法,自然起晶法,刺激起晶法,晶种起晶法,62,晶核的形成速率及影响因素,晶核的形成速率（,Nucleation rate,）,j,dN/dt,K,n,C,m,max,影响晶核形成的因素,63,4.,晶体的生长,晶体的生长速率,影响晶体生长的因素,过饱和度,温度,粘度,杂质,其它因素,64,65,二、食品工业常用的结晶方法与结晶设备,食品工业常用的结晶方法与结晶设备,冷却法结晶,蒸发法结晶,真空结晶法,结晶器的选择,66,分批式结晶器；操作比较容易，谷氨酸和柠檬酸结晶中都采用。搅拌转速一般较慢，,30r/min.,立式搅拌结晶罐,67,卧式结晶槽,68,冷却式连续结晶器,69,70,71,72,三、食品结晶过程及品质控制,结晶过程的工艺设计,物料衡算,热量衡算,结晶时间,73,食品结晶过程的品质控制,加晶种的控制结晶,晶种的量,投种时的过饱和度,细晶的消除,晶垢的去除,74,结晶的分离、洗涤和干燥,晶体的分离,晶体的洗涤,晶体干燥与包装,75,