食品分离技术重点

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1、第 1 页 共 43 页食品分离技术食品分离技术 第一章第一章 绪论绪论 第一节第一节 分离技术的概念分离技术的概念分离过程就是通过一定的手段，将混合物分成互不相同的几种产品的操作过程，它包 括提取和除杂两个部分。 分离技术是一门研究如何从混合物中把一种或几种物质分离出来的科学技术。 要实现混合物的分离，需要某种专门的设备和专门的过程，并且要提供相应的能量和 物质。这是因为物质的混合过程是一个熵的增加过程，可以自发地进行；而从混合物中进 行分离，是一个熵减少的过程。熵减的过程必须要有外加能量才能进行。 第二节第二节 分离技术的分类及特点分离技术的分类及特点所有的分离技术，都可以分为机械分离和传

2、质分离两大类。 机械分离处理的是两相或者两相以上的混合物，其目的是简单地将各相加以分离，过 程中不涉及传质过程。如：过滤、沉降、离心分离、旋风分离等。 传质分离过程的特点是过程中有传质现象发生。传质分离技术处理的物料可以是均相 体系，也可以是非均相体系。 传质分离过程包括平衡分离过程和速率分离过程。 平衡分离过程是指借助于分离媒介（热能、溶剂、吸附剂） ，使均相混合物变成两相系 统，再以各处组分扩散速度的差异来实现分离的过程。如：闪蒸、萃取、精馏、吸附、吸 收、离子交换、结晶以及泡沫分离等。 速率分离控制分离过程则主要是根据混合物中各个组分扩散速度的差异来实现分离的 过程。如：反渗透、超滤、电

3、流等，分离过程所处理的原料产品通常属于同一相态，仅仅 是组成上存在差异，利用浓度差、压力差以及温度差等作为分离推动力。 如果按分离性质分类则有： 物理分离法：以被分离对象在物理性质方面的差异作为分离依据，采用有效的化学 手段进行分离，包括热扩散法、梯度磁性分离法以及过滤、沉淀、离心分离等各种机械分 离法。 化学分离法：依据被分离对象在化学性质方面的差异，采用有效的化学手段进行分 离的技术，如沉淀分离法、溶剂萃取法、离子交换技术等。 物理化学分离法：被分离对象中，有时存在着不止一个特征方面的差异，包括在物 理和化学方面的差异，据此可以采用物理手段与化学手段相结合的技术进行分离。 一般来说，被分离

4、组分之间的性质差别越大越多，分离的手段越多，分离越容易，分 离得到的结果越精细，产品越好。 第三节第三节 分离技术与食品工业分离技术与食品工业食品分离技术是指各种分离技术（包括物理的、化学的以及物理化学的）在食品科学 与食品工程中的应用。 其重要性表现在： 食品分离技术是食品工业的基础。 食品分离技术能提高食品原料的综合利用程度。 食品分离技术能保持和改进食品的营养和风味。 食品分离技术使产品符合食品卫生要求。 现代食品分离技术能改变食品行业的生产面貌。 第四节第四节 食品分离过程的特点及其方法食品分离过程的特点及其方法 一、一、食品分离过程的特点食品分离过程的特点(1)食品分离技术的分离对象

5、各类繁多，结构复杂。 (2)产品质量与分离过程关系密切。 (3)食品安全性要求高。 (4)食品在分离过程中易腐败变质。第 2 页 共 43 页二、二、食品分离方法的确定食品分离方法的确定(1)查找分离组分的基础性研究资料，包括待分离组分的相对分子质量、化学结构、理化 性质以及生物活性等。 (2)选择和确立对该组分进行定性、定量测定的方法，目的在于能对分离效率有一个有效 的评价。 (3)了解原料的我以及待分离组分的存在和含量情况。 (4)确定选用分离技术并对分离条件进行实验选择。 (5)对分离效果进行评价。 (6)中间试验和工业生产应用的放大设计。 第五节第五节 食品分离技术的平价及其发展趋向食

6、品分离技术的平价及其发展趋向 一、一、食品分离技术的评价食品分离技术的评价1.分离效率及其选择性 2.产品质量 3.产品的安全性 4.生产工艺的简化 5.生产成本 二、二、食品分离技术的发展趋向食品分离技术的发展趋向1.传统分离技术的发展 2.实验室规模分离技术的放大和应用 3.生物大分子分离技术获得较大的进展 4.新型分离技术的开发 第二章第二章 沉淀分离技术沉淀分离技术 第一节第一节 沉淀分离的目的及其方法沉淀分离的目的及其方法沉淀是指溶液中的溶质在适当条件下由液相变成而析出的过程。 分离过程中采用沉淀技术，目的有两个： 通过沉淀使目标成分达到浓缩和去杂质的目的； 通过沉淀可将已纯化的产品

7、由液态变成固态，有利于保存和进一步的加工处理。 应用沉淀分离技术时，应考虑三个因素： 沉淀的方法和技术应具有一定的选择性； 注意到所选用的沉淀方法对目标成分的活性和化学结构是否有破坏作用； 要考虑残留在目标成分中的沉淀剂对人体是否有害。 沉淀分离技术通常包括： (1)无机沉淀剂沉淀分离法 通常以盐类作为沉淀剂的一类沉淀方法，如盐析法，多用于各种蛋白质和酶类的分离 纯化，以及某些金属离子的去除。 常用的沉淀剂有：硫酸铵、碳酸铵、硫酸钠、柠檬酸钠、氯化钠 (2)有机沉淀剂沉淀分离法 以有机溶剂作为沉淀剂的一种沉淀分离方法，多用于生物小分子、多糖及核酸类产品 的分离；有时也用于蛋白质的沉淀和金属离子

8、的去除；用于酶的沉淀分离时，易导致酶的 失活。 常用的沉淀剂有：丙酮、乙醇、甲醇 (3)非离子多聚体沉淀剂沉淀分离法 采用非离子型的多聚体作为目标成分的沉淀剂，适用于生物大分子的沉淀分离，如酶、 核酸、蛋白质、病毒、细菌等。 典型的非离子多聚体是聚乙二醇（PEG） (4)等电点沉淀法 利用两性电解质在等电点状态下的溶解度最低而沉淀析出的原理。适用于氨基酸、蛋 白质及其他属于两性电解质组分的沉淀分离，如大豆蛋白“碱提酸沉” 。第 3 页 共 43 页(5)共沉淀分离法 又称为生物盐复合沉淀法，用于多种化合物告别是一些小分子物质的沉淀。它是利用 沉淀的同时对其他待分离成分吸附共沉淀而达到除杂的目的

9、。 (6)变性沉淀分离法 又称为选择性变性沉淀法，是利用特定条件使目标成分变性导致其性质的改变如溶解 度下降而得以分离。适用于一些变性条件差异较大的蛋白质和酶类的分离纯化。采用的变 性条件有 pH 值、温度的改变以及添加剂、利用酶的作用等，如腐竹的生产可以说是利用 大豆蛋白质的热变性而进行分离的一个例子。 第二节第二节 无机沉淀剂沉淀分离法无机沉淀剂沉淀分离法 一、一、金属盐类沉淀分离法金属盐类沉淀分离法利用金属离子与酸根在形成盐类时溶解度低而得以沉淀分离。 柠檬酸发酵工业中应用得较多的是钙盐法。分两具步骤：钙盐中和，发酵液去除菌 体后，加入碳酸钙形成柠檬酸钙沉淀。酸解，用硫酸处理，使之生成硫

10、酸钙沉淀。 在蔗糖生产过程中，利用生成碳酸钙沉淀或亚硫酸沉淀来进行糖的除杂和澄清。 谷氨酸能与 Zn2（锌盐法） 、Ca2（钙盐法） 、Co2、Cu2等金属离子作用生成谷氨 酸盐沉淀，因此也可用于从发酵液中分离谷氨酸。 影响此类沉淀效果的因素主要是温度和 pH 值。 采用此沉淀方法，常有共沉淀作用和吸附作用发生，并且一些金属盐（硫酸钙）的溶 解度也比较大，因此分离效果不是很理想，一般用作初步分离，并且通常是与其他分离方 法配合使用。 二、二、盐析法盐析法应用于蛋白质和酶类的分离（粗提纯阶段） 。 盐析法的特点：成本低，不需特别的设备，操作简单、安全，对一些生物活性成分的 破坏作用小。 （一）盐

11、析原理在低盐浓度下，蛋白质和酶类的溶解度随着盐的浓度提高而增大，这个过程称为盐溶。 这主要是中性盐离子对蛋白质分子表面活性基团及水活度的影响：无机盐离子在蛋白质 表面上吸附，使颗粒带相同电荷而互相排斥。无机盐离子增加了蛋白质的亲水性，改善 了与水膜的结合，增加了蛋白质分子与溶剂分子相互的作用力，使蛋白质的溶解度增加。 当盐浓度增加到一定程度时，在盐离子的作用下，水活度大大降低，同时蛋白质表面 的电荷被大量中和，蛋白质分子外表的水化膜被破坏，蛋白质分子相互聚焦而沉淀析出， 这就是盐析。 在一定的 pH 值和温度条件下，改变盐的离子强度 I 值，使不同溶质在不同的离子强 度下有最大的析出，这种方法

12、称为 KS分段盐析法。 保持溶液的离子强度不变，改变溶液的 pH 值和温度，使不同溶质在不同的 pH 值和温 度条件下有最大的析出，这种方法称为 分段盐析法。 一般来说，高价阴离子如硫酸根、磷酸根等有较高的 KS（盐析常数，数值越大，盐析 效果越好）值，而高价阳离子如镁离子、钙离子等，则会有较低的 KS值。 （二）盐析分离法中盐的选择在蛋白质的盐析中，以硫酸铵、硫酸钠应用最广。虽然磷酸盐的盐析效果比硫酸铵好， 但硫酸铵的最大优点是温度系数小，温度的变化引起溶液性质的改变不大，且其溶解度大， 应用于许多蛋白质和酶的盐析时，对蛋白质和酶变性的影响较小，并且硫酸铵价格低廉。 硫酸铵用于蛋白质盐析时，

13、最大的缺点是除了缓冲能力较小外，还由于含氮，因此影响到 蛋白质的定量分析。 硫酸钠由于不含氮，因此不影响蛋白质的定量测定，但其缺点是在 30以下溶解度， 需在 30以上操作效果才好，不利于保持酶的活性。 （三）影响盐析效果的因素第 4 页 共 43 页1.蛋白质浓度 蛋白质浓度高，盐的用量少，但如果各种蛋白质的 KS值比较接近，会发生比较严重的 共沉作用；蛋白质浓度过低时，盐的用量增大，但共沉作用小，选择性较好。 2.离子强度和离子类型 采用低离子强度先分离出一种蛋白质，再逐渐增加离子强度，分离出第二种乃至更多 种蛋白质，这就是分析盐析法。 3.离子类型 通常认为离子半径小，带较高电荷的离子盐

14、析效果较好，离子半径大、带低电荷的离 子盐析效果较差。 4.pH 值 一般选择在两性分子的等电点处的 pH 值下进行。 5.温度 在低离子强度下，蛋白质的溶解度随着温度升高而增大；在高离子强度下，则随着温 度的升高而下降。对于酶类，盐析时应在较低温度下操作，以最大限度保持酶的活性。 （四）盐析后的脱盐处理常用的脱盐处理方法：透析法、电渗析法和葡聚糖凝胶过滤法。 （五）硫酸铵饱和度的调整方法当盐析要求饱和度高而又不宜增大溶液的体积时，可直接加入硫酸铵固体盐；当盐析 要求的饱和度不高，又必须防止浓度过高时，通常是采用加入饱和硫酸铵溶液法。 第三节第三节 有机沉淀剂沉淀分离法有机沉淀剂沉淀分离法 一

15、、一、基本原理及其特点基本原理及其特点无机沉淀剂沉淀分离法的最大缺点就是分离的选择性和灵敏度都比较差。与无机沉淀 剂相比，有沉淀剂的优点在于：选择性比较高，即一定浓度的有机沉淀剂只沉淀分离某 一种或某一类溶质组分。沉淀后所得产品不需脱盐，残留的沉淀剂通过挥发而易去除。 有机沉淀剂的缺点是对某些具有生物活性的大分子物质如酶类具有失活作用，因而常常需 要低温下操作。 有机沉淀分离法之所以能将溶质如酶和蛋白质等从溶液中沉淀出来，主要原因在于： 有机溶剂改变了溶液的介电常数。脱水作用。 二、二、有机沉淀剂的选择有机沉淀剂的选择 （一）沉淀金属离子的有机沉淀剂主要有生成螯合物的有机沉淀剂、生成离子缔合物

16、的有机沉淀剂，生成三元络合物的 有机沉淀剂。 常见有：羟基肟类，氨基酸类。 （二）沉淀有机成分的有机沉淀剂食品中蛋白质和酶的沉淀多用乙醇，虽然甲醇、丙酮也能使用主，但甲醇、丙酮都有 一定的毒性。乙醇还可以作为核酸、核苷酸、氨基酸、果胶等成分的沉淀剂。 （三）影响沉淀效果的因素1.金属离子 当溶液中有一些金属离子存在时，能降低大分子溶质的溶解度，同时不影响目标成分 的生物活性，可使有机溶剂的用量减少。 如 Zn2、Ca2在一定的 pH 条件下能与呈阴离子状态的质形成复合物，这种复合物在 水和有机溶液中的溶解度明显降低。 2.盐的浓度 溶液太大或太小，对溶液都有不良的影响。 沉淀蛋白质和多糖时，有机溶剂中盐的浓度以不超过 5%为宜。第 5 页 共 43 页3.溶质相对分子质量与有机溶剂用量 一般来说，待分离组分的相对分子质量越小，有机溶剂的用量越多。不同浓度的有机 溶剂能使溶质中不同的组分先后沉淀，因而能直到分步沉淀的效果。 4.温度 在有机溶剂存在时，蛋白质的溶解度随着温度降低而降低。低温对于提高沉淀效果是 比较有利的。