离心分离技术在食品工业的应用

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1、离心分离技术在食品工业中的应用摘要：根据离心原理，离心技术又可以分为差速离心法、密度梯度离心法和等密度 梯度离心法。用于食品工业中的离心机和分离机可分为二大类，即沉降离心机和过 滤离心机。离心分离技术在食品工业中的应用。关键词：差速离心；密度梯度离心；沉降离心机；过滤离心机；果蔬的应用前言：在现代工业中，离心分离技求己越来越重要，这不仅由于离心机和其它分离 机械相较，可得含湿1低的固相和高纯度的液相，而且具有节省劳力、减轻劳动强 度，改善劳动条件，并具有连续运转、自动遥控、占地面积小等优青、。故自1836 年第一台三足式离心机在德国问世以来，迄今已获很大的发展，各类离心机品种繁 多，正在向高参

2、数、系列化、专用化及自动化方向发展。现已广泛用于化工，轻工， 食品，医药，军工，船舶等近三十个工业领域。食品工业虽是一种历史悠久的工业， 但随着人们生活水平的提高，营养与保健食品，一些与食品有关的新技术正在不断 问世，故其发展前途，大有可为。本文首先简述了离心分离的原理，其次甘食品工 业中的离心机和分离机机型及选用作了剖析，文章结尾则对离心分离技术在食品工 业中的应用及邵分分离工艺流程作简单介绍。一、离心分离技术基本原理和特点离心技术是利用物体高速旋转时产生强大的离心力，使置于旋转体中的悬浮颗粒发 生沉降或漂浮，从而使某些颗粒达到浓缩或与其他颗粒分离之目的。这里的悬浮颗 粒往往是指制成悬浮状态

3、的细胞、细胞器、病毒和生物大分子等。离心机转子高速 旋转时，当悬浮颗粒密度大于周围介质密度时，颗粒离开轴心方向移动，发生沉降； 如果颗粒密度低于周围介质的密度时，则颗粒朝向轴心方向移动而发生漂浮。根据 离心原理，离心技术又可以分为差速离心法、密度梯度离心法和等密度梯度离心法。 1.1差速离心。采用不同的离心速度和离心时间，使沉降速度不同的颗粒分批分离的方法，称为差 速离心。操作时，采用均匀的悬浮液进行离心，选择好离心力和离心时间，使大颗 粒先沉降，取出上清液，在加大离心力的条件下再进行离心，分离较小的颗粒。如 此多次离心，使不同大小的颗粒分批分离。差速离心所得到的沉降物含有较多杂质， 需经过重

4、新悬浮和再离心若干次，才能获得较纯的分离产物。差速离心主要用于分 离大小和密度差异较大的颗粒。操作简单方便，但分离效果较差。1.2密度梯度离心（又称速度区带离心）。密度梯度离心是指样品在密度梯度介质中进行的一种沉降速度离心。密度梯度系统 是在溶剂中加入一定的梯度介质制成的。梯度介质应有足够大的溶解度，以形成所 需的密度，不与分离组分反应，不会引起分离组分的凝聚、变性或失活，常用的有蔗糖、甘油等。目前使用最多的是蔗糖密度梯度 系统，其梯度范围是：蔗糖浓度5%60%，密度1.021.30 g/cm梯度的作用是使离 心液稳定以减少扩散或得到较为锋利的区带。被离心的物质根据其沉降系数不同进 行分离，同

5、类物质则因分子大的沉降速度快于分子小的物质从而得到分离。密度梯 度的制备可采用梯混合器，也可将不同浓度的蔗糖溶液，小心地一层层加入离心管 中，越靠管底，浓度越高，形成阶梯梯度。离心前，把样品小心地铺放在预先制备 好的密度梯度溶液的表面。离心后，不同大小、不同形状、有一定的沉降系数差异 的颗粒在密度梯度溶液中形成若干条界面清晰的不连续区带（如图1-1）。各区带内 的颗粒较均一，分离效果较好。在密度梯度离心过程中，区带的位置和宽度随离心 时间的不同而改变。随离心时间的加长，区带会因颗粒扩散而越来越宽。为此，适 当增大离心力而缩短离心时间，可减少区带扩宽。1.3等密度梯度离心（又称平衡密度梯度离心）

6、。等密度梯度离心虽然也是在密度梯度介质中进行的离心，但被分离的物质是依靠他 们的密度不同进行分离的。此种离心常用无机盐类制作密度梯度。氯化铯（CsCl） 是最常用的离心介质，它在离心场中可自行调节形成浓度梯度并保持稳定。需要离 心分离的样品可和梯度介质先均匀混合，离心开始后，梯度介质由于离心力的作用 逐渐形成管底浓而管顶稀的密度梯度，与此同时，可以带动原来混合的样品颗粒也 发生重新分布，到达与其自身密度相等的梯度层里，即达到等密度的位置而获得分 离。例如，DNA在等密度梯度离心过程中（如图1-2），停留在密度梯度为1.7的 位置，而RNA停止在1.9的部位，由此可见等密度梯度离心是不依赖于时间

7、的， 只要梯度不破坏，时间延长不影响分离。前述密度梯度离心法中，欲分离的颗粒未 达到其等密度位置，故分离效果不如等密度梯度离心法好二、食品工业中的离心机和分离机机型剖析及其选用用于食品工业中的离心机和分离机可分为二大类，即沉降离心机和过滤离心机，现 分别剖析如下；2.1沉降离心机.2.1.1管式高速分离机。管式机可用于液一液，液一固，掖一液一固的分离，但 其条件为固相比重较液相大，且固相含量一般10外，2.1.2室式分离机。室式机主要适于贵重固相物的回收，以及对管式机来说处理 量太大的情况。2.1.3人工排渣碟式机该机型用于固体浓度很低的场合（通常为1多体积浓度）但 可达较高的分离因数，故特别

8、适宜于分离两种液体的同时除去微量固体。2.1.4喷嘴排渣碟式机。喷嘴排渣碟式机适用处理浓度为625外之悬浮液，而 带再循环的喷嘴机则最大循环量可达40拓，浓缩率一般为5倍。它可进液一固，液 一液一固的分离，喷嘴的数口和直径可视产量、浓度而调整。2.1.5活门排渣碟式机。括门排渣碟式机为碟式机中品种系列最多之机型。该机 型特点为可连续生产、自动化程度高、多功能性，具有自清洗能力，该机型较喷嘴 型可得到较高的排液浓度。2.1.6活门排渣喷嘴分离机该机型为近年开发r的，由于、碟式机的分离效率为 碟片层尺寸和转速的函数，而该机型之密闭从外侧，而且在转鼓圆周上开上一定数 量的孔，故较同类活塞机可提高转速

9、2030沁，艺值可提高85肠，最大分离因数 可达16000。2.1.7螺旋卸料沉降离心机。这是一种自动型的连续离心机，该机型特点是:较 全面，功能全，单机生产能力大，结构紧凑，动力耗省，亦用于粒度分级。2.1.8撤液离心机。该机型属低速回转机2.2.1立式离心机立式离心机为国内目 前应用最广、数量最多的机型。其特点为结构简单操作方便、价廉，加之应用面广， 且晶体不易损坏、洗涤优，但近年来电气、油压操作机正在逐渐增多并取代之。上 悬式主要用于制糖厂中。2.2过滤离心机2.2.1立式离心机。立式离心机为国内目前应用最广、数量最多的机型。其特点 为结构简单操作方便、价廉，加之应用面广，且晶体不易损坏

10、、洗涤优，但近年来 电气、油压操作机正在逐渐增多并取代之。上悬式主要用于制糖厂中。2.2.2卧式刮刀卸料离心机。该机型性能类似立式刮刀机，但卸料为全速，但晶 体易破损，振动亦较大，可代替真空过滤机。2.2.3螺旋过滤离心机。该机分立，卧二种，其特点为生产量大，结构紧凑，适 于固相粒度大于150目的晶体或短纤维悬浮液的分离。2.2.4活塞推料离心机。在本机中生成滤并与转鼓同速回林并由轴向往复的料板 推出，有单级或多级，最多可至12级。本机适于纤维或晶体分离，多级则适于分离 粘性大的母液。2.2.5离心力卸料离心机。泪该机里主要通用于.脱水物料的分离，结构简单，其 变型规格甚多，有GTL型及反跳环

11、型。2.2.6振动卸料及其它机型。振动卸料机结构除加振动源外类似离心械，沉降性 能较好。三、离心分离技术在食品工业中的应用3.1果蔬汁生产的工艺中。固液分离是一项重要的技术，用以分离悬浮在果汁中的固体粒子，已经使用 了 30多年。离心分离技术的发展与果蔬加工技术可谓是并驾齐驱。在早期阶段，果 蔬加工是利用离析器，将果肉粒子从压榨后的果汁中分离出来，或在澄清处理时将 澄清剂分离。时至今日，洋析器的使用已渐渐取替上述的处理方法。事实上，离析 器和灌析器均能为果蔬加工提供经济的生产模式，增加果汁提取时的产率，以及避 免操作中造成的损失。3.2豌豆、绿豆、蚕豆中。近来，我们对豌豆、绿豆和蚕豆的利用进行

12、了初步的探索，利用流槽和离心分离 技术(1)(2),在小试基础上成功地分离提取高质量的豆类淀粉，同时得到了优质的蛋白 质。本研究目的是利用中试设备,现代淀粉的加工装置对豌豆的有效成分进行分离提 取,为工业化生产提供必要的工艺条件;同时，为进一步开展豌豆淀粉和蛋白质特性及 其应用的研究提供必要的物质条件。3.3发酵乳制品中。随着人民生活水平的提高和健康意识的增强，我国发酵乳制品工业迅猛发展。 实践证明，传统人工型液态发酵剂由于存在种种弊端1 一 4，已远远不能满足发酵 乳制品工业发展的要求。因此，积极研制并开发出具有我国自主知识产权的高效浓 缩型直投式乳酸菌发酵剂势在必行。高效浓缩型直投式乳酸菌

13、发酵剂的生产系采用 优质乳酸菌种经液体深层高密度培养，经菌体细胞的分离，与保护剂介质混溶，再 经冷冻或冷冻干燥，无菌包装，制成浓缩型冻藏发酵剂或浓缩型冻干发酵剂。由此 可见，乳酸菌细胞的分离技术是制备高效浓缩型直投式发酵剂重要的中间工艺环节。 目前，乳酸菌细胞分离的方法有离心和超滤。研究表明，超滤效果优于离心，而超 速离心效果优于普通离心2 4。但是，离心比超滤操作简便，设备清洗和消毒方 便，不易污染，其应用较超滤普遍卜8。值得注意的是，离心过程中:一方面，由于 离心力机械作用以及温度和基质低pH等因素的影响，可能造成部分菌体死亡;另一 方面，部分菌体必然残留在上清液中而损失。如果离心工艺掌握

14、不当，菌体死亡率 和损失率随之增高，使活菌收得率大大降低，直接导致高效浓缩型直投式乳酸菌发 酵剂的活菌含量下降而影响产品质量。鉴于此，本文选择易于分离细胞的乳酸菌常 用液体MRS培养基为离心基质，以自行分离选育的高活力保加利亚乳杆菌 (Lactobacillusbol 邵 rieos)L.b 一 51 和嗜热链球菌(Stre 尸 toeoeeosthermophiZus)s.t 一 3为实验菌株，通过建立离心过程中活菌收得率与损失率、存活率相关性研究方法， 研究离心力、离心时间对乳酸菌离心损失率和存活率的影响，寻求最高活菌收得率 的适宜离心条件，以期为工业化大规模离心分离培养液中的乳酸菌，并研

15、制开发高 效浓缩型直投式乳酸菌发酵剂提供科学依据。各种类型的沉降离心机在食品工业中的应用占主导地位例如，可用于牛奶澄 清与稳定化处理、食油精制、干酪及酸奶酪的生产、乳糖、酪蛋白、黄油、葡萄酒、 各种果汁、啤酒、咖啡、果冻、制糖、糖蜜、酵母及酵母提取物、淀粉棕构油、卵 磷脂、植物油脂、动物原脂、明胶、血清、血粉、鱼粉、鱼油、柠檬酸、味精、水 藻、大豆蛋白、单细胞蛋白、速冻疏菜、人参蜂皇浆、皂料、橄榄油、发酵肉汤、 速溶饮料、维生素、谷肮、肉类加工等。各类过滤离心机的应用亦十分广泛，用于 食糖、味精、淀粉、蛋白回收、酵母、葡萄糖、柠檬酸及各类水果和各种植物中分 离原汁及冷冻浓缩等操作中。食品加工工

16、艺流程中需要采用离心分离技术的情况， 逐渐在增多。【参考文献】1 陈希孺.数理统计学小史J.数理统计与管理，1998.2 张楚廷.数学方法论M.长沙：湖南科学技术出版社，1989.3 Ian Hacking.The Emergence of ProbabilityM.Cambridge Uni-versityPress，2001.1.4 莫里斯克莱因.古今数学思想(第二册)M.上海：上海科学技术出版社，2002.5 柳延延.现代科学方法的两个源头J,自然科学史研究，1996.6 张兰威，鄂志强，万海峰，等.乳酸菌增菌培养基的筛选及干燥保护剂的选择田.中国 乳品工业，2000(2):7 9.7 梁勇，杜敏，南庆贤，等.浓缩型乳酸菌发酵剂的制备J.中国乳品工业，1995(2):132 133.8 乔发东，吴秀芳，南