食品技术原理.ppt

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1、食品技术原理第九章食品分离技术第一节物理与机械分离----结晶一、结晶的基本概念1、结晶定义：凡是从匀相中形成固体颗粒者，统称为结晶结晶是制备纯品的有效方法，由于晶体外观好，易于被消费者喜爱，一般生产中常以结晶作为最后一步的精制操作。比如在食品配料和添加剂都是通过结晶获得的。如葡萄糖酸，蔗糖、谷氨酸钠等。2、结晶的过程：结晶是指从均匀相中形成固体颗粒的过程。主要有以下过程：由蒸气转化变成固体液体熔化物的凝固液体溶液结晶的过程本章主要讨论从水溶液中结晶出所需产品的结晶过程。因此，结晶属于物理分离手段。

2、(1)工业结晶过程①从水溶液中结晶以获得固体产品；②从稀溶液中由水的冻结以浓缩溶质，即冷冻浓缩；③控制结晶操作以获得某些流变学特性。本章主要讨论从水溶液中结晶出所需产品的结晶过程，属于物理分离手段。(2)食品工业中的结晶过程从水溶液中结晶：包括两种情况。一是结晶操作作为获得纯净固体的一种物理分离手段。例如制造葡萄糖；另一种是结晶必须加以控制的场合，如蜂蜜中的糖分，冰淇淋中的乳糖等。稀溶液中水的冻结：这种情形主要用以浓缩溶质，称为冷冻浓缩。控制结晶操作使制品获得一些流变学特性，例如：人造奶油中脂肪的结

3、晶控制等。二、结晶的基本原理(一)、晶体的基本概念1、晶体：是质点（分子、原子或离子）在空间有规则地排列的固体物质。有规则的排列即为质点按照空间点阵结构的数学方式排列。2、晶胞：组成空间点阵结构的基本单位成为晶胞。晶体的分类晶体的对称要素：对称面、对称轴、对称中心。晶体外形对称轴与晶系：立方晶系四方晶系斜方晶系单斜晶系三斜晶系六方晶系三方晶系3、晶体的特点自限性均匀性各向异性具有一定的熔点对称性最小热力学能和最大稳定性4、蔗糖晶体中存在的杂质①胶体：带负电荷的胶体物质，能被稍带正电荷的蔗糖晶体所吸引

4、，使蔗糖色度值深。②晶内水：晶体大，含水量高，晶体小，晶体内含水量迅速小将0.03%。③无机盐：Ca2+、Fe3+和亚硫酸根离子容易被蔗糖结晶体吸附入晶体之内。(二)液-固系统的相平衡1、溶解度：是指在一定温度下，100g溶剂所能溶解的溶质的最大限度(克数)。溶解度与溶质的化学性质和溶剂的性质有关，还与压力及物质颗粒的大小有关。纯蔗糖溶液的溶解度为2、蔗糖-水系统相平衡图中任意点表示的是物系的一种状态E点为最低共熔点AE为冰点曲线，BE溶解度曲线浓度低于E点的浓度，只是冷冻浓缩的操作，只有浓度高于E

5、点的浓度，才是冷冻结晶的操作。(三)过饱和溶液与过饱和系数1、过饱和溶液：理论上，在任意温度下，溶液的浓度超过饱和浓度，就有溶质析出，但实际上，把不饱和溶液用冷却或浓缩的方法使其略呈过饱和状态，一般并无结晶析出而成为过饱和溶液，只有达到某种程度的过饱和状态，才有晶体析出。过饱和溶液糖液：将饱和糖液慢慢冷却或慢慢蒸发，当糖液中溶解的蔗糖量超过该温度下的溶解度时，仍无蔗糖析出，这种糖液叫做过饱和糖液。2、不纯糖液中蔗糖溶解度用饱和系数表示3、过饱和系数：过饱和程度的大小用过饱和系数来表示，符号：。4、过

6、饱和系数对结晶的影响①当>1，表示溶液为过饱和溶液；其中=1.0~1.2属于介稳区，可使已有的晶体长大，并且有新的晶核形成。加晶种、养晶核加一些助晶操作可控制在此介稳区域，又称育晶区；=1.2~1.3属于中间区，不仅已有的晶体长大，同时也能有新的晶核形成。刺激起晶常控制在此范围，同时在该区域也常产生伪晶。>1.3能自然起晶，晶核大量产生②当=1，表示溶液为饱和溶液；③当<1，表示溶液为不饱和溶液，此时称为溶晶区，糖液不饱和，晶体只能溶解，不能长大，在整理晶粒和伪晶（非起晶阶段形成的新的晶

7、核）时，过饱和控制在零的范围。因此，要使结晶进行的先决条件是：>1(四)晶核的理论1、成核过程在一定温度和纯度下，当糖液浓度逐渐升高以至于过饱和时，分子的运动范围逐渐缩小，分子间的吸引力大于排斥力时，蔗糖分子变互相吸引，形成所谓蔗糖分子的堆积点，即小的结晶体，并且自糖液中析出，这种在一定浓度下蔗糖从溶液中析出的过程就叫起晶。A+A=A2A2+A=A3。。。。。An-1+A=AnnA=An2、溶液生成晶核质点的临界浓度根据质量作用定律，在平衡状态时，平衡常数为式中：---溶液生成晶核质点的临界浓度c

8、---溶液相浓度。通常用来表示，c为过饱和浓度，cs为同温度下饱和浓度n---分子数K---平衡常数平衡常数可用当量平衡常数自由能表示，即式中Es----当量自由能(Es=s其中为表面张力；s为表面积)R----气体常数T----热力学温度当=增大，n增大，则增大当=增大，s增大，则增大3、临界半径如果把晶核质点看成球形，则。根据吉布斯―汤姆森(Gibbs一Thomson)方程式：即：式中d:蔗糖晶体密度M：蔗糖分子量晶核半径r≥rcrit，晶核才能稳定存在，并进