食品化学食品分离新技术

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1、食品分离新技术一、膜分离技术1、膜分离的基本概念    用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和浓缩的方法，统称为膜分离。2、膜性能（1）膜的抗氧化和抗水解性能    假如膜在水溶液中的氧化机理与膜材料在空气中的氧化相似，那么溶液中由氧化物质产生的初级自由基（Xo）便能与高分子材料（R—H键）进行如下反应：R—H+Xo——→Ro+H—X然后高分子材料的自由基R?与O2作用进行链转移：R—HRo+O2——>R—O—Oo——>Ro+R—O—O—H反应产物ROOH不稳定，经过一系列反应由醇变成醛，

2、由醛转化为酸、CO2和水等。膜的水解与氧化是同时发生的，膜的水解，作用与高分子材料的化学结构密切相关，当高分子链中具有易水解的化学基团—CONH—、—COOR—、—CN、——CH2—O—等时，这些基团在酸或碱的作用下会产生水解降解反应，于是膜性能受到破坏。(2)膜的耐热性和机械强度    膜的耐热性取决于高分子材料的化学结构。由于水在膜中的渗透使高分子之间的作用力部分地受到削弱，结果使膜的耐热性低于纯高分子材料的耐热性。为了提高膜的而热性，可能改变高分子的链节结构和聚集态结构，提高分子链的刚性。    膜的机械度是高分子材料力学性质的表现。膜属于粘弹性体，在外

3、力作用下，膜发生压缩或剪切蠕变，并表现为膜的压密现象，导致膜透过速度的下降。外力消失后，若再给膜施加相同外力，膜的透过速度也只能暂有所回升，随后很快又出现下降。这表明膜的蠕变使膜产生几乎不可逆的变形。因此可以把膜压密系数m值，作为膜发生压缩蠕变的量度。(3)膜的分离透过特性a、分离效率c1-c2R=———————×100%c1式中c1、c2——分别为原液和透过液中被分离物质的浓度b、渗透通量通常以单位时间内通过单位膜面积的透过物量表示，符号为J，其单位为kg/（平方米·s）。c、通量衰减系数因为过程的浓差极化、膜的压密以及膜堵塞等原因，膜的渗透通量将随时间而衰

4、减。3、分离用膜（1）纤维素酯系膜    纤维素酯系膜主要是纤维素醋酸酯，又称醋酸纤维素或乙酰纤维素。醋酸纤维素是纤维素中的—OH基被醋酸酯化成—OOCCH的产物，简写CA。若有二个和三个—OH基被醋酸酯化，则分别写成CA2，CA3。    醋酸纤维素的取代度和取代的化学基团的种类将对纤维膜的制作、膜性能及应用条件产生影响。这些影响主要有如下几个方面：a、对醋酸纤维素溶解性能的影响图b、对醋酸纤维素膜性能的影响表c、对膜应用特性的影响    膜的抗压密性取决于高分子材料的刚性。对醋酸纤维素采用化学交联、辐射接枝或提高取代基支化度可提高大分子链的刚性，改善膜的抗

5、压密性。（2）聚酰亚胺膜    聚酰亚胺是指含有酰亚胺基团的聚合物，是由二元酸酐和二元胺缩聚而成的。聚酰亚胺是一种耐热性、耐化学稳定性极佳的高分子材料，所以聚酰亚胺膜有良好的热稳定性特别是耐有机溶剂性。同时它有较好的透水速度和分离率。（3）聚砜系膜有代表性的芳香族聚砜包括：目前在膜的研制上大体朝以下几方面发展：a、研制耐氯性、耐高温、高脱盐率、高透水率的低压（<1.7Mpa）脱盐膜。以用于海水，苦咸水等脱盐。b、研制耐高酸碱度、耐高温、抗污染、耐细菌侵蚀、耐有机溶剂的分离膜。以用于工业溶液和废水处理。c、研制特种分离膜。如食品发酵工业上所需的蛋白质分离膜、固定

6、酶用膜等等。4、膜分离的基本方法及其原理（1）反渗透图a、反渗透的基本原理    反渗透是利用反渗透膜选择性的只能透过溶剂（通常是水）的性质，对溶液施加压力以克服溶液的渗透压，使溶剂通过反渗透膜而从溶液中分离出来的过程。其原理如图所示。b、反渗透的特性参数    在反渗透中，单位时间内通过半透膜的透过液体积（或质量）称为透水速率，以Q或dV/dt表示之；而单位时间膜面积上通过的透过液体积或质量，称为透水速度，以JW表示之，即JW=Q/A=1/A·dV/dt（2）超滤图    应用孔径为1.0-20.0nm(或更大)的超滤膜来过滤含有大分子或微细粒子的溶液，使大

7、分子或微细粒子从溶液中分离的过程称之为超滤。与反渗透类似，越滤的推动力也是压差，在溶液侧加压，使溶剂透过膜而得到分离。与反渗透不同的是，在超滤过程中，小分子溶质将随同溶剂一起透过超滤膜。在超滤中，其分离的物理因素较物化因素更为重要。（3）电渗析图:电渗析设备    电渗析是在外电场的作用下，利用一种特殊膜（称离子交换膜）对离子具有不同的选择透过性而使溶液中的阴、阳离子与其溶剂分离。由于溶液的导电是依靠离子迁移来实现的，其导电性取决于溶液中的离子浓度和离子的绝对速度。离子浓度愈高，离子绝对速度愈大，遇溶液的导电性愈强，即溶液的电阻率愈小。纯水的主要特征，一是不导

8、电，二是极性较大。    水中有电解质