第五章食品分离新技术1.ppt

第五章 食品分离新技术 第一节 超临界流体萃取技术 第二节 超滤和反渗透技术 第三节 电渗析技术 第四节 工业色谱技术 第一节 超临界流体萃取技术 一、超临界流体的萃取原理 二、超临界流体萃取的过程系统 三、超临界流体萃取技术在食品工业中的应用 近二十多年来，超临界流体萃取技术的研究取得了很大的进展，它在食品工业中的应用日益广泛。例如：从茶、咖啡豆中脱咖啡因，萃取啤酒花，从植物中萃取香精油等风味物质，从各种动植物油中萃取多种脂肪酸，从奶油和鸡蛋中去除胆固醇等。 随着超临界流体萃取技术的不断完善以及和其它高新技术的结合使用，一定会改变目前超临界流体萃取投资费用高的问题，其应用前景也将更加广泛。 一、超临界流体的萃取原理 一、超临界流体的萃取原理 任何物质都具有气、液、固三态, 随着压力、温度的变化、物质的存在状态也会相应发生改变, 上图标出了各相存在的区域。 在相图中, 当气一液两相共存线自三相点延伸到气液临界点后, 气相与液相混为一体,相间的界线消失, 物质成为既非液体也非气体的单一相态, 即超临界状态, 此时物质不能再被液化。 一、超临界流体的萃取原理 纯物质的临界温度（Tc）和压力 该物质处在无论多高的压力下均不能被液化时的最高温度（临界温度），与该温度对应的压力为临界压力（pc）。 物质以液态形式出现的最高温度；临界压强是液体在临界温度时的饱和蒸气压。 超临界流体 指那些高于又接近流体临界点Pc、Tc，以特殊形式而存在的流体。 其多种物理化学性质介于气体和液体之间，并兼具两者的优点。如具有液体一样的密度、溶解能力和传热系数，具有气体一样的低粘度和高扩散系数。 考虑溶解度、选择性、临界点数据等因素，可选择超临界流体溶剂。 食品工业中常用萃取剂为CO2。二氧化碳的临界温度和临界压力较低( Tc = 31.1℃, Pc = 7. 38Mpa ρc=460kg/m3)。 压力－密度－温度关系图 1、超临界流体的P-V-T性质 由CO2的P-T-ρ相平衡图可以知道，在稍高于临界点的温度区域，压力稍有变化，将引起密度很大变化。 超临界流体密度已接近该物质的液体密度。其对液体和固体的溶解性与常规液体相当，但此时状态仍为气态，具有高的扩散性。 二氧化碳的压力-密度等温线 （1）在超临界区域，流体密度可以在很宽的范围内变化（150g/l-900g/l)，因此，适当控制流体压力和温度可以使其密度变化达到3倍以上。 （2）在临界点附近，压力和温度的微小变化，可以大幅度改变流体密度。流体溶解能力取决于流体密度。 密度变化规律所呈现出的上述两个特点成为超临界流体萃取的理论基础和萃取过程参数选择的重要依据。 超临界区内, 如图阴影区所示, 1＜Tr＜1.4,1＜Pr＜5的的区域常作为超临界二氧化碳的工作区。 在温度一定的场合下, 临界温度附近的等温线上, 密度对于压力的变化十分敏感。压力的增加或减小, 密度随之增加或减小, 对物质的溶解能力也随之增加或减小。 前者有利于溶质的萃取, 后者有利于溶质的分离回收。 2、超临界流体的传递性质 超临界流体和其他流体传递性质比较 超临界流体密度接近液体的密度，而粘度接近普通气体，扩散能力比液体大约100倍。 超临界二氧化碳中溶质的扩散系数 如图所示中溶质的扩散系数为温度和压力的函数。 溶质在超临界流体中的扩散系数与在通常液体中相比高出50－100倍。因此, 对动物或植物组织中有效成分进行萃取时, 具有高度的质量传递速率。 扩散系数与温度和压力的关系：与温度成正相关，与压力成负相关。 超临界流体二氧化碳的密度在超临界压力附近随压力的稍微增加而大幅度增加（可达3倍），而后随压力增大增幅渐趋缓慢。 超临界流体二氧化碳的黏度在超临界压力附近随压力的稍微增加而大幅度降低，而后随压力增大增幅渐趋缓慢。 纯角鲨烷在超临界流体二氧化碳、氮气、氩气内，黏度随压力升高二降低。 扩散系数与黏度关系 3、超临界流体的溶解能力 超临界流体的溶解能力与密度有关系，在临界区附近，操作压力和温度的微小变化，引起流体密度的大幅度变化，从而影响其溶解能力。 图5－10表示萘在超临界流体二氧化碳中的溶解度随密度和温度变化。 萘的溶解度随二氧化碳密度增加而呈指数提高，且在密度相同情况下，溶解度随温度的提高而增加。 （1）超临界流体溶解能力与密度和温度的关系 部分物质在超临界流体二氧化碳中的溶解能力随二氧化碳密度的升高而升高，不同物质溶解度不同。 菲在SCF乙烯中的溶解能力随SCF密度增加而呈指数增加。密度相同，温度越高，溶解度越大。 （1）超临界流体溶解能力与密度和温度的关系 部分物质在超临界流体二氧化碳中的溶解能力随二氧化碳密度的升高而升高，不同物质溶解度不同。 菲