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功能性食品及加工技术
功能性食品的加工技术
第一节膜分离技术
一、膜分离的基本概念
膜分离是一种使用半透膜的分离方法。
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,统称为膜分离法。
如果用膜把一个容器隔成两个部分,膜的一侧是水溶液,另一侧是纯水,或者膜的两侧是浓度不同的溶液,则通常把小分子溶质透过膜向纯水侧移动、水分透过膜向溶液侧或浓溶液侧移动的分离称为渗析或透析。
如果仅溶液中的水分(溶剂)透过膜向纯水侧或浓溶液侧移动,溶质不透过膜移动,这种分离称为渗透。
在制膜工业生产上有各种各样的膜以满足各种不同分离对象和分离方法的要求。
根据膜的材质,从相态上可分为固态膜和液态膜。
从来源上可分为天然膜和合成膜,后者又可分为无机膜和有机膜。
根据膜断面的物理形态,可将膜分为对称膜、不对称膜和复合膜。
依照固体膜的外形,可分为平板膜、管状膜、卷状膜和中空纤维膜。
按膜的功能,又可分为超滤膜、反渗透膜、渗析膜、气体渗透膜和离子交换膜。
膜性能对膜分离的应用和效果有较大影响。
通常所称的膜性能是指膜的物化稳定性和膜分离透过性。
膜的物化稳定性主要是指膜的耐压性、耐热性、适用的pH范围、化学惰性、机械强度。
膜的物化稳定性主要取决于构成膜的高分子材料。
由于膜的多孔结构和水溶胀性使膜的物化稳定性低于纯高分子材料的物化稳定性。
膜的物化稳定性主要从膜的抗氧化性、抗水解性、耐热性和机械强度等方面来评价。
而膜的分离透过特性主要从分离效率、渗透通量和通量衰减系数三个方面来评价。
对任何一种分离过程,总希望分离效率高,渗透通量大,实际上,通常分离效率高的膜,渗透通量小,而渗透通量大的膜,分离效率低。
故在实际应用中需要在这二者之间寻求平衡。
二、常用的膜分离过程
1.微滤
微孔过滤是膜分离过程中最早产业化的。
微孔过滤膜的孔径一般在0.02~10μm左右。
但是在滤谱上可以看到,在微孔过滤和超过滤之间有一段是重叠的,没有绝对的界线。
微孔过滤膜的孔径十分均匀,微孔过滤膜的空隙率一般可高达80%左右。
因此,过滤通量大,过滤所需的时间短。
大部分微孔过滤膜的厚度在150μm左右,仅为深层过滤介质的1/10,甚至更小。
所以,过滤时液体被过滤膜吸附而造成的损失很小。
微孔过滤的截留主要依靠机械筛分作用,吸附截留是次要的。
由醋酸纤维素与硝酸纤维素等混合组成的膜是微孔过滤的标准常用滤膜。
此外,已商品化的主要滤膜有再生纤维素膜、聚氯乙烯膜、聚酰胺膜、聚四氟乙烯膜、聚丙烯膜、陶瓷膜等。
在实际应用中,褶叠型筒式装置和针头过滤器是微孔过滤的两种常用装置。
2.电渗析
电渗析是以电位差为推动力,利用离子交换膜的选择透过性,从溶液中脱除或富集电解质。
电渗析的选择性取决于所用的离子交换膜。
离子交换膜以聚合物为基体,接上可电离的活性基团。
阴离子交换膜简称阴膜,它的活性基团常用胺基。
阳离子交换膜简称阳膜,它的活性基因通常是磺酸盐。
离子交换膜的选择透过性,是由于膜上的固定离子基团吸引膜外溶液中的异电荷离子,使它能在电位差或浓度差的推动下透过膜体,同时排斥同种电荷的离子,阻拦它进入膜内。
因此,阳离子能通过阳膜,阴离子能通过阴膜。
根据膜中活性基团分布的均一程度,离子交换膜大体上可以分为异相膜、均相膜及半均相膜。
聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等是离子交换膜最常用的膜材料。
性能最好的是用全氟磺酸、全氟羧酸类型膜材料制备的离子交换膜。
电渗析用于水溶液中电解质的去除、电解质的浓缩、电解质与非电解质的分离和复分解反应等领域。
3.反渗透
反渗透(又称高滤)过程是渗透过程的逆过程,即溶剂从浓溶液通过膜向稀溶液中流动。
正常的渗透过程按照溶剂的浓度梯度,溶剂从稀溶液流向浓溶液。
若在浓溶液侧加上压力,当膜两侧的压力差ΔP达到两溶液的渗透压差Δπ时,溶剂的流动就停止,即达到渗透平衡。
当压力增加到ΔP>Δπ时,水就从浓溶液一侧流向稀的一侧,即为反渗透。
1960年具有极薄皮层的非对称醋酸纤维素膜问世,使反渗透过程迅速地从实验室走向工业应用。
非对称分离膜的出现,也大大推动了其他膜过程的开发和工业应用。
目前应用的反渗透膜可分为非对称膜和复合膜两大类。
前者主要以醋酸纤维素和芳香聚酰胺为膜材料;后者支撑体都为聚砜多孔滤膜,超薄皮层的膜材料都为有机含氮芳香族聚合物。
反渗透膜的膜材料必须是亲水性的。
20世纪90年代出现了纳滤膜分离过程。
在前期的研究中,有人将其称为疏松的反渗透膜,后来由于这类膜的孔径是在纳米范围,所以称为纳滤膜及纳滤过程。
在滤谱上它位于反渗透和超滤之间。
纳滤特别适用于分离分子量为几百的有机化合物。
它的操作压力一般不到1MPa。
4.超滤
超滤也是一个以压力差为推动力的膜分离过程,其操作压力在0.1~0.5MPa左右。
一般认为超滤是一种筛孔分离过程。
在静压差推动下,原料液中溶剂和小的溶质粒子从高压的料液侧透过膜到低压侧,所得的液体一般称其为滤出液或透过液,而大粒子组分被膜拦住,使它在滤剩液中浓度增大。
这种机理不考虑聚合物膜化学性质对膜分离特性的影响。
因此,可以用细孔模型来表示超滤的传递过程。
但是,另一部分人认为不能这样简单分析超滤现象。
孔结构是重要因素,但不是唯一因素,另一个重要因素是膜表面的化学性质。
超滤膜早期用的是醋酸纤维素膜材料,以后还用聚砜、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚酰胺、聚乙烯醇等以及无机膜材料。
超滤膜多数为非对称膜,也有复合膜。
超滤操作简单,能耗低。
5.渗析
当把一张半透膜置于两种溶液之间时,会出现双方溶液中的大分子原地不动而小分子溶质(包括溶剂)透过膜而互相交换的现象,称为透析。
三、膜分离技术的应用
膜分离技术是一种在常温下无相变的高效、节能、无污染的分离、提纯、浓缩技术。
这项技术的特性适合功能食品的加工,在如下几个方面应用效果明显。
1.在功能饮用水加工中的应用
饮料用水一般为软化无菌水,既可用电渗析、离子交换树脂软化,超滤除菌,也可用反渗透一次完成软化除菌。
近几年国内已出现纳滤膜,纳滤膜对二价离子的脱除率可达98%左右,因此用纳滤膜来生产饮料用水更经济合理。
用超滤可脱除矿泉水中的铁、锰等高价金属离子胶体、有机物胶体和细菌,用超滤作为矿泉水的终端处理可防止矿泉水的混浊和沉淀,并能保证其卫生指标。
用高脱盐率(>95%)电渗析加超滤二步法或者用高脱盐率(>95%)的反渗透一步法都可达到饮用纯净水的标准。
高氟地区的饮用水会引起人的骨质疏松等多种疾病,用反渗透法可脱除90%以上的氟,而符合国家饮用水卫生标准。
用脱气水浸泡大豆到饱和水分仅需2h,而自来水则需4~6h。
用脱气水浸泡大豆还能防止因脂肪氧化酶作用而生的豆腥味;用脱气水加工鱼、肉、香肠时,可减轻腥味,防止褐变;用脱气水制造速溶茶,可提高提取率,缩短萃取时间。
2.在发酵及生物过程中的应用
用超滤和洗滤二次法可将酶浓缩10倍,纯度可从20%提高到90%以上。
用超滤去除味精生产中的微生物,并用反渗透回收漂洗水中的谷氨酸钠。
可用超滤去除黄原胶中的色素和蛋白质,并可将黄原胶从1Pa·s浓缩到18Pa·s。
用反渗透法可使普通啤酒中乙醇含量从3%降到0.1%。
可用微滤去除酵母,保证生啤酒的感官指标和保质期。
用反渗透法可将普通葡萄酒中乙醇含量降到1%~2%。
可用超滤去除低度白酒中的棕榈酸酯等,解决因低温引起的混浊。
超滤还可增加乙醇和水的缔合,使得口感柔和醇厚。
用超滤去除上述酒中的果胶、蛋白、多糖等大分子物质,解决由此产生的沉淀。
用反渗透法可将赖氨酸、丝氨酸、丙氨酸、脯氨酸、苏氨酸等浓缩二倍。
用超滤可把固形物20%的血浆浓缩到30%。
用超滤生产的白酱油,可减少高价金属离子的含量,除去细菌和杂质,提高酱油对热和氧的稳定性;用超滤加工的食醋,清亮透明、无菌、无沉淀,并能改善风味。
3.在果汁和饮料生产中的应用
可用超滤对果汁进行除菌、澄清、脱果胶及回收果汁中的果胶、蛋白酶等,也可用反渗透对果汁进行浓缩,浓缩浓度可达20~25ºBx。
可用反渗透把速溶咖啡的固形物含量从8%浓缩至35%;速溶茶可浓缩至20%左右。
用超滤脱除罗汉果浸提液中的多糖、蛋白质等,再用反渗透进行浓缩,其浓缩浓度为20~25ºBx。
4.在色素生产中的应用
用超滤可脱除焦糖色素中的有害成分亚铵盐及不愉快的味道。
用超滤可脱除天然食用色素水提取液中95%以上的果胶和多糖类物质,并可用反渗透法浓缩该浸提液至固含量20%以上。
色价保持率极高。
5.在食用胶生产上的应用
用超滤可脱掉食用明胶中的色素及灰分,并把食用明胶的固含量浓缩至15%。
用超滤可脱掉果胶中的糖、酸、色素,其脱除率>98%,并可把果胶浓缩到固含量3.5%以上。
6.在蛋白质加工中的应用
用超滤法生产大豆分离蛋白,蛋白质截留率>95%,蛋白质回收率>93%,比传统的酸沉淀法得率提高10%。
用反渗透浓缩蛋清,固含量可从12%浓缩到20%;用超滤浓缩全蛋,其固含量可从24%浓缩到42%。
用超滤可从马铃薯淀粉加工废水、粉丝生产黄浆水、水产品加工废水、大豆分离蛋白加工废水以及葡萄糖生产中回收蛋白。
这样既充分利用了资源,又符合环保的要求。
7.在乳制品加工中的应用
用反渗透法浓缩牛奶,用于生产奶粉和奶酪,牛奶的固形物可浓缩到25%。
亚洲人普遍对乳糖过敏,用超滤法把牛奶中的乳糖脱除,并回收乳糖作工业原料。
用超滤法可从干酪乳清中回收并浓缩蛋白。
第二节微胶囊技术
一、微胶囊的基本概念
1.微胶囊的定义
日常生活中人们对服用胶囊药物已经司空见惯,那是将药粉或药粒装填到可食性胶囊中,便于吞服并避免了药的苦味和不良气味,这种胶囊已有一百多年历史了。
如果将这种胶囊缩小到直径只有5~200μm范围内,就是微胶囊。
可以说,微胶囊就是指一种具有聚合物壁壳的微型容器或包装物。
包在微胶囊内的物质称为芯材,而外面的“壳”称为壁材;它们必须是无毒无味及食品卫生法规所允许的材料,且在食品中的最终用量也应符合食品卫生法的要求。
一般来说,油溶性芯材应采用水溶性壁材,而水溶性芯材必须采用油溶性壁材。
当然这样小的胶囊不可能是装填的,于是人们发明了许多制造微胶囊的方法。
微胶囊造粒技术有时也被称为包埋技术。
2.微胶囊的构成
(1)芯材在食品工业生产中,凡食品中的必要成分或需要添加的材料,如要改变性状并保持其特定性能,都可作为芯材,它是开发和应用微胶囊技术的目的物。
(2)壁材就是构成微胶囊外壳的材料,也有的称为“包衣”。
食品微胶囊的壁材首先应无毒,符合国家食品添加剂卫生标淮。
它必须性能稳定,不与芯材发生反应,具有一定强度,耐摩擦、挤压、耐热等性能。
最常用的壁材为植物胶、阿拉拍胶、海藻酸钠、卡拉胶、琼脂等。
其次是淀粉及其衍生物,如各种类型的糊精、低聚糖。
国外开发出许多淀粉衍生物具有很好的乳化性、成膜性、质密性,是很好的包埋香精的壁材。
此外明胶、酪蛋白、大豆蛋白、多种纤维素衍生物也都是很好的壁材。
3.微胶囊的形态
微胶囊因制作方法的不同有球型、椭球型、柱型、无定型等形状。
但最多的是球型。
它们可以是单核的,也可以是多核的。
微胶囊外壁可以是单层也可以是双层。
对于挤压成型再粉碎的产品则是无定型的。
应用最广的喷雾干燥法微胶囊为表面有陷凹的球形,内部为众多个不连续的球状芯。
4.微胶囊芯材的释放
微胶囊芯材可在水中或其他溶剂中因壁材溶解而释放,这是最常见的释放方法,如喷雾干燥法制造的粉末香精、粉末油脂。
也有因温度升高到壁材融化,外壳破坏而释放的,如膨松剂中的酸性材料。
也有因挤压摩擦破坏外壳而释放的。
如口香糖中的甜味剂和香精。
以上几种是瞬时释放。
即一旦外壳破坏,芯材立即释放出来。
还有因壁材吸水膨胀形成半透膜而使芯材逐渐渗透而缓慢释放的,这种释放直到内外渗透压平衡而停止。
微胶囊的制造应根据其用途、释放方式、芯材性质而选择相应的制造方法。
5.食品工业中常用的几种微胶囊化方法
微胶囊化方法大致可分为化学法、物理法和融合二者的物理化学法。
具体方法可有20余种。
如喷雾干燥法、喷雾冻凝法、空气悬浮法(又称沸腾床法)、真空蒸发沉积法、多孔离心法、静电结合法、单凝聚法、复合凝聚法、油相分离法、挤压法、锐孔法、粉末床法、熔融分散法、复相乳液法、界面聚合法、原位聚合法、分子包埋法、幅射包埋法等,其中,有一部分还停留在发明专利上,没有形成规模工业生产;部分已应用于医药工业、化学工业上。
真正可用于食品工业的微胶囊方法则需符合以下条件:
能批量连续化生产,生产成本低。
能被食品工业接受,有成套相应设备可引用、设备简单,生产中不产生大量污染物、如含化学物的废水。
壁材是可食用的,符合食品卫生法和食品添加剂标准。
使用微胶囊技术后确实可简化生产工艺,提高食品质量。
因此目前能在食品工业中应用的方法只有少数几种。
主要有喷雾干燥法、喷雾冻凝法、空气悬浮法、分子包接法、水相分离法、油相分离法、挤压法、锐孔法等八种方法,另外还有界面聚合法、原位聚合法、粉末床法。
随着技术的改进和设备的开发,今后会有更多的造粒技术走向成熟,投入使用。
二、食品工业的微胶囊功能
在食品工业中应用最早、最广泛的微胶囊功能是物料形态的改变。
即把液态原料固体化,变成微细的可流动性粉末,除便于使用、运输、保存外,还能简化食品生产工艺和开发出新型产品,如粉末香精就是固体饮料开发的前提,粉末的油脂的出现促成了许多方便食品的开发,如咖啡伴侣、维生素强化奶粉等。
防止某些不稳定的食品原辅料挥发、氧化、变质。
许多香精和香料精油化学性质不稳定,易挥发或被氧化,维生素E、维生素C、高度不饱和的油脂(如DHA、EPA)等材料很易氧化而失去功能,生产中又要求这些成分在食品中高度分散于易被氧化的环境中。
微胶囊化就是解决这一矛盾的最好方法。
控制芯材释放速度是微胶囊技术应用最广泛的功能之一。
食品中有效成分需要控制释放的例子很多。
如在焙烤业中,某些膨松剂要求在面胚表面升温到某一程度,淀粉糊化和蛋白质变性已具备了保气功能后再产气,而生成的气体形成气泡不会溢散。
酸碱式膨松剂中的一种(通常为酸性材料)应先制成微胶囊,待达到所需温度后再释放气体。
日本有微胶囊化乙醇保鲜剂,在密封包装中缓慢释放乙醇蒸汽以防止霉菌。
还可以利用医药中的肠溶微胶囊技术制某些活菌制品,改善肠道消化状态。
中国传统豆腐生产中使用石膏可生产出细嫩的南豆腐,就是利用了石膏的天然缓释Ca++的功能;MgCl2没有缓释功能,但豆腐的风味更好,将MgCl2微胶囊化后,就可以结合二者优点。
功能食品加工过程中可能产生不良气味,某些原料中也会含有难于去除的不良气味或去除工艺复杂,还会破坏应有香气,此时可用微胶囊化方法解决,通常用β-环糊精为壁材的分子包埋法。
三、微胶囊技术的应用
微胶囊技术在食品工业中的应用范围越来越广,各种新的使用方法、新产品被不断开发出来。
以海藻酸钠、蔬菜、天然果汁为原料,微胶囊技术和饮料工艺相结合,制造微胶囊复合果蔬饮料,产品具有叶酸、蛋白质、VC、钙等营养成分。
理想的胶囊呈圆形且表面光滑,微胶囊成形时,氯化钙溶液的流速决定了胶囊的外观及口感。
产品具有色泽明快、风味独特、营养丰富、稳定性极佳等特点。
以海藻提取物为主要原料,利用滴制设备滴入到另一种液体物料之中,发生化学变化,从而形成珍珠状球形胶囊颗粒。
将之加入到饮料中制成海藻酸钠珍珠胶囊饮料,饮料的颜色与珍珠胶囊的颜色可相同也可不同,增加饮料的营养价值,改善饮料的外观和口感。
对于阻碍人体对胆固醇的吸收,抑制有害金属离子在人体内积累具有特殊功效。
从果蔬中提取可利用的营养物质,并保持其颜色、防止其褐变褪色而将蔬菜汁制成彩色胶囊加入至饮料中,所得的产品色彩鲜艳、稳定性好、感官性好。
在乳制品中添加的营养物质往往具有不愉快的气味,其性质不稳定易分解,影响产品质量。
将这些添加物利用微胶囊技术包埋,可增强产品稳定性,使产品具有独特的风味,无异味、不结块,泡沫均匀细腻、冲调性好、保质期长。
利用此法制成的产品有果味奶粉、姜汁奶粉、可乐奶粉、发泡奶粉、膨化乳制品、啤酒奶粉等。
微胶囊技术可应用于糖果的调色、调香、调味及糖果的营养强化和品质改善。
糖果生产中的天然食用色素、香精、营养强化剂等物质易分解,将其微胶囊化可确保产品质量的稳定。
用β-环状糊精包埋胡萝卜素、核黄素、叶绿素铜钠、甜红素等,经日光照射不褪色。
直接在烘焙面粉中添加FeSO4强化芝麻酥心糖,则产品易氧化酸败,但经包埋后再添加可防异味并能延长保质期。
常用的壁材有水溶性食用胶、环状糊精、纤维素衍生物、明胶、酪蛋白等物质,用此法生产的糖果颜色鲜亮持久,产品货架期长。
微胶囊技术还可应用于其它食品行业中。
如食品添加剂中的某些甜味剂、酸味剂、防腐剂、香精、色素的性质不稳定,利用微胶囊包埋技术制备微胶囊化甜味剂、酸味剂、防腐剂等,既改变了物质的原有状态,又增强了食品添加剂的稳定性,减少了与其他物质产生不良反应的可能性。
在酿酒工业中也逐步引入微胶囊化技术研制开发新产品,现已问世的产品有奶味啤酒、螺旋藻悬浮啤酒、粉末化酒等。
酒的粉末化需选择一种适当的包囊材料将酒中的酒精和挥发性芳香物质包埋起来,利用喷雾干燥法制成固化微胶囊颗粒,从而改变了传统酒类产品的固有形态。
第三节超临界流体萃取技术
一、超临界流体的萃取原理和特性
超临界流体萃取技术是以超临界状态下的流体作为溶剂,利用该状态下流体所具有的高渗透能力和高溶解能力萃取分离混合物的过程。
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,图25-1标出了各相存在的区域。
在相图中,当气——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。
图25-1纯物质压温图(CO2)
严格地说,超临界流体是指那些高于又接近流体临界点,以单相形式而存在的流体。
流体在临界点附近其物理化学性质与在非临界状态有很大不同,其密度、介电常数、扩散系数、粘度以及溶解度都有显著变化。
人们利用超临界流体对混合物某些组分进行萃取,发现超临界流体具有良好的溶解性能,能够萃取一些重要的化合物。
在适当条件下,难溶物质在超临界相中的溶解度比在非临界状态相下要大104倍。
这是由于超临界相的密度增大了,导致溶剂的介电常数和极化度增加,从而增加了溶剂分子与被溶解分子的作用力。
由于在其它条件完全相同的情况下,流体的密度在相当程度上反映了它的溶解能力,而超临界流体的密度又与压力和温度有关。
因此,在进行超临界萃取操作时,通过改变体系的温度和压力,从而改变流体密度,进而改变萃取物在流体中的溶解度,以达到萃取和分离的目的。
关于超临界流体萃取时分子间作用的特点,可以认为它更近似于液——液(固)萃取。
蒸馏过程之所以能分离预定的组分,主要是靠组分间挥发度的差异。
而液——液(固)萃取的分离原理则是依靠各组分的溶解度差异;物质的挥发度虽与物质间的相互作用有关,但主要取决于分子的热运动,而物质的溶解度则主要依赖于分子间的相互作用。
当超临界流体的压力增加,流体密度增大,分子间距离减少,它们之间的相互作用也就加强,溶剂分子与溶质分子间的作用要么发生在气固界面或发生在液相界面上,要么发生在液相内部,使溶质分子克服原有分子的相互作用而进入超临界相内,因此,其分离作用原理与液——液萃取过程类似。
根据超临界流体萃取技术的原理,可将超临界流体萃取过程的基本特征归纳如下:
作为萃取溶剂的超临界流体同时兼有液体和气体的长处,它具有与液体相近的密度和介电常数,又具有与气体相近的粘度,扩散系数也远大于一般液体。
高的密度和介电常数有利于溶剂和溶质分子之间的相互作用,提高溶剂效能;低的粘度和高的扩散系数有利于传质和溶质溶剂间的分离,这样,可在较短的时间内达到平衡,提高萃取效率,也无需进行溶剂蒸馏回收。
所以超临界流体是萃取分离的理想溶剂。
利用超临界流体可在常温或不高的温度下溶解或选择性地提取或萃取出相应难挥发的物质,形成一个负载的超临界相,此方法特别适用于提取或精制热敏性和易氧化的物质。
超临界流体的溶剂效能强烈依赖于流体密度、温度和压力,对于给定的物质,增加超临界流体相的密度,使溶剂的溶解能力增加,萃取分离更为有效;降低超临界流体的密度,使溶剂的溶解能力下降,有助于溶剂与溶质的回收。
而超临界流体相的密度可由过程的温度和压力进行控制。
常用的溶剂种类并不多,但它们的性质,特别是密度可以在较宽的范围内随压力和温度而发生变化。
二、超临界流体萃取剂的选择
用作超临界萃取剂的流体很多,这些流体有的价格昂贵制取困难,有的对设备有腐蚀和破坏性,有的气体有毒有害,不适于提取食品或医药中的有效成分。
与其它气体比较,二氧化碳作为超临界溶剂具有较大的优越性。
目前在食品、化妆品、医药、香料的领域中,常用二氧化碳作为超临界萃取剂。
二氧化碳基本上能满足非极性提取剂的要求,且价廉易得,还不会引起被萃取物的污染,无毒无害,是食品工业领域超临界流体萃取中一种较理想和使用较普遍的溶剂。
二氧化碳作为超临界萃取溶剂有以下溶解特点:
(1)分子量大于500dalton的物质具有一定的溶解度。
(2)中、低分子量的卤化物、醛、酮、酯、醇、醚非常易溶。
(3)低分子量、非极性的脂族烃(20碳以下)及小分子的芳烃化合物是可溶解的。
(4)分子量很低的极性有机物(如羧酸)是可溶解的,酰胺、脲、氨基甲酸乙酯、偶氮染料的溶解性较差。
(5)极性基团(如羟基、氮)的增加通常会降低有机物的溶解性。
(6)脂肪酸及其甘油三酯具有较低的溶解性,单酯化作用可增加脂肪酸的溶解性。
(7)同系物中溶解度随分子量的增加而降低。
(8)生物碱、类胡萝卜素、氨基酸、水果酸和大多数无机盐是不溶的。
三、超临界流体萃取技术在食品工程中的应用
超临界流体特别是超临界CO2萃取技术以其提取率高、产品纯度好、过程能耗低、后处理简单和无毒、无三废、无易燃易爆危险等诸多传统分离技术不可比拟的优势,近年来得到了广泛的应用,在食品工业中的应用正在不断扩展,它既有从原料中提取和纯化少量有效成分的功能,还可以去除一些影响食品的风味和有碍人体健康的物质。
植物中的挥发性芳香成分由精油和某些特殊香味的成分构成。
精油分离一般使用水汽蒸馏,精油和香味成分从植物组织中提取使用溶剂浸提法。
但应用传统的提取方法,部分不稳定的香气成分受热变质,溶剂残留以及低沸点头香成分的损失将影响产品的香气。
因此,室温操作、无毒、无残留的超临界CO2萃取就成了传统的提取方法的理想替代技术。
在超临界条件下,精油和特殊的香味成分可同时被抽出,并且植物精油在超临界CO2流体中溶解度很大,与液体CO2几乎能完全互溶,因此精油可以完全从植物组织中被抽提出来,加之超临界流体对固体颗粒的渗透性很强,使萃取过程不但效率高而且与传统工艺相比有较高的收率。
超临界流体CO2萃取技术生产天然辛香料的植物原料很多,如啤酒花、生姜、大蒜、洋葱、辣根、砂仁和八角茴香等。
从墨红花、桂花等中用超临界CO2提取的精油(或浸膏)香气与鲜花相近。
富含油脂的植物种子是食用油的主要原料,目前工业化分离多采用压榨法或溶剂萃取法。
用压榨法,油脂得率低,约有5%以上的残油会留在油饼中;而用乙烷、石油醚等有机溶剂萃取时,油脂的收率大有提高,但存在溶剂回收和产品带有溶剂残留问题。
而且两种方法不能有效地进行物质成分的选择性萃取。
超临界CO2萃取植物油脂的技术日趋成熟,用超临界CO2萃取得到的油品,一般油收率高,杂质含量低,色泽浅,并且可省去减压蒸馏和脱臭等精制工序。
与传统方法相比,萃取油脂后的残粕仍保留了原样,可方便地用于提取蛋白、掺入食品或用作饲料。
磷脂普遍存在于动植物的细胞中,磷脂主要有卵黄磷脂和大豆磷脂。
用超临界CO2萃取技术分离、提纯可得到高纯度卵黄磷脂和大豆磷脂。
生物体内的一些生理活性物质,对人的营养保健和对疾病的治疗效果已日显重要,但这些物质易受常规分离条件的影响而失去生理活性功效。
超临界流体萃取由于分离
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