4物料分离机械(2)

2014/9/2814分离机械（2）SCU食品工程系2014-2015学年上期第5-6周（6学时）2014/9/282主要内容概述过滤机压榨机离心分离机萃取机械膜技术设备蒸馏设备2014/9/2834.5萃取机械萃取原理液－液萃取设备固－液萃取设备微波萃取设备超声波萃取设备超临界流体萃取设备2014/9/284（1）萃取原理萃取根据不同物质在同一溶剂中溶解度的差别，使混合物中各组分得到部分或全部分离的过程溶质、萃余物、溶剂分类液－液萃取固－液萃取超临界流体萃取萃取工艺错流萃取法逆流萃取法双溶剂萃取法回流萃取法2014/9/285（2）连续液－液萃取分散相和连续相逆流流动流程重相连续相由柱顶引入，充满萃取柱轻相从柱底进入，通过分布器分散成细小液滴，然后通过重相，在柱顶聚合成轻液层特点结构简单设备费用和维护费用低萃取效率低2014/9/2862014/9/2872014/9/2882014/9/2892014/9/28102014/9/28112014/9/2812（3）固－液萃取设备固-液萃取通常称为浸出、浸提固体浸出过程溶剂浸润进入固体内，溶质溶解溶解的溶质从固体内部流体中扩散到固体表面溶质继续从固体表面通过液膜扩散而到达外部溶剂的主体中影响浸出速度的因数可浸出的物质的含量原料的形状、大小浸提温度溶剂的性质应用油脂工业、制糖工业速溶咖啡、香料、色素、植物蛋白、玉米淀粉设备单级浸提罐、多级浸提罐、连续移动床浸提器2014/9/2813单级浸提罐2014/9/28142014/9/2815固液连续萃取2014/9/2816卵磷脂的萃取2014/9/2817（4）微波萃取设备微波萃取，即微波辅助萃取（Microwave-assistedextraction，MAE），是用微波能加热与样品相接触的溶剂，将所需化合物从样品基体中分离，进入溶剂中的一个过程1986年，Ganzler等人首先报道了微波用于天然产物成分的提取二十年来，此项技术已广泛应用于食品、生物样品及环境样品的分析与提取微波萃取的原理（包括三方面）2014/9/2818微波萃取的原理①微波辐射过程是高频电磁波穿透萃取介质到达物料内部的维管束和细胞系统的过程由于吸收了微波能,细胞内部的温度将迅速上升,从而使细胞内部的压力超过细胞壁膨胀所能承受的能力,结果细胞破裂,其内的有效成分自由流出,并在较低的温度下溶解于萃取介质中通过进一步的过滤和分离，即可获得所需的萃取物2014/9/2819微波萃取的原理②微波所产生的电磁场，可加速被萃取组分的分子由固体内部向固液界面扩散的速率例如，以水作溶剂时，在微波场的作用下，水分子由高速转动状态转变为激发态，这是一种高能量的不稳定状态此时水分子或者汽化，以加强萃取组分的驱动力；或者释放出自身多余的能量回到基态，所释放出的能量将传递给其他物质的分子，以加速其热运动，从而缩短萃取组分的分子由固体内部扩散至固液界面的时间，结果使萃取速率提高数倍，并能降低萃取温度，最大限度地保证萃取物的质量2014/9/2820微波萃取的原理③由于微波频率与分子转动频率相关连，因此微波能是一种由离子迁移和偶极子转动而引起分子运动的非离子化辐射能当它作用于分子时,可促进分子的转动运动,若分子具有一定的极性，即可在微波场的作用下产生瞬时极化,并以24.5亿次/秒的速度作极性变换运动,从而产生键的振动、撕裂和粒子间的摩擦和碰撞,并迅速生成大量的热能,促使细胞破裂,使细胞液溢出并扩散至溶剂中2014/9/2821微波萃取的特点首先体现在微波的选择性，因其对极性分子的选择性加热从而对其选择性的溶出其次MAE大大降低了萃取时间，提高了萃取速度，传统方法需要几小时至十几小时，超声提取法也需半小时到一小时，微波提取只需几秒到几分钟，提取速率提高了几十至几百倍，甚至几千倍最后，微波萃取由于受溶剂亲和力的限制较小，可供选择的溶剂较多，同时减少了溶剂的用量另外，微波提取如果用于大生产，则安全可靠，无污染，属于绿色工程，生产线组成简单，并可节省投资2014/9/2827微波萃取的应用生物碱类蒽醌类黄酮类皂苷类多糖挥发油色素2014/9/2828（5）超临界流体萃取利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来100多年以前就发现超临界流体的特殊溶解性能20世纪70年代，发展高潮1978年，首届专题讨论会1979年，第一台工业装置投入运行2014/9/28292014/9/2830超临界萃取操作特点三相点TP临界点cp超临界区在超临界压力较高的部分，叫全萃取区，该区是目的物可全部溶出的操作区域在靠近临界点附近的超临界区，称为脱臭区2014/9/2831密度：接近于液体的密度，比气体的密度高得多扩散系数：小于气体，高于液体粘度：接近气体，远小于液体物质在超临界流体中的溶解度C与超临界流体的密度ρ之间的关系：lnC＝mlnρ＋km0，常数，K为经验系数2014/9/2832超临界萃取原理及系统组成超临界流体萃取(SCFE)是利用临界温度和临界压力以上的流体具有特异增加的溶解能力而发展起来的分离新技术超临界流体萃取原理利用流体（溶剂）在临界点附近某一区域（超临界区）内，它与待分离混合物中的溶质具有异常相平衡行为和传递性能，且它对溶质溶解能力随压力和温度改变而在相当宽的范围内变动这一特性而达到溶质分离超临界系统组成主要组成部分：溶剂压缩机（高压泵）、萃取器、温度压力控制系统、分离器和回收器辅助设备：辅助泵、阀门、备压调节器、流量计、热量回收器超临界流体萃取技术特点具有广泛的适应性萃取效率高，过程易于调节工艺流程简单分离过程有可能在接近室温下完成，特别适用于热敏性天然产物。必须在高压下进行操作，设备及工艺技术要求高，投资比较大2014/9/28332014/9/2834超临界流体萃取溶剂的选择有较高的溶解能力，且有一定的亲水—亲油平衡能容易地与溶质分离，无残留，不影响溶质品质；无毒，化学上为惰性，且稳定；来源丰富，价格便宜；纯度高2014/9/2835超临界流体萃取溶剂——CO2CO2在常温（31.1℃）时可达到超临界状态，可以实现低温生产临界压力为7.39MPa，易于达到惰性气体，不会使食品变质，不具有引爆性、爆炸性和化学反应性无毒、无色、无味，不污染制品，不存在排放问题超临界CO2具有高扩散性、低粘性等特点，传质快、萃取速度快，可从固体和高粘度物质中高效萃取对特定成分具有萃取选择性2014/9/2836萃取流程等温法萃取过程的特点是萃取釜和分离釜等温，萃取器压力高于分离器压力。利用高压下CO2对溶质的溶解度大大高于低压下的溶解度这一特性，将萃取器中CO2选择性溶解的目标组分在分离器中析出成为产品。降压过程采用减压阀，降压后的CO2流体通过压缩机升高压力后循环使用等压法工艺流程特点是萃取器和分离器处于相同压力，利用二者温度不同时CO2流体溶解度的差别来达到分离目的吸附法工艺流程中萃取和分离处于相同温度和压力下，利用分离器中填充特定的吸附剂（活性炭）将CO2流体中分离目标组分选择性吸附除去，然后定期再生吸附剂既可达到分离目的2014/9/2837操作流程液体CO2由高压泵2加压到萃取工艺要求的压力并传送到换热器3将CO2流体加温到萃取工艺所需温度后进入萃取器4，在此完成萃取过程负载溶质的CO2流体在分离器中改变温度压力，溶解度降低使萃取物得以分离分离萃取物后的CO2流体再经换热器液化后回到储罐1中循环使用2014/9/2838技术特点超临界萃取可以在接近室温(35～40℃)及CO2气体笼罩下进行提取，有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散。因此，在萃取物中保持着药用植物的有效成分，而且能把高沸点、低挥发性、易热解的物质在远低于其沸点温度下萃取出来使用SFE是最干净的提取方法，由于全过程不用有机溶剂，因此萃取物绝无残留的溶剂物质，从而防止了提取过程中对人体有害物的存在和对环境的污染，保证了100%的纯天然性萃取和分离合二为一，当饱和的溶解物的CO2流体进入分离器时，由于压力的下降或温度的变化，使得CO2与萃取物迅速成为两相（气液分离）而立即分开，不仅萃取的效率高而且能耗较少，提高了生产效率也降低了费用成本CO2是一种不活泼的气体，萃取过程中不发生化学反应，且属于不燃性气体，无味、无臭、无毒、安全性非常好CO2气体价格便宜，纯度高，容易制取，且在生产中可以重复循环使用，从而有效地降低了成本压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数，通过改变温度和压力达到萃取的目的，压力固定通过改变温度也同样可以将物质分离开来；反之，将温度固定，通过降低压力使萃取物分离，因此工艺简单容易掌握，而且萃取的速度快2014/9/2839应用范围超临界CO2萃取的特点决定了其应用范围十分广阔医药工业中，可用于中草药有效成份的提取，热敏性生物制品药物的精制，及脂质类混合物的分离食品工业中，啤酒花的提取，色素的提取香料工业中，天然及合成香料的精制化学工业中混合物的分离等具体应用可以分为以下几个方面：从药用植物中萃取生物活性分子，生物碱萃取和分离来自不同微生物的类脂脂类，或用于类脂脂类回收，或从配糖和蛋白质中去除类脂脂类从多种植物中萃取抗癌物质，特别是从红豆杉树皮和枝叶中获得紫杉醇防治癌症维生素，主要是维生素E的萃取对各种活性物质（天然的或合成的）进行提纯，除去不需要分子（比如从蔬菜提取物中除掉杀虫剂）或“渣物”以获得提纯产品对各种天然抗菌或抗氧化萃取物的加工，如罗勒、串红、百里香、蒜、洋葱、春黄菊、辣椒粉、甘草和茴香子等2014/9/2840超临界萃取在食品工业中的应用脱咖啡因迄今为止，超临界萃取最成功的工业化应用是脱咖啡因和啤酒花萃取咖啡因是一种较强的中枢神经兴奋剂，常含于咖啡豆和茶叶中，通常咖啡豆中含0.6～3.0％、茶叶中含1～5％。许多人饮用咖啡或茶时，不喜欢咖啡因含量过高，而且从植物脱除下的咖啡因可作药用，常作为药物中的掺合剂。因此，从咖啡豆和茶叶中脱除咖啡因地研究应运而生传统方法用来萃取咖啡因地溶剂有液体二氯甲烷、一氧化二氮、乙酸乙酯等，其工艺和方法很多，但分别存在不同的缺点，如产品纯度低、工艺复杂、提取率低、残留溶剂等SC－CO2对咖啡因地选择性高，同时具有溶解性大、无毒、不燃、廉价易得等优点，因而格外受人们的青睐超临界CO2流体萃取法从咖啡豆脱除咖啡因地生产工艺有多种，其工艺过程先用机械法清洗新鲜咖啡豆，去除灰尘和杂质；接着加蒸汽和水预泡，提高其水分含量达30～50％，然后将预洗过的咖啡豆装入萃取器，不断往萃取器中送入CO2，直至操作压力达到16～20MPa，操作温度70～90℃，咖啡因就逐渐萃取出来，带有咖啡因地CO2被送往装有水或活性炭的分离器，使咖啡因转入水相或被活2014/9/2841萃取和精制小麦胚芽油小麦胚芽约占整个麦粒质量的2～3％，是生产精面粉过程中的副产品，含有8～12％的优质脂肪，其中包括大量亚油酸等不饱和脂肪酸，每100g胚芽油中约含300mg的天然复合维生素E，是自然界中维生素E含量最高的食物，小麦胚芽中还含30%的蛋白质，其中包括八种人体必需的氨基酸，是具有很高食用价值和保健作用的食物从小麦胚芽中提取胚芽油通常是采用压榨法和有机溶剂萃取法压榨法出油率5%，溶剂法出油率为8～10％，虽溶剂法可提高出油率，但存在溶剂残留和溶剂易燃等问题。用上述两种方法生产的小麦胚芽油破坏了胚芽的品位，胚渣只能作饲料，胚芽中丰富的蛋白质不能得到充分利用。同时，用这两种方法生产的胚芽油还必须采用化学法和分子蒸馏法经过脱胶、脱色、脱酸、脱臭等精制步骤，才能得