現代分離提取技術在食品中的應用

鄂州市園林綠化管理局 周毅

0 前言

隨著科技的發展，人們對生活的要求逐漸提高，對食品的安全性、營養價值、食品的附加值要求逐漸提高，因此我們在對食品中的有效成分、營養因子等的分離和提取也要采取現代的分離技術。傳統的提取分離方法（如：冷浸漬法、煎煮法、索氏提取法、水蒸氣蒸餾法、加壓柱層析梯度洗脫等）盡管各有其優越性，但都有一些缺點或需要改進的地方。如提取時間長，或效率低，或溶劑用量大，或操作繁瑣，或不利于熱不穩定或揮發性成分的提取等。下面介紹幾種可以在食品中應用的現代分離技術。

1 超臨界流體萃取（Super critical Fluid Extraction，SFE）[2-7]

SFE又叫氣體萃取（Gas Ext raction），濃氣萃取（Dense Gas Ext raction），是近30年在國際上興起的一種分離技術。近年來在德國、日本、美國等發達國家，超臨界流體萃取技術的發展極為迅速，其應用領域有食品、醫藥、化工、石油化工和煤化工領域。

超臨界流體是指當壓力和溫度超過物質的臨界點時，所形成的單一相態。如CO2的臨界溫度為31℃，臨界壓力為739KPa，當壓力和溫度超過此臨界點時，CO2便成為超臨界流體。超臨界流體既不同于氣體，也不同于液體。它的特殊性質使其在測定組分的萃取中有以下特點。首先，它具有與液體相似的密度，因而具有與液體相似的較強的溶解能力；其次，溶質在其中擴散系數與氣體相似，因而具有傳質快、提取時間短的優點，提取完全一般僅需數10min。超臨界流體的表面張力為零，這使它很容易滲透到樣品的里面，帶走測定組分；超臨界流體的選擇性強，通過改變萃取的條件，如溫度、壓力等，可以選擇性地萃取某些組分；超臨界流體在通常狀態下即成為氣[5]李冬梅，魏珉，張海森，等．氮磷鉀不同用量及配比體，因此萃取后溶劑立即變為氣體而逸出，容易達到濃集的目的。超臨界流體的特點使得其很容易與其它分析技術聯用。據文獻報道，已有聯用技術包括：色譜聯用、傅立葉變換紅外光譜聯用、原子吸收光譜聯用、等離子體發射光譜聯用、核磁共振聯用等。

2 高速逆流色譜技術[10]

高速逆流色譜技術（high speed counter current chromatography，HSCCC）是20世紀80年代由美國Y.l to博士發明的一種新的逆流色譜技術。它是基于液——液分配原理，利用螺旋管的方向性與高速行量式運動相結合，產生一種獨特的動力學現象，使兩相溶劑在螺旋管中實現高效的接觸、混合、分配和傳遞，具有分離效率高、超載能力強、溶劑用量少，無氣相色譜中固體載體的吸附現象，應用范圍廣，特別適用于極性化合物的分離。

3 膜分離技術[14]

膜分離技術是對液—液、氣—氣、液—固、氣—固體系中不同組分進行分離、純化與富集的一門多學科交叉的新興邊緣學科高技術。自20世紀60年代初，隨著制膜技術的重大突破、世界能源價格的不斷上漲以及現代工業對采用節能、低品位原料的再利用和消除環境污染的新技術的迫切需要，現代膜分離技術被廣泛應用，得到迅速發展，己跨入了各生產領域與科技領域，取得了很好的經濟效益和社會效益。現代膜分離技術特別適用于熱敏性物質的處理，在食品加工領域有其獨特的適用性。整個分離過程在密閉系統中進行，無需加熱，避免和減輕了熱和氧對食品風味和營養成分的影響；而且只需加壓輸送和反復循環，能耗低，速度快，精度高，費用約為蒸發濃縮和冷凍濃縮的1/2～1/5，還具有冷殺菌潛勢。因而現代膜分離技術近年來在食品工業中展現了廣闊前景，日益受到重視，應用越來越廣泛。

在膜分離過程中，通過膜相際有被動傳遞（passive transpor t）、促進傳遞（faci l itated t ransport）和主動傳遞（active t ranspor t）3種基本傳遞形式，其推動力主要是濃度梯度、電勢梯度和壓力梯度。根據膜孔的大小以及分離物質的差別，膜分離技術大致可分為3類：一是微濾，其膜孔徑在0.05～2.0 m之間，可阻留分子量為20～100萬的物質，所需壓力在0.1MPa以下，適用于細菌、微粒等的分離；二是超過濾，也有錯流過濾（crossfil tration）之稱，膜孔徑在0.0015～0.2 m之間，截留分子量范圍為30～500萬，所需壓力為0.1～0.3MPa，適用于大分子（蛋白質、膠體等）與小分子（無機鹽及低分子有機物等）溶液的分離；三是反滲透，膜孔徑小于0.002 m，阻留的分子量為600以下，所需壓力為0.1～10MPa，適用于分子量小于500的低分子無機物或有機物水溶液的分離。目前，所應用的膜過程還有電滲析、滲透氣化、氣體膜分離、液膜分離、膜傳感器、膜萃取、膜分相、膜蒸餾等。

遍觀各種膜分離過程，現代膜分離技術具有如下特點：

（1）膜分離過程是在常溫下進行，因而特別適用于對熱敏感的物質，如果汁、酶、藥品等的分離、分級、濃縮與富集。

（2）膜分離過程不發生相變化，具有冷殺菌潛勢，與有相變的分離法和其它分離法相比，能耗低，因此膜分離技術又稱省能技術。

（3）膜分離過程可用于冷法殺菌，代替沿襲的巴氏殺菌工藝等，保持了產品的色、香、味及營養成分。

（4）膜分離過程不僅適用于有機物和無機物，從病毒、細菌直至微粒的廣泛分離的范圍，而且還適用于許多特殊溶液體系的分離，如溶液中大分子與無機鹽的分離、一些共沸物或近沸點物系的分離等。

（5）由于僅用壓力作為膜分離的推動力，因此分離裝置簡便，操作容易、易自控、維修，且在閉合回路中運轉，減少了空氣中氧的影響。

（6）膜分離過程對稀溶液中微量成分的回收，低濃度溶液的濃縮是有效的，且物質的性質不會改變。

現代膜分離技術在食品工業中的應用：

（1）在果蔬汁、飲料和飲用水方面的應用。

膜分離技術在此方面的應用主要用于果蔬汁的濃縮、果蔬汁和飲料的澄清過濾和無菌化以及飲用水的凈化。果汁和蔬菜汁的澄清濃縮可采用反滲透和超濾膜分離新技術；生產汽水用水可采用電滲析技術；用醋酸纖維素微孔膜和纖維素超濾膜組成家用凈水器，可得直接飲用的凈水；用板式超濾器，聚砜和聚芳砜膜在飲料生產工藝中，分離去除懸浮顆粒、殘存酵母菌雜菌微生物、膠體和色素等雜質，可在不加防腐劑下延長貯存期，提高和保證產品質量。其中，超濾技術在果蔬汁上的應用尤其引人注目。自從1977年Heatherbel l等人成功運用超濾技術制得了穩定的蘋果澄清汁之后，超濾技術在果蔬汁澄清中的研究與應用發展很快。國外蘋果汁、梨汁、橙汁、獼猴桃汁、葡萄汁等超濾法澄清在70年代陸續獲得成功。我國則在進入80年代以后有了較大的發展。蔣茂貴（1989）、藏大存（1987）研究了獼猴桃飲料超濾前后的變化；張利奮（1994）等研究了超濾技術在梨汁、蘋果汁澄清中的應用；魯信元（1991）報道了應用超濾澄清果酒；蔡同一等（1989，1991，1994，1995，1997）先后研究了超濾在蘋果汁、冬瓜汁、葡萄汁、南瓜汁和草莓汁等澄清工藝中的應用，并承擔了國家自然科學基金項目“膜分離技術對果蔬汁主要營養素及芳香成分變化規律的研究”，作了大量的工作。但將膜分離技術真正用于果蔬汁、飲料和飲用水生產線的，國內僅匯源食品公司等少數幾家企業，因此在這方面尚需作大量的工作，尤其反滲透等其他各種膜分離技術在果蔬汁、飲料和飲用水方面的應用。

（2）膜分離技術在酒方面的應用。

隨著對酒的質量要求提高，膜分離技術開始用于造酒行業，特別是低度酒的除濁澄清。采用超過濾技術對傳統工藝的重要變革，不僅能明顯提高酒的澄清度，保持酒的色、香、味，而且可以無熱除菌，提高酒的保存期。用超濾技術對酒的澄清處理在歐洲一些國家己用于葡萄酒、威士忌、白蘭地等，在日本也用于清酒等處理。我國的高文（1983）、吳玲玲（1985）、程干（1987）、王樹森（1988）、溪文清（1988）、唐振球（1990）、蔣茂貴（1993）等對黃酒、燒酒、小香檳酒、低度白酒的超過濾進行了較深入的研究，有的己進入生產實用階段。眾所周知，反滲透處理水和超過濾澄清是在啤酒釀造上的2個非常重要的應用。目前，超過濾己成為標準的操作生產。而運用膜分離技術除去廢酵母等雜質，在啤酒品質和穩定性提高的同時，從廢酵母中回收啤酒亦是一筆可觀的收入。

（3）膜分離技術在蛋白、乳制品方面的應用。

國外膜技術在食品工業應用中，蛋白和乳品方面的應用僅次于飲料業。可用膜法分離蛋白質，實現工業化生產；用外壓管式膜進行乳清蛋白的回收和牛奶的濃縮，不但節省能耗，而且可以減少蛋白熱變性，還能增加風味。但是到目前為止，國內在這方面的應用尚處于研究開發初期，還沒有真正用到工業上去。吳玲玲（1983）、王樹平（1985）、張立平（1990）、高以恒（1990）、檀靖華（1993）等研究了用超濾和反滲透法分離蛋白、濃縮牛奶和分離乳清，為其工業化應用生產打下了基礎。

（4）在豆制品業中的應用。

豆制品主要有醬和豆腐等，制醬時的大豆蒸煮液和制豆腐時的豆乳清中均含有大量的蛋白質，如不進行處理，不僅會對環境造成污染，而且蛋白質的利用率也不充分。膜分離技術在豆制品業中主要是用于從大豆蒸煮汁和大豆乳清中分離和回收蛋白質；去除鈣離子、腐植酸及醛、酮化合物，減少豆腥味，增加豆乳的穩定性，從而改進豆乳的質量；另外，用超濾法濃縮豆漿，能夠增加20%～30%的豆腐收益。

（5）在制糖業中的應用。

膜分離技術在制糖業中在糖汁凈化、濃縮、脫鹽、廢糖蜜處理、廢水處理等各方面都有著廣闊的應用前景，但制糖業中反滲透和超濾工業化應用的實例還比較少，隨著膜分離技術的進一步發展，新的性能優良的膜的開發，膜分離技術在制糖業中也必將同其他行業一樣會進入實際應用。

（6）肉食加工廢棄物的利用。

膜分離技術在肉食加工中的應用的典型例子是從血清中回收無菌化的血清蛋白，從牛皮、豬皮、獸骨中提取濃縮動物膠，處理水產品（魚、蟹、貝等）加工后含有機物的廢水，回收有用物質。

4 結論

當今食品中的營養物質，有效成分的提取已向著簡單、快速、高效、無污染以及提高分析靈敏度、準確度方向發展。上述提取分離方法各有其優勢，也比較符合現今的要求，通過深入的研究，這些高效、節能的方法必將在生產中承擔重要作用。

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