現(xiàn)代分離提取技術(shù)在食品中的應(yīng)用

鄂州市園林綠化管理局 周毅

0 前言

隨著科技的發(fā)展，人們對生活的要求逐漸提高，對食品的安全性、營養(yǎng)價(jià)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(yǎng)因子等的分離和提取也要采取現(xiàn)代的分離技術(shù)。傳統(tǒng)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(yōu)越性，但都有一些缺點(diǎn)或需要改進(jìn)的地方。如提取時(shí)間長，或效率低，或溶劑用量大，或操作繁瑣，或不利于熱不穩(wěn)定或揮發(fā)性成分的提取等。下面介紹幾種可以在食品中應(yīng)用的現(xiàn)代分離技術(shù)。

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

SFE又叫氣體萃?。℅as Ext raction），濃氣萃?。―ense Gas Ext raction），是近30年在國際上興起的一種分離技術(shù)。近年來在德國、日本、美國等發(fā)達(dá)國家，超臨界流體萃取技術(shù)的發(fā)展極為迅速，其應(yīng)用領(lǐng)域有食品、醫(yī)藥、化工、石油化工和煤化工領(lǐng)域。

超臨界流體是指當(dāng)壓力和溫度超過物質(zhì)的臨界點(diǎn)時(shí)，所形成的單一相態(tài)。如CO2的臨界溫度為31℃，臨界壓力為739KPa，當(dāng)壓力和溫度超過此臨界點(diǎn)時(shí)，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(zhì)使其在測定組分的萃取中有以下特點(diǎn)。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(qiáng)的溶解能力；其次，溶質(zhì)在其中擴(kuò)散系數(shù)與氣體相似，因而具有傳質(zhì)快、提取時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)，提取完全一般僅需數(shù)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(qiáng)，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(tài)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?yōu)闅怏w而逸出，容易達(dá)到濃集的目的。超臨界流體的特點(diǎn)使得其很容易與其它分析技術(shù)聯(lián)用。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，已有聯(lián)用技術(shù)包括：色譜聯(lián)用、傅立葉變換紅外光譜聯(lián)用、原子吸收光譜聯(lián)用、等離子體發(fā)射光譜聯(lián)用、核磁共振聯(lián)用等。

2 高速逆流色譜技術(shù)[10]

高速逆流色譜技術(shù)（high speed counter current chromatography，HSCCC）是20世紀(jì)80年代由美國Y.l to博士發(fā)明的一種新的逆流色譜技術(shù)。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(yùn)動(dòng)相結(jié)合，產(chǎn)生一種獨(dú)特的動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，使兩相溶劑在螺旋管中實(shí)現(xiàn)高效的接觸、混合、分配和傳遞，具有分離效率高、超載能力強(qiáng)、溶劑用量少，無氣相色譜中固體載體的吸附現(xiàn)象，應(yīng)用范圍廣，特別適用于極性化合物的分離。

3 膜分離技術(shù)[14]

膜分離技術(shù)是對液—液、氣—?dú)?、液—固、氣—固體系中不同組分進(jìn)行分離、純化與富集的一門多學(xué)科交叉的新興邊緣學(xué)科高技術(shù)。自20世紀(jì)60年代初，隨著制膜技術(shù)的重大突破、世界能源價(jià)格的不斷上漲以及現(xiàn)代工業(yè)對采用節(jié)能、低品位原料的再利用和消除環(huán)境污染的新技術(shù)的迫切需要，現(xiàn)代膜分離技術(shù)被廣泛應(yīng)用，得到迅速發(fā)展，己跨入了各生產(chǎn)領(lǐng)域與科技領(lǐng)域，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益?，F(xiàn)代膜分離技術(shù)特別適用于熱敏性物質(zhì)的處理，在食品加工領(lǐng)域有其獨(dú)特的適用性。整個(gè)分離過程在密閉系統(tǒng)中進(jìn)行，無需加熱，避免和減輕了熱和氧對食品風(fēng)味和營養(yǎng)成分的影響；而且只需加壓輸送和反復(fù)循環(huán)，能耗低，速度快，精度高，費(fèi)用約為蒸發(fā)濃縮和冷凍濃縮的1/2～1/5，還具有冷殺菌潛勢。因而現(xiàn)代膜分離技術(shù)近年來在食品工業(yè)中展現(xiàn)了廣闊前景，日益受到重視，應(yīng)用越來越廣泛。

在膜分離過程中，通過膜相際有被動(dòng)傳遞（passive transpor t）、促進(jìn)傳遞（faci l itated t ransport）和主動(dòng)傳遞（active t ranspor t）3種基本傳遞形式，其推動(dòng)力主要是濃度梯度、電勢梯度和壓力梯度。根據(jù)膜孔的大小以及分離物質(zhì)的差別，膜分離技術(shù)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(zhì)，所需壓力在0.1MPa以下，適用于細(xì)菌、微粒等的分離；二是超過濾，也有錯(cuò)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(zhì)、膠體等）與小分子（無機(jī)鹽及低分子有機(jī)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(jī)物或有機(jī)物水溶液的分離。目前，所應(yīng)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(xiàn)代膜分離技術(shù)具有如下特點(diǎn)：

（1）膜分離過程是在常溫下進(jìn)行，因而特別適用于對熱敏感的物質(zhì)，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(fā)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(shù)又稱省能技術(shù)。

（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(chǎn)品的色、香、味及營養(yǎng)成分。

（4）膜分離過程不僅適用于有機(jī)物和無機(jī)物，從病毒、細(xì)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(jī)鹽的分離、一些共沸物或近沸點(diǎn)物系的分離等。

（5）由于僅用壓力作為膜分離的推動(dòng)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(yùn)轉(zhuǎn)，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(zhì)的性質(zhì)不會改變。

現(xiàn)代膜分離技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用：

（1）在果蔬汁、飲料和飲用水方面的應(yīng)用。

膜分離技術(shù)在此方面的應(yīng)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(shù)；生產(chǎn)汽水用水可采用電滲析技術(shù)；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(chǎn)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(zhì)，可在不加防腐劑下延長貯存期，提高和保證產(chǎn)品質(zhì)量。其中，超濾技術(shù)在果蔬汁上的應(yīng)用尤其引人注目。自從1977年Heatherbel l等人成功運(yùn)用超濾技術(shù)制得了穩(wěn)定的蘋果澄清汁之后，超濾技術(shù)在果蔬汁澄清中的研究與應(yīng)用發(fā)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(xù)獲得成功。我國則在進(jìn)入80年代以后有了較大的發(fā)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(shù)在梨汁、蘋果汁澄清中的應(yīng)用；魯信元（1991）報(bào)道了應(yīng)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(yīng)用，并承擔(dān)了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“膜分離技術(shù)對果蔬汁主要營養(yǎng)素及芳香成分變化規(guī)律的研究”，作了大量的工作。但將膜分離技術(shù)真正用于果蔬汁、飲料和飲用水生產(chǎn)線的，國內(nèi)僅匯源食品公司等少數(shù)幾家企業(yè)，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(shù)在果蔬汁、飲料和飲用水方面的應(yīng)用。

（2）膜分離技術(shù)在酒方面的應(yīng)用。

隨著對酒的質(zhì)量要求提高，膜分離技術(shù)開始用于造酒行業(yè)，特別是低度酒的除濁澄清。采用超過濾技術(shù)對傳統(tǒng)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(shù)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(jìn)行了較深入的研究，有的己進(jìn)入生產(chǎn)實(shí)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(gè)非常重要的應(yīng)用。目前，超過濾己成為標(biāo)準(zhǔn)的操作生產(chǎn)。而運(yùn)用膜分離技術(shù)除去廢酵母等雜質(zhì)，在啤酒品質(zhì)和穩(wěn)定性提高的同時(shí)，從廢酵母中回收啤酒亦是一筆可觀的收入。

（3）膜分離技術(shù)在蛋白、乳制品方面的應(yīng)用。

國外膜技術(shù)在食品工業(yè)應(yīng)用中，蛋白和乳品方面的應(yīng)用僅次于飲料業(yè)?？捎媚しǚ蛛x蛋白質(zhì)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；用外壓管式膜進(jìn)行乳清蛋白的回收和牛奶的濃縮，不但節(jié)省能耗，而且可以減少蛋白熱變性，還能增加風(fēng)味。但是到目前為止，國內(nèi)在這方面的應(yīng)用尚處于研究開發(fā)初期，還沒有真正用到工業(yè)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(yè)化應(yīng)用生產(chǎn)打下了基礎(chǔ)。

（4）在豆制品業(yè)中的應(yīng)用。

豆制品主要有醬和豆腐等，制醬時(shí)的大豆蒸煮液和制豆腐時(shí)的豆乳清中均含有大量的蛋白質(zhì)，如不進(jìn)行處理，不僅會對環(huán)境造成污染，而且蛋白質(zhì)的利用率也不充分。膜分離技術(shù)在豆制品業(yè)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(zhì)；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(wěn)定性，從而改進(jìn)豆乳的質(zhì)量；另外，用超濾法濃縮豆?jié){，能夠增加20%～30%的豆腐收益。

（5）在制糖業(yè)中的應(yīng)用。

膜分離技術(shù)在制糖業(yè)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(yīng)用前景，但制糖業(yè)中反滲透和超濾工業(yè)化應(yīng)用的實(shí)例還比較少，隨著膜分離技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，新的性能優(yōu)良的膜的開發(fā)，膜分離技術(shù)在制糖業(yè)中也必將同其他行業(yè)一樣會進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用。

（6）肉食加工廢棄物的利用。

膜分離技術(shù)在肉食加工中的應(yīng)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(dòng)物膠，處理水產(chǎn)品（魚、蟹、貝等）加工后含有機(jī)物的廢水，回收有用物質(zhì)。

4 結(jié)論

當(dāng)今食品中的營養(yǎng)物質(zhì)，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(zhǔn)確度方向發(fā)展。上述提取分離方法各有其優(yōu)勢，也比較符合現(xiàn)今的要求，通過深入的研究，這些高效、節(jié)能的方法必將在生產(chǎn)中承擔(dān)重要作用。

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