现代分离提取技术在食品中的应用

鄂州市园林绿化管理局 周毅

0 前言

随着科技的发展，人们对生活的要求逐渐提高，对食品的安全性、营养价值、食品的附加值要求逐渐提高，因此我们在对食品中的有效成分、营养因子等的分离和提取也要采取现代的分离技术。传统的提取分离方法（如：冷浸渍法、煎煮法、索氏提取法、水蒸气蒸馏法、加压柱层析梯度洗脱等）尽管各有其优越性，但都有一些缺点或需要改进的地方。如提取时间长，或效率低，或溶剂用量大，或操作繁琐，或不利于热不稳定或挥发性成分的提取等。下面介绍几种可以在食品中应用的现代分离技术。

1 超临界流体萃取（Super critical Fluid Extraction，SFE）[2-7]

SFE又叫气体萃取（Gas Ext raction），浓气萃取（Dense Gas Ext raction），是近30年在国际上兴起的一种分离技术。近年来在德国、日本、美国等发达国家，超临界流体萃取技术的发展极为迅速，其应用领域有食品、医药、化工、石油化工和煤化工领域。

超临界流体是指当压力和温度超过物质的临界点时，所形成的单一相态。如CO2的临界温度为31℃，临界压力为739KPa，当压力和温度超过此临界点时，CO2便成为超临界流体。超临界流体既不同于气体，也不同于液体。它的特殊性质使其在测定组分的萃取中有以下特点。首先，它具有与液体相似的密度，因而具有与液体相似的较强的溶解能力；其次，溶质在其中扩散系数与气体相似，因而具有传质快、提取时间短的优点，提取完全一般仅需数10min。超临界流体的表面张力为零，这使它很容易渗透到样品的里面，带走测定组分；超临界流体的选择性强，通过改变萃取的条件，如温度、压力等，可以选择性地萃取某些组分；超临界流体在通常状态下即成为气[5]李冬梅，魏珉，张海森，等．氮磷钾不同用量及配比体，因此萃取后溶剂立即变为气体而逸出，容易达到浓集的目的。超临界流体的特点使得其很容易与其它分析技术联用。据文献报道，已有联用技术包括：色谱联用、傅立叶变换红外光谱联用、原子吸收光谱联用、等离子体发射光谱联用、核磁共振联用等。

2 高速逆流色谱技术[10]

高速逆流色谱技术（high speed counter current chromatography，HSCCC）是20世纪80年代由美国Y.l to博士发明的一种新的逆流色谱技术。它是基于液——液分配原理，利用螺旋管的方向性与高速行量式运动相结合，产生一种独特的动力学现象，使两相溶剂在螺旋管中实现高效的接触、混合、分配和传递，具有分离效率高、超载能力强、溶剂用量少，无气相色谱中固体载体的吸附现象，应用范围广，特别适用于极性化合物的分离。

3 膜分离技术[14]

膜分离技术是对液—液、气—气、液—固、气—固体系中不同组分进行分离、纯化与富集的一门多学科交叉的新兴边缘学科高技术。自20世纪60年代初，随着制膜技术的重大突破、世界能源价格的不断上涨以及现代工业对采用节能、低品位原料的再利用和消除环境污染的新技术的迫切需要，现代膜分离技术被广泛应用，得到迅速发展，己跨入了各生产领域与科技领域，取得了很好的经济效益和社会效益。现代膜分离技术特别适用于热敏性物质的处理，在食品加工领域有其独特的适用性。整个分离过程在密闭系统中进行，无需加热，避免和减轻了热和氧对食品风味和营养成分的影响；而且只需加压输送和反复循环，能耗低，速度快，精度高，费用约为蒸发浓缩和冷冻浓缩的1/2～1/5，还具有冷杀菌潜势。因而现代膜分离技术近年来在食品工业中展现了广阔前景，日益受到重视，应用越来越广泛。

在膜分离过程中，通过膜相际有被动传递（passive transpor t）、促进传递（faci l itated t ransport）和主动传递（active t ranspor t）3种基本传递形式，其推动力主要是浓度梯度、电势梯度和压力梯度。根据膜孔的大小以及分离物质的差别，膜分离技术大致可分为3类：一是微滤，其膜孔径在0.05～2.0 m之间，可阻留分子量为20～100万的物质，所需压力在0.1MPa以下，适用于细菌、微粒等的分离；二是超过滤，也有错流过滤（crossfil tration）之称，膜孔径在0.0015～0.2 m之间，截留分子量范围为30～500万，所需压力为0.1～0.3MPa，适用于大分子（蛋白质、胶体等）与小分子（无机盐及低分子有机物等）溶液的分离；三是反渗透，膜孔径小于0.002 m，阻留的分子量为600以下，所需压力为0.1～10MPa，适用于分子量小于500的低分子无机物或有机物水溶液的分离。目前，所应用的膜过程还有电渗析、渗透气化、气体膜分离、液膜分离、膜传感器、膜萃取、膜分相、膜蒸馏等。

遍观各种膜分离过程，现代膜分离技术具有如下特点：

（1）膜分离过程是在常温下进行，因而特别适用于对热敏感的物质，如果汁、酶、药品等的分离、分级、浓缩与富集。

（2）膜分离过程不发生相变化，具有冷杀菌潜势，与有相变的分离法和其它分离法相比，能耗低，因此膜分离技术又称省能技术。

（3）膜分离过程可用于冷法杀菌，代替沿袭的巴氏杀菌工艺等，保持了产品的色、香、味及营养成分。

（4）膜分离过程不仅适用于有机物和无机物，从病毒、细菌直至微粒的广泛分离的范围，而且还适用于许多特殊溶液体系的分离，如溶液中大分子与无机盐的分离、一些共沸物或近沸点物系的分离等。

（5）由于仅用压力作为膜分离的推动力，因此分离装置简便，操作容易、易自控、维修，且在闭合回路中运转，减少了空气中氧的影响。

（6）膜分离过程对稀溶液中微量成分的回收，低浓度溶液的浓缩是有效的，且物质的性质不会改变。

现代膜分离技术在食品工业中的应用：

（1）在果蔬汁、饮料和饮用水方面的应用。

膜分离技术在此方面的应用主要用于果蔬汁的浓缩、果蔬汁和饮料的澄清过滤和无菌化以及饮用水的净化。果汁和蔬菜汁的澄清浓缩可采用反渗透和超滤膜分离新技术；生产汽水用水可采用电渗析技术；用醋酸纤维素微孔膜和纤维素超滤膜组成家用净水器，可得直接饮用的净水；用板式超滤器，聚砜和聚芳砜膜在饮料生产工艺中，分离去除悬浮颗粒、残存酵母菌杂菌微生物、胶体和色素等杂质，可在不加防腐剂下延长贮存期，提高和保证产品质量。其中，超滤技术在果蔬汁上的应用尤其引人注目。自从1977年Heatherbel l等人成功运用超滤技术制得了稳定的苹果澄清汁之后，超滤技术在果蔬汁澄清中的研究与应用发展很快。国外苹果汁、梨汁、橙汁、猕猴桃汁、葡萄汁等超滤法澄清在70年代陆续获得成功。我国则在进入80年代以后有了较大的发展。蒋茂贵（1989）、藏大存（1987）研究了猕猴桃饮料超滤前后的变化；张利奋（1994）等研究了超滤技术在梨汁、苹果汁澄清中的应用；鲁信元（1991）报道了应用超滤澄清果酒；蔡同一等（1989，1991，1994，1995，1997）先后研究了超滤在苹果汁、冬瓜汁、葡萄汁、南瓜汁和草莓汁等澄清工艺中的应用，并承担了国家自然科学基金项目“膜分离技术对果蔬汁主要营养素及芳香成分变化规律的研究”，作了大量的工作。但将膜分离技术真正用于果蔬汁、饮料和饮用水生产线的，国内仅汇源食品公司等少数几家企业，因此在这方面尚需作大量的工作，尤其反渗透等其他各种膜分离技术在果蔬汁、饮料和饮用水方面的应用。

（2）膜分离技术在酒方面的应用。

随着对酒的质量要求提高，膜分离技术开始用于造酒行业，特别是低度酒的除浊澄清。采用超过滤技术对传统工艺的重要变革，不仅能明显提高酒的澄清度，保持酒的色、香、味，而且可以无热除菌，提高酒的保存期。用超滤技术对酒的澄清处理在欧洲一些国家己用于葡萄酒、威士忌、白兰地等，在日本也用于清酒等处理。我国的高文（1983）、吴玲玲（1985）、程干（1987）、王树森（1988）、溪文清（1988）、唐振球（1990）、蒋茂贵（1993）等对黄酒、烧酒、小香槟酒、低度白酒的超过滤进行了较深入的研究，有的己进入生产实用阶段。众所周知，反渗透处理水和超过滤澄清是在啤酒酿造上的2个非常重要的应用。目前，超过滤己成为标准的操作生产。而运用膜分离技术除去废酵母等杂质，在啤酒品质和稳定性提高的同时，从废酵母中回收啤酒亦是一笔可观的收入。

（3）膜分离技术在蛋白、乳制品方面的应用。

国外膜技术在食品工业应用中，蛋白和乳品方面的应用仅次于饮料业。可用膜法分离蛋白质，实现工业化生产；用外压管式膜进行乳清蛋白的回收和牛奶的浓缩，不但节省能耗，而且可以减少蛋白热变性，还能增加风味。但是到目前为止，国内在这方面的应用尚处于研究开发初期，还没有真正用到工业上去。吴玲玲（1983）、王树平（1985）、张立平（1990）、高以恒（1990）、檀靖华（1993）等研究了用超滤和反渗透法分离蛋白、浓缩牛奶和分离乳清，为其工业化应用生产打下了基础。

（4）在豆制品业中的应用。

豆制品主要有酱和豆腐等，制酱时的大豆蒸煮液和制豆腐时的豆乳清中均含有大量的蛋白质，如不进行处理，不仅会对环境造成污染，而且蛋白质的利用率也不充分。膜分离技术在豆制品业中主要是用于从大豆蒸煮汁和大豆乳清中分离和回收蛋白质；去除钙离子、腐植酸及醛、酮化合物，减少豆腥味，增加豆乳的稳定性，从而改进豆乳的质量；另外，用超滤法浓缩豆浆，能够增加20%～30%的豆腐收益。

（5）在制糖业中的应用。

膜分离技术在制糖业中在糖汁净化、浓缩、脱盐、废糖蜜处理、废水处理等各方面都有着广阔的应用前景，但制糖业中反渗透和超滤工业化应用的实例还比较少，随着膜分离技术的进一步发展，新的性能优良的膜的开发，膜分离技术在制糖业中也必将同其他行业一样会进入实际应用。

（6）肉食加工废弃物的利用。

膜分离技术在肉食加工中的应用的典型例子是从血清中回收无菌化的血清蛋白，从牛皮、猪皮、兽骨中提取浓缩动物胶，处理水产品（鱼、蟹、贝等）加工后含有机物的废水，回收有用物质。

4 结论

当今食品中的营养物质，有效成分的提取已向着简单、快速、高效、无污染以及提高分析灵敏度、准确度方向发展。上述提取分离方法各有其优势，也比较符合现今的要求，通过深入的研究，这些高效、节能的方法必将在生产中承担重要作用。

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