第三篇-功能性食品的加工技术.ppt

概概 述述 功能性活性成分的提取技术功能性活性成分的提取技术1 1，传统工艺技术，传统工艺技术 Traditional technicsTraditional technicsq 溶剂浸提法溶剂浸提法浸泡法浸泡法煎煮法（煎煮法（“水煮法水煮法”或或“水提法水提法”。）渗漉法（渗漉法（动态浸出动态浸出将适度粉碎的药材置渗漉筒中，由上部不断添将适度粉碎的药材置渗漉筒中，由上部不断添加溶剂，溶剂渗过药材层向下流动过程中浸出药材成分的方法加溶剂，溶剂渗过药材层向下流动过程中浸出药材成分的方法）q水蒸气蒸馏法水蒸气蒸馏法q压榨法压榨法超超 声声 波波 萃萃 取取 技技 术术 Ultrasonic Wave ExtractionUltrasonic Wave Extraction 一，超声波的定义和特点一，超声波的定义和特点1，超声波：人的听觉阈以外的声波，频率高于，超声波：人的听觉阈以外的声波，频率高于16kHz2，超声波的特点，超声波的特点q在振幅相同的情况下，物体振动的能量跟振动频率的在振幅相同的情况下，物体振动的能量跟振动频率的二次方成正比超声波在介质中传播时，介质质点振二次方成正比超声波在介质中传播时，介质质点振动的频率很高，因而能量很大。动的频率很高，因而能量很大。q超声波提取是利用超声波具有的机械效应、空化效应超声波提取是利用超声波具有的机械效应、空化效应及热效应，及热效应，通过增大介质的运动速度，穿透力来提通过增大介质的运动速度，穿透力来提取生物基料中的有效成分。取生物基料中的有效成分。二，超声波的提取原理二，超声波的提取原理1，机械效应，机械效应q 超声波使介质在传播空间内产生震动超声波使介质在传播空间内产生震动 强化介质的扩散和传质强化介质的扩散和传质机械效应机械效应q辐射压强，沿声波方向传播，有很强的破坏作用。辐射压强，沿声波方向传播，有很强的破坏作用。细胞组织、植物蛋白变性，细胞组织、植物蛋白变性，q产生介质与溶质的相互摩擦产生介质与溶质的相互摩擦 对介质和溶质给予不同的加速度对介质和溶质给予不同的加速度 介质分子溶质分子，使生物分子解聚，介质分子溶质分子，使生物分子解聚，溶解有效成分溶解有效成分2 2、空、空 化化 效效 应应q产生微激波产生微激波 超声波的作用振动介质内的微气泡，超声波的作用振动介质内的微气泡，达到一定声压，定向扩散，达到一定声压，定向扩散，气泡增大，突然爆破气泡增大，突然爆破空化效应空化效应q产生高压（几千大气压）产生高压（几千大气压）生物细胞破裂生物细胞破裂 溶出细胞内有效成分溶出细胞内有效成分3 3、热、热 效效 应应q超声波的传播过程是能量的传播和扩善过程。超声波的传播过程是能量的传播和扩善过程。介质接受声能将其转换成热能介质接受声能将其转换成热能 增高介质的温度和溶质的温度增高介质的温度和溶质的温度 溶解生物基料中的有效成分溶解生物基料中的有效成分 温度的升高是瞬间的，不影响有效成分的结构和生物温度的升高是瞬间的，不影响有效成分的结构和生物活性活性4、超声波的其他效应、超声波的其他效应q乳化、扩散、击碎、化学效应等乳化、扩散、击碎、化学效应等 促进有效成分的溶解、溶进介质，促进有效成分的溶解、溶进介质，加快萃取，提高萃取效率加快萃取，提高萃取效率三、超三、超 声声 波波 萃萃 取取 的的 特特 点点1、超声波萃取不需加热，适合于热敏性成分的萃取超声波萃取不需加热，适合于热敏性成分的萃取 相对常规煎煮法、回流法、渗漉法经济、质量好相对常规煎煮法、回流法、渗漉法经济、质量好2、提高萃取效率，节省资源、提高萃取效率，节省资源3、溶剂用量少，减少环境污染、溶剂用量少，减少环境污染4、不影响有效成分的生理活性、不影响有效成分的生理活性 物理过程物理过程5、有利于进一步精制、有利于进一步精制 黄芩苷、生物碱、多糖、有机酸的萃取黄芩苷、生物碱、多糖、有机酸的萃取 超声波超声波 10-30分分,传统法传统法 3h-48h的得率的得率四，超 声 波 萃 取 的 影 响 因 素1，萃取时间的影响萃取时间的影响 不同的物性，萃取时间也不同不同的物性，萃取时间也不同(10100min，得率高峰值得率高峰值)，绞股蓝总皂甙和黄芩中黄连素的最佳时间；绞股蓝总皂甙和黄芩中黄连素的最佳时间；40min,60min 2，频率的影响频率的影响 不同物质的不同目标成分都有自己适宜的提取频率不同物质的不同目标成分都有自己适宜的提取频率 超声频率直接影响萃取效果是肯定的超声频率直接影响萃取效果是肯定的 超声频率对有效成分（黄芩）提取率的影响结果（超声频率对有效成分（黄芩）提取率的影响结果（%）频率频率/kHz 总蒽醌总蒽醌游离蒽醌游离蒽醌黄连素黄连素黄芩苷黄芩苷208001000.950.670.640.410.360.338.127.396.793.493.042.503 3、温、温 度度 的的 影影 响响q超声波萃取不需加热，但其过程产生热量超声波萃取不需加热，但其过程产生热量-升温升温q根据不同物质的特性，需调节温度根据不同物质的特性，需调节温度-直接影响萃取率直接影响萃取率q温度升高，得率增高，温度升高，得率增高，水中的小气泡（空化作用）增多，水中的小气泡（空化作用）增多，q温度超过温度超过6060，得率下降，得率下降，温度过高，气泡蒸汽压太高，空化作用减弱，得率降低温度过高，气泡蒸汽压太高，空化作用减弱，得率降低，4 4、组织成分的影响、组织成分的影响q时间、频率、温度等的影响没有规律可循时间、频率、温度等的影响没有规律可循q可能与物质本身的质地、细胞壁的结构、成分的性质等可能与物质本身的质地、细胞壁的结构、成分的性质等有关（经验）有关（经验）q超声波凝聚机制的影响超声波凝聚机制的影响超声波的作用下，悬浮物质的微粒在液体中具有较大的超声波的作用下，悬浮物质的微粒在液体中具有较大的聚集沉淀的倾向，聚集沉淀的倾向，如；一些成分在静止沉淀阶段进行超声波处理，如；一些成分在静止沉淀阶段进行超声波处理，可提高提取率，缩短提取时间。可提高提取率，缩短提取时间。5 5、超声波对有效成分的影响、超声波对有效成分的影响q对一些生物碱成分的结构无任何影响对一些生物碱成分的结构无任何影响 如黄柏中的小檗碱、黄芩苷、芦丁如黄柏中的小檗碱、黄芩苷、芦丁q对生物大分子有破坏作用对生物大分子有破坏作用 如蛋白质、多肽、酶有破坏其结构，影响生物活性。如蛋白质、多肽、酶有破坏其结构，影响生物活性。v超声波提取存在的问题超声波提取存在的问题 单一频率的提取效率低单一频率的提取效率低 多频、可调技术的开发应用多频、可调技术的开发应用第三节，膜第三节，膜 分分 离离 技技 术术 Membrane SeparationMembrane Separation 常用分离纯化技术常用分离纯化技术q电泳法电泳法q沉淀法沉淀法q离心分离离心分离 q膜分离膜分离 membrane separationmembrane separationq层析层析(色谱法色谱法)chromatography chromatography 柱层析柱层析 薄层层析薄层层析 TLCTLC（thin layer chromatography)thin layer chromatography)高效液相层析高效液相层析 HPLC(high performance liquid HPLC(high performance liquid chromatography)chromatography)气相层析气相层析 GC(gas chromatography)GC(gas chromatography)等等1 1、膜、膜 分分 离离 技技 术术 Membrane Separation1 1）膜分离的基本概念）膜分离的基本概念 用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化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动力，对双组分或多组分的溶质和容剂进学位差为动力，对双组分或多组分的溶质和容剂进行分离、分级、提纯和浓缩的技术。行分离、分级、提纯和浓缩的技术。q渗透渗透 渗透作用（渗透作用（osmosis）两种不同浓度的溶液隔以）两种不同浓度的溶液隔以半透膜（允许溶剂分子通过，不允许溶质分子通过半透膜（允许溶剂分子通过，不允许溶质分子通过的膜），水分子或其它溶剂分子从低浓度的溶液通的膜），水分子或其它溶剂分子从低浓度的溶液通过半透膜进入高浓度溶液中的现象。或水分子从水过半透膜进入高浓度溶液中的现象。或水分子从水势高的一方通过半透膜向水势低的一方移动的现象势高的一方通过半透膜向水势低的一方移动的现象（渗透压）（渗透压）q反渗透反渗透 在外界压力的在外界压力的驱动下使溶液中的溶剂驱动下使溶液中的溶剂(如水如水)以与自然渗透以与自然渗透相反的方向通过半透膜进入膜的低压侧，从而达到有效分相反的方向通过半透膜进入膜的低压侧，从而达到有效分离的过程离的过程（外界压力大于渗透压（外界压力大于渗透压）q半透膜半透膜 是一种只给某种分子或离子扩散进出的薄膜，对不同粒子是一种只给某种分子或离子扩散进出的薄膜，对不同粒子的通过具有选择性的薄膜。例如细胞膜、羊皮纸以及人工的通过具有选择性的薄膜。例如细胞膜、羊皮纸以及人工制的胶棉薄膜等制的胶棉薄膜等。2 2）膜）膜 分分 离离 技技 术术 的的 特特 点点q分离溶质和溶剂分离溶质和溶剂 适于热密性物质的分离、浓缩、无相变化、节能适于热密性物质的分离、浓缩、无相变化、节能q杂质去除范围广，无机盐、有机物杂质去除范围广，无机盐、有机物q除盐率高，溶剂回收率高（纳米物质）除盐率高，溶剂回收率高（纳米物质）q分离装置（压力）简单，易操作，分离装置（压力）简单，易操作，q可自控，维修方便可自控，维修方便q高压泵、高压管路高压泵、高压管路q需要预处理（污水），定期清洗污垢需要预处理（污水），定期清洗污垢3 3）膜膜 的的 分分 类类 q膜的材质膜的材质固体膜固体膜液体膜液体膜q来源来源天然膜天然膜合成膜：合成膜：无机膜、无机膜、有机膜有机膜q膜的功能膜的功能纳滤膜纳滤膜超滤膜超滤膜微滤膜微滤膜半渗透膜半渗透膜渗析膜渗析膜气体膜气体膜离子交换膜离子交换膜 4 4）膜）膜 的的 稳稳 定定 性性q物理稳定性物理稳定性机械强度机械强度 耐压性耐压性耐热性耐热性q化学稳定性化学稳定性抗氧化性抗氧化性抗水解性抗水解性pH范围范围化学惰性化学惰性5)5)膜膜 分分 离离 效效 率率 渗透通量渗透通量 分离效果分离效果 渗透通量大渗透通量大 分离效率低分离效率低 分离效率高分离效率高 渗透通量低渗透通量低6)6)常常 用用 的的 膜膜 分分 离离 技技 术术 微滤膜分离微滤膜分离 MicrofilterationMicrofilteration 孔径为孔径为0.1-10 0.1-10 um,um,高度均匀，孔隙率较高（高度均匀，孔隙率较高（35-90%35-90%）具有筛分过滤作用的多孔固体连续介质。具有筛分过滤作用的多孔固体连续介质。q分类分类 弯曲孔膜：交错连接的曲折网络状结构弯曲孔膜：交错连接的曲折网络状结构 柱状孔膜：平型贯穿膜璧的柱状毛细孔结构柱状孔膜：平型贯穿膜璧的柱状毛细孔结构q微孔滤膜材料微孔滤膜材料 （高分子合成材料）高分子合成材料）亲水性材料：聚醚砜（亲水性材料：聚醚砜（PES)PES)、磺化聚砜（磺化聚砜（PAN)PAN)、聚酰胺（聚酰胺（PA)PA)、聚酯（聚酯（PET)PET)、聚碳酸酯（聚碳酸酯（PCPC）、）、聚砜聚砜(PSFPSF）、）、聚酰亚胺（）聚酰亚胺（）疏水性材料：聚四氟乙烯（）、聚氯乙烯（）疏水性材料：聚四氟乙烯（）、聚氯乙烯（）聚丙烯（）、聚偏氟乙烯（）、聚乙烯（）聚丙烯（）、聚偏氟乙烯（）、聚乙烯（）q微孔滤膜的特点微孔滤膜的特点主要以筛分截留作用达到分离目的主要以筛分截留作用达到分离目的孔径均匀，过滤精度高孔径均匀，过滤精度高孔隙率高，通量大孔隙率高，通量大厚度薄，吸附量小厚度薄，吸附量小无介质脱落，不产生二次污染无介质脱落，不产生二次污染颗粒容纳量小，易堵塞颗粒容纳量小，易堵塞 q 主要用途：主要用途：气相气相、液相中细菌、固体微粒、有机胶体物质的、液相中细菌、固体微粒、有机胶体物质的 分离、净化和浓缩分离、净化和浓缩纳滤膜分离纳滤膜分离q纳滤膜分离纳滤膜分离 Nanofilteration 孔径孔径 1nm 左右，截留分子量左右，截留分子量 200-2000微滤膜和超微滤膜之间微滤膜和超微滤膜之间q纳滤膜分离的特点纳滤膜分离的特点无任何化学反应无任何化学反应无需加热，无相变无需加热，无相变 不破坏生物活性不破坏生物活性不改变味、香不改变味、香对无机盐有一定截留率对无机盐有一定截留率 离子交换膜分离离子交换膜分离q离子交换膜离子交换膜 构成膜的高分子是带电荷、可解离的活构成膜的高分子是带电荷、可解离的活性功能基团性功能基团阳离子交换膜阳离子交换膜阴离子交换膜阴离子交换膜 q 离离 子子 交交 换换 膜膜 的的 原原 理理 1 1、阳离子交换膜、阳离子交换膜 含有磺酸基（含有磺酸基（SO3HSO3H）、羧基（）、羧基（COOHCOOH）或苯酚基（）或苯酚基（C6H4OHC6H4OH）等酸性基团，其中的氢离子能与溶液中的金）等酸性基团，其中的氢离子能与溶液中的金属离子或其他阳离子进行交换。例如苯乙烯和二乙烯属离子或其他阳离子进行交换。例如苯乙烯和二乙烯苯的高聚物经磺化处理得到强酸性阳离子交换树脂，苯的高聚物经磺化处理得到强酸性阳离子交换树脂，其结构式可简单表示为其结构式可简单表示为RSO3HRSO3H，式中，式中R R代表树脂母体，代表树脂母体，其交换原理为其交换原理为 2RSO2RSO3 3H HCaCa2 2 （RSO3)RSO3)2 2CaCa2H+2H+这也是硬水软化的原理这也是硬水软化的原理2、阴离子交换膜阴离子交换膜 含有季胺基含有季胺基-N-N（CH3CH3）3OH3OH、胺基（、胺基（NH2NH2）或亚）或亚胺基（胺基（NH2NH2）等碱性基团。它们在水中能生成）等碱性基团。它们在水中能生成OH-OH-离子，可与各种阴离子起交换作用，其交换原离子，可与各种阴离子起交换作用，其交换原理为理为 RNRN（CHCH3 3)3 3OHOHCl-Cl-RNRN（CHCH3 3）3 3ClClOH-OH-7 7）膜）膜 分分 离离 技技 术术 的的 应应 用用 工业纯水、超纯水的制备工业纯水、超纯水的制备 水的脱盐及软化（海水淡化）水的脱盐及软化（海水淡化）医药工业和医疗中的应用医药工业和医疗中的应用 制药工艺用水、医疗用水、血液透析等制药工艺用水、医疗用水、血液透析等 生物技术和生物工程中的应用生物技术和生物工程中的应用 食品工业中的应用食品工业中的应用（5 5）食）食 品品 工工 业业 中中 的的 膜膜 分分 离离 技技 术术q食品工业中膜分离技术的优势食品工业中膜分离技术的优势简化传统加工工艺简化传统加工工艺避免加热过程避免加热过程保持色、香、味、营养成分保持色、香、味、营养成分降低污染排放降低污染排放综合利用和回收有效成分综合利用和回收有效成分脱盐、脱有机物和细菌脱盐、脱有机物和细菌防止沉淀防止沉淀