《食品科学概论 本科》课件4食品工程原理

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,专业基础课,食 品 科 学 概 论,精 品 课 程,食 品 科 学 概 论,第一节 食品的热加工原理,第二节 食品的干燥原理,第三节 食品的浓缩原理,第四节 食品的分离原理,第五节 食品的粉碎与筛分原理,第六节 食品的搅拌混合、均质和乳化原理,第七节 食品的冷冻原理,第八节 食品的膜分离原理,第四章 食品工程原理,第一节 食品的热加工原理,一、传热的基本概念和原理,热量的传递是由于物体或系统内不同部分之间存在温度差而引起的。根据传热机理的不同，传热有三种基本方式：热传导、对流传热、辐射传热。,热传导,:,又称导热，可以通过固体、液体和气体进行。当物体存在温度差时，通过物质的分子、原子和电子的振动、位移和相互碰撞发生能量的传递，这种传递称为热传导。,辐射传热,:,物体以发射电磁波形式传递能量的过程称为辐射，被传递的能量称为辐射能。物体可由不同的原因产生电磁波，其中因热的原因引起的电磁波辐射，即为热辐射。,对流传热,:,是不同温度的流体因搅拌、流动引起的流体质点宏观位移导致的传热过程。流体流过与流体平均温度不同的固体壁面时的热交换过程在工程上称为对流传热。,二、高温对微生物菌群的影响,当食品中微生物菌群与高温接触时，各个微生物细胞的变化和微生物活力的降低使得微生物数量随着时间的增加而减少，这可通过标准微生物学方法进行定量测定。在所给定的高温下，随着时间的增加，微生物数量以对数减少。在微生物与高温初始接触的短时间内，营养细胞数量之间的差异与细菌芽孢数量相比是明显的。营养细胞受热后数量急速下降，而细菌芽孢数量的减少会有一定时间的滞后期。然而减少的模型是相同的。,三、热加工对食品质量的影响,大部分食品在高于环境温度时，会引起质量很大的变化。虽然应用一些高温加工方法使许多食品在食用前产生有益的和有利的变化，但是与保藏加工有关的温度、时间关系的增大通常会引起质量属性的降低。这些质量下降存在各方面，包括风味、质构、颜色以及热敏性营养素的减少。一般来说，必须根据这些食品质量的变化，正确地制定热加工条件以避免过度加工和造成产品质量不必要的下降。,第二节 食品的干燥原理,一、 食品干燥基本概念和理论,食品湿物料的形态和物理性质,湿物料按其外观形态的不同分为下面几种：散粒体、晶体、块状、片状、条状、粉末状、膏糊状、液态。,湿物料按其物理化学性质的不同可分为两大类：液态和湿固态。液态物料包括溶液、胶体溶液和非均相的液态物料，其主要特征是具有流动性。固态湿物料是最常见的食品物料，它包括晶体、胶体和生物组织体。,食品湿物料中水分存在的形式和表示法,食品水分又称为食品含水率，水分含量的表示有干基水分和湿基水分两种。,湿物料中水分的活度,湿物料中水分的活度对干燥速率有决定性作用，是湿物料干燥的重要因素。水分活度,(Aw),是指物料表面水分的蒸汽压与相同温度下纯水的饱和蒸汽压之比。,干燥介质的特性,在食品干燥生产中，从湿物料中除去水分通常采用热空气为干燥介质，干燥过程中热空气既是载热体，又是载湿体。湿空气中的水蒸气量不断发生变化，而绝干空气的质量恒定。,食品物料与干燥介质间的平衡关系,由于物料表面的水蒸气分压与介质的水蒸气分压的压差作用，使两相之间的水分不断地进行传递，经过一段时间后，物料表面的水蒸气分压与空气中的水蒸气分压将会相等，物料与空气之间的水分达到动态平衡，此时物料中所含的水分为该介质条件下物料的平衡水分。,干燥过程中的传热与传质,食品物料的干燥过程是热量传递和质量传递同时存在的过程，伴随着传热,(,物料对热量的吸收,),、传质,(,水分在物料中的迁移,),，物料达到干燥的目的。热量和质量是通过物料内部和外部传递来实现的。,二、干燥过程中食品物料的主要变化,物理状态的变化,任何脱水过程几乎都造成物料的收缩现象。物料干缩的程度及均匀性对其复水性有很大的影响，干缩程度小、收缩均匀的物料复水性较好，反之较差。,食品物料在干燥过程中，除发生永久性的收缩变形外，还会出现组织干裂或破碎等现象。另外，在食品不同部位所产生的不等收缩又往往会造成物料奇形怪状的翘曲。,干缩,干燥过程中造成物料表面硬化的原因主要有：一是食品干燥过程中，物料内部的溶质随水分向物料表面的不断移动；二是由于干燥初期，食品物料与介质间温差和湿度差过大，致使物料表面温度急骤升高，水分蒸发过于强烈，而使物料表面迅速达到绝干状态，形成一层干燥的薄膜，造成物料表面的硬化。,物料内部多孔的产生是由于物料中的水分在干燥进程中被去除，原来被水分所占据的空间由空气填充而成为空穴，干制品组织内部就形成一定的孔隙而具有多孔性。,表面硬化,物料内部多孔性的形成,化学性质的变化,蛋白质的变化,:,通常食品物料较长时间暴露在,71,以上的热空气中，对蛋白质有一定破坏作用。,脂肪的变化,:,脱水过程中，食品,(,特别是含油脂食品,),物料中的油脂极易发生氧化，干燥温度升高，脂肪氧化严重。,维生素的变化,:,高温对食品物料中的维生素均有不同程度的破坏。,食品色泽的改变,:,由于高温作用，在物料干燥过程中，食品原有的色泽发生变化。碳水化合物参与的酶促褐变与非酶促褐变反应是干制食品变成黄色、褐色或黑色的主要原因。温度越高，处理时间越长，色素变化量越多。,三、食品干燥方法,对流干燥：,又称热风干燥，热量以对流的方式传递给湿物料，使食品材料中的水分汽化，达到干燥的目的。,接触干燥：,被干燥物料与加热面处于密切接触状态，蒸发水分的能量来自传导方式进行的干燥,冷冻干燥：,是一种特殊形式的真空干燥方法。物料水分则是在固态下即从冰晶体直接升华成水蒸气，因此冷冻干燥又称为升华干燥。,辐射干燥：,热量通过电磁波的形式由辐射加热器传递给食品材料表面，再通过材料自身的热量传递，使内部的水分汽化，达到干燥的目的。,第三节 食品的浓缩原理,一、蒸发,蒸发,是食品工业中应用最为广泛的浓缩方法之一。蒸发是利用溶质和溶剂挥发度的差异，通过加入热能的方法使溶剂汽化，而溶质不挥发，从而达到分离的目的。,使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发，所采用的设备称为蒸发器。蒸发的必要条件为热能的不断供给和生成蒸汽的不断排除。,工业上的蒸发操作经常在减压下进行，这种操作称为真空蒸发。真空蒸发有以下几个特点：,减压下溶液的沸点下降，有利于处理热敏性物料，且可利用低压强的蒸汽或废蒸汽作为热源。,溶液的沸点随所处的压强减少而降低，故对相同压强的加热蒸汽而言，当溶液处于减压时可以提高总传热温差，但与此同时，溶液的粘度加大，所以总传热系数下降。,真空蒸发系统要求有造成减压的装置，使系统的投资费用和操作费用提高。,二、结晶,结晶是从液相或气相生成形状一定、分子,(,或原子、离子,),有规则排列的晶体的现象。与其他分离的单元操作相比，结晶过程具有如下特点：能从杂质含量相当多的溶液或多组分的熔融混合物中产生纯净的晶体；能耗少，操作温度低，对设备材质要求不高，一般亦很少有“三废”排放，有利于环境保护；结晶产品包装、运输、储存或使用都很方便。,三、冷冻浓缩,冷冻浓缩是利用冰与水溶液之间的固液相平衡原理的一种浓缩方法。冷冻浓缩适用于热敏性食品的浓缩，可防止食品中的芳香物质的挥发损失。,冷冻浓缩的主要缺点是：冷冻浓缩过程本身不具有杀菌灭酶作用，因此浓缩制品必须冻藏或再加热处理，才能保存；采用这种方法制品的浓度不仅受低共熔浓度限制也受冰晶与浓缩液分离的难易程度影响，一般浓度越高，粘度越大，分离就越困难；浓缩过程会造成不可避免的溶质损失，且成本高。,第四节 食品的分离原理,一、过滤,过滤,是以某种多孔物质为介质，在外力作用下使连续相流体通过介质的孔道，而分散相颗粒被截留，从而实现分离的操作。过滤被广泛应用于食品加工中。通常过滤用于澄清像果汁或植物油一类的液体食品，或从空气或流体食品中除去微生物和从液相中分离出固体,(,即糖精制、脂肪分级等,),。,二、压榨,压榨,是通过机械压缩力将液相从液固两相混合物中分离出来的一种单元操作，在压榨过程中液相流出而固相截留在压榨面之间。,压榨的基本原理：,是将物料置于两个表面之间，对物料施加压力使液体分离释出。释出的液体透过物料内部空隙流向自由边缘或表面。,压榨的一个潜在应用是半固体食品在加热干燥前预先被机械脱水。在这种情况下，用机械手段除去水所需的能量比加热脱水所需的能量要少。压榨技术在食品加工中的一个基本应用是从种子中榨油。另一个应用是压榨水果生产果汁。,三、离心,离心分离,是利用离心惯性力实现物料中固液或液液两相间以及液液固三相间的分离，在食品工业上经常碰到的是液固相,(,悬浮液,),或液液相,(,浮浊液,),的分离。实现离心分离的专用设备称为离心机。,离心分离在食品加工中应用：从牛奶中分离奶油和植物油的精炼，及啤酒工业、鱼蛋白浓缩物加工和从果汁中除去细胞碎片。离心过滤也被用于食品工业中从结晶浆液中分离结晶产品,(,乳糖、蔗糖,),。,四、蒸馏,蒸馏,是分离液体混合物的一种重要方法。蒸馏分离的基础是根据液体混合物中各组分的挥发度差异，通过加热的方法使混合物形成气、液两相，各组分在两相中浓度不同，从而实现混合物的分离。,蒸馏可以按不同方法分类。按操作原理可分为水蒸气蒸馏、简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、分子蒸馏和各种特殊蒸馏。按操作方式可分为间歇蒸馏和连续蒸馏。按操作压强可分为常压蒸馏、加压蒸馏和真空,(,减压,),蒸馏。按液体混合物所含组分数目可分为双组分蒸馏和多组分蒸馏。,五、吸收,通过将一种组分选择性吸收或溶解到液体中来除去蒸汽相中的少量杂质，被称为,吸收,。然而食品加工中吸收技术的应用是有限的。相反的过程是通过选择性吸收到气流中来除去液相中的杂质称为汽提。在食品加工中，汽提用于植物油的脱臭。,吸收或汽提的推动力是杂质化合物在液相和气相中的浓度差。在吸收中，杂质迁移到液相中直至达到平衡，而在汽提中，杂质迁移到气相中达到平衡。在汽提中，两组分之间的蒸汽压差为选择性去除挥发组分,(,脂肪酸等,),提供了推动力。,六、提取,当固态原料中的一种组分被溶解在液体溶剂中时，这种组分就被提取，这就称作为,浸提,或,固液抽提,。固液提取依据的基本原理是固液之间存在的浓度差，它引起分子从一处扩散到另一处。实际上，固体中溶质的扩散不是浸出的惟一机制。在固液提取过程中，也存在溶质从固体表面洗出、提取物,从粒子间微孔中的置换和溶解化反应,(,或从不溶性前体中诱导反应产生可溶性溶质,),。,七、吸附,吸附,属于传质分离过程，是使气体或液体流动相与多孔固体颗粒相接触，使流动相中一种或多种组分被吸附于固体表面，以达到分离的操作。其中具有吸附能力的固体颗粒相称为吸附剂，流动相中被吸附的组分称为吸附质。,根据流动相的不同，可将吸附分为液体吸附和固体吸附，在食品工业中用到的主要是液体吸附。若吸附剂与吸附质之间的作用力仅为分子间的引力，该吸附称为物理吸附或范德华吸附。若吸附剂与吸附质之间的作用力为化学力，即两者已进行化学反应生成了某种物质，这种吸附称为活性吸附。,八、离子交换,离子交换,过程是一种特殊的吸附过程，但它又不同于吸附，离子交换是一个化学过程。在食品工业生产中离子交换是分离提纯某些产品的一种单元操作技术。其中提供可交换离子的不溶性固体称为离子交换剂，可交换阳离子的交换剂称为阳离子交换剂，可交换阴离子的交换剂称为阴离子交换剂。,离子交换树脂可根据活性基团的性质，分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两类，每一类根据其不同的交换性能又可分为强型和弱型离子交换剂两种。根据树脂的物理结构，离子交换树脂又可分为凝胶型和大孔型两类。,第五节 食品的粉碎与筛分原理,一、食品的粉碎,“粉碎”,是固体物料尺寸由大变小过程的总称，是利用机械力来克服固体物料内部凝聚力使之破碎成符合要求的小颗粒的单元操作，它包括“破碎”和“粉磨”。“破碎”指由大料块变成小料块的过程，包括粗碎和中碎；粉磨则是指由小料块变成细粉体的过程，也称作磨碎或研磨，包括微粉碎和超微粉碎。,根据被粉碎物料和成品粒度的大小，粉碎可分为粗粉碎、中粉碎、微粉碎和超微粉碎四种。,二、筛分与筛析,筛分是利用筛分器,(,或简称筛子,),将粒度不同的固体颗粒混合物分离成若干部分的单元操作。在筛分过程中，通过筛孔的物料称作筛过物，未能通过的称作筛留物。筛分结果，使每一部分颗粒的大小都比原来更均匀。在工业上，常用筛分法将粒状或粉状物料按规定的粒度范围相分离。除此之外，还通过利用筛孔大小不同的一套筛子进行粒度分级，测定和分析粉碎产物的粒度组成特性，即进行过筛分析,(,简称筛析,),。,筛分方法：,根据物料性质的差异及对筛析结果精度要求的不同，筛分分析有干法和湿法之分。如果对筛析的精确度要求不甚严格，通常直接进行干法筛析。但如果物料含水较多、互相粘结时，应采用干湿联合筛析法，才能得到比较精确的结果。为了促使物料颗粒通过筛孔，提高筛分效率和生产能力，物料与筛网之间必须作相对运动。因此可将筛分设备分为固定式和运动式两类，依筛面形状又可将运动式分为滚筒筛和平面筛二种。,第六节 食品的搅拌混合、均质和乳化原理,一、搅拌混合的基本理论,均匀度：,是指一种或几种组分的浓度或其他物理量如温度等的均匀性。,分离尺度：,表示组分或热量这类可分散的“参量”的未分散部分的大小。,分离强度：,表示两相邻团块间浓度、温度等参量的差异，同时也表示团块中的参量值与完全均匀后的参量平均值之间的差异。,混合过程有三种机理：,对流混合、分子扩散混合和剪力混合。在一般的混合过程中，往往有一个由对流混合到扩散混合的逐渐过度过程。分离尺度大时，多为对流混合，分离尺度小时，多为扩散混合。对高粘度流体的混合，既无明显的分子扩散现象，又难以造成良好的湍流，以分割组分元素，这种情况下混合的主要机理是剪力。,二、均质,均质,也称匀浆，是使悬浮液,(,或乳化液,),体系中的分散物质微粒化、均匀化的处理过程。这种处理同时起降低分散物尺度和提高分散物分布均匀性的作用。,均质是通过均质设备对物料的作用实现的，如高压均质机、胶体磨、超声波乳化器、高速搅拌器等都有均质功能。这些设备产生均质作用的本质是使料液中的分散物质受流体力学上剪切作用而得到破碎。但产生这种剪切作用的能量密度大小，因设备的不同有很大的差异。,三、乳化,将油和水搅拌时，由于剪切等作用界面不断分裂，界面面积急剧增大，界面能形成极大的力，聚结的速度也急剧加快。由于乳化剂具有表面活性,(,亲水、亲油性,),，,它向油水界面吸附，使界面能降低，防止油或水回复原状。此外，因乳化剂分子膜将液滴包住，可防止碰撞的液滴彼此又合并。同时由于形成表面双电层，当两个液滴相互接近时，因电的相斥作用防止凝聚。乳化剂的这种作用使原热力学不稳定体系的乳液可以保持为稳定体系。,乳化机理,乳化液在重力场或其他力场中，均多少具有不稳定的特性，即系统迟早会产生两相分层现象，亦即轻相上浮，重相下降。沉降速度是乳化液产生分层现象的直接原因。对于一定的系统，虽然静置时两相密度差和外相粘度不发生变化，而液滴的大小却因界面张力的作用而发生变化。因此，,界面张力成为影响乳化液稳定性的间接因素,，所以，乳化液是一种热力学上不稳定的系统。,影响乳化液稳定性的主要因素：,液滴的大小：,液滴的沉降速度与滴径的平方成正比。,两相密度差：,沉降速度与两相密度差成正比。,粘度：,粘度高，可减慢液滴的并合，分散介质高粘度起着防止液滴并合、保持乳化液稳定的作用。,粒子的电荷：,当使用离子性表面活性剂作乳化剂时，因增加了分散液滴的电荷，加强了液滴的相互排斥，所以也有阻止合并的作用。,乳化液形成的方法,是将成分子状态分散的液体凝聚成适当大小的液滴的方法；,是将一种液体加到另一种液体中同时进行强烈搅拌而生成乳化分散物的方法。工业上主要应用分散法，这种方法是使大液滴群不断地分裂为微粒群。因本身所形成的分散液滴能很快并合，所以也不可能分散为大量的极细微粒，为此，除使用强烈的机械微粒化外，一般还要添乳化剂和稳定剂。,凝聚法,分散法,(emulsifier),是指能够改善乳化体中各种构成相之间的表面张力，从而提高其稳定性的食品添加剂。乳化剂的,HLB,值,(,亲水亲油平衡值,),不同，其作用也不同。,HLB,值在,1.5,3.0,之间的乳化剂具消泡作用，,HLB,值在,3.5,6.0,之间的乳化剂为油溶性乳化剂，,HLB,值在,7,9,之间的乳化剂具有湿润作用，,HLB,值在,8,18,之间的为水溶性乳化剂，,HLB,值在,13,15,之间的具有清洗作用，,HLB,值在,15,18,的具有助溶作用。,乳化剂,第七节 食品的冷冻原理,一、制冷基本概念,制冷量：,也称制冷能力，是在一定的操作条件,(,制冷剂蒸发温度、冷凝温度、过冷温度,),下，单位时间制冷剂从被冷冻物取出的热量。,制冷剂 ：,是制冷系统中实现制冷循环的工作介质。工业上常用的制冷剂有氨、氟利昂,-12,、氟利昂,-22,等。,载冷剂：,在间接制冷中，用廉价物质作媒介载体实现制冷装置与被冷却物体或空间的热交换，这种媒介载体称为载冷剂，也称冷媒。常用的载冷剂有水、盐水和有机化合物等。,二、食品的冻结,水的冻结曲线,食品冻结过程是食品中自由水形成冰晶体的物理过程。食品中的水分以自由水和结合水两种形式存在。自由水是可以结冰的水分。结合水与固形物结合在一起，冷冻时不能冻结成冰。水冻结成冰的一般过程是先降温过冷，而后在冰点温度下形成冰晶体的过程。水在常压下的冰点为,0,。但实际上在冻结曲线上，冰晶体往往不是一到,0,就形成，而是要先经过一个过冷过程。即水温要降到低于冰点温度才会出现从液态到固态的相转变。,食品的冻结曲线,冷冻食品往往含有大量水分，其冻结过程大致与水冻结成冰的过程相似。根据溶液冰点降低原理，食品的初始冻结点总是低于水的冰点。,食品在冻结时的温度时间关系是一条温度不断降低的曲线，即其冻结过程不在一个温度下进行。即使在温度远低于冰点情况下，仍有部分自由水没有冻结。含有少量水的未冻结的高浓度溶液，只有当温度降低到低共熔点时，才会全部凝结成固体。一般冻藏食品的温度仅为,-18,左右。其中的水分实际上并未完全冻结。,冻结对食品的影响,物理性质变化,密度和内压,:,水在,0,冻结成冰时，首先表现出体积的膨胀,(,膨胀率约为,9%),，而冰进一步降温会发生体积上的收缩。一般情况下，水冻结总是密度变小。冻结是从外向内进行的，食品外部先形成冰层。当内部水分因冻结而膨胀时会受到外部冻结层的阻碍，于是产生内压，即所谓冻结膨胀压。当内压超过外层冻结层的强度屈服限时，外层便破裂，内压消失。在采用温度较低的液氮进行冻结时，较厚的产品表面出现龟裂，就是因产生内压而造成的。,比热容,:,由于冰的比热容是水的,1/2,，因此总的来说，冻结食品的比热容也较未冻结时的小。并且由于食品冻结时水是逐渐变成冰的，因此食品冻结时的比热容并非定值。,热导率,:,由于冰的热导率约为水的,4,倍，因此冻结食品的热导率较未冻结时的大。同样，食品在冻结过程中，其热导率也不是定值。但总的变化趋势是，随着冻结的进行，食品的热导率不断增大。,汁液流失,:,食品经冻结解冻后，内部结晶冰就融解成水。它不能被肉质吸收重新回到原来状态时，这部分水分就分离出来成为流失液。,干耗量,:,冻结过程不仅是个传热过程，而且是个传质过程，会有一些水分从食品表面蒸发出来，从而引起干耗。,冻结食品质构的变化,冻结过程中温度降低到食品冰点时，处于细胞间隙内的那些与亲水胶体结合较弱或以低浓度溶液状态存在的水分，首先形成冰晶体，并出现胞内水分向细胞间已形成的冰晶体迁移聚集的趋势，这种趋势将一直保持到温度降到足以使细胞内汁液就地转化为冰晶为止。,冻结过程进行得越慢，上述的水分重新分布愈显著。由于细胞内水分向细胞间迁移，结果造成细胞内浓度的增加，其冰点进一步下降，于是水分外逸量又会再次增加。正是这样，细胞间的冰晶体颗粒就愈长愈大，破坏了食品的细胞组织，降低了冷冻食品的复原质量。冻结过程如果以较快速度完成，则上述的水分重新分布，造成组织破坏的程度将得到缓和。,食品冻结方法与装置,空气冻结法,是以空气作为载冷剂，接受来自制冷循环中制冷剂的冷量，将其传给与载冷剂直接相接触的食品的冻结方法。空气冻结法又可分为静止空气冻结法、送风冻结法和流化冻结法。目前空气冻结法是应用最广泛的冻结方法。空气冻结法的装置有管架式静止空气冻结装置、隧道式冻结装置、传送带式连续冻结装置等。,浸渍冻结与液化气体冻结及装置,食品浸渍于低温不冻液体中进行冻结的方法称为,浸渍冻结法,，供此法冻结用的装置称为浸渍冻结装置。,液化气体冻结法,是用液化气体作冷冻介质，冻结温度一般在,-73,以下，常用的介质有液氮、液态二氧化碳。此法是一种不用冷冻机的冻结方法，其特点是介质使用后不回收。,接触冻结装置,接触冷冻法,是使食品与两侧冷冻平板直接接触而冻结的方法。冷冻平板通常是金属中空板，其间通以载冷剂或制冷剂。冷冻装置依冷冻板的取向方式，可分为横式和竖式两种。,第八节 食品的膜分离原理,一、概述,膜分离过程,一般膜分离过程是按所选用的膜的孔径、 传质推动力和传递机理进行分类，根据推动力本质的不同，又可分为四类：以静压力差为推动力的过程；以蒸汽分压差为推动力的过程；以浓度差为推动力的过程；以电位差为推动力的过程。,膜的分类及性质,膜分离技术的核心是分离膜。衡量一种分离膜是否有实用价值，要看是否具有以下条件：要有高的截留率和高的透过量；要有强的抗物理、化学和微生物侵蚀的性能；要有好的柔韧性和足够的机械强度；使用寿命长，,pH,适用范围广；成本合理，制备方便，便于工业化生产。,目前应用较广的分离膜是合成高分子聚合物膜。聚合物按其结构与作用特点可分为微孔膜、均质膜、非对称性膜和离子交换膜四类。膜性能包括膜的分离透过性和物化稳定性。,二、反渗透,反渗透机理,渗透是由于化学位梯度的存在而引起的自发扩散现象。当对水溶液施加大于溶液渗透压的压力时，水将通过反渗透膜流向膜的另一侧。此过程大致可分为三步：水从料液主体传递到膜表面；进入膜表面，并通过膜的活性层；从膜的活性层进入支撑层的孔道，然后流出膜，同时溶质也将有少量沿同样途径通过膜而进入透过液。,反渗透的渗透通量,高的渗透通量是膜性能的一个主要指标。反渗透过程的渗透通量主要与以下因素有关。,膜两侧压差,:,所施压力越高，透过液通量越大，对于恒定的渗透压差而言，膜的耐压性限制了膜两侧的最大压力降。,物料特征,:,进料液中各组分的性质在许多方面影响透过液通量。,温度,:,在反渗透中，操作温度高可提高透过液通量。但升高温度受到膜热稳定性的限制。,进料液浓度,:,进料液中可溶性溶质的浓度会影响渗透压，提高进料液浓度意味着浓差极化程度的增加，会对透过液的通量有不利影响。,进料液流速,:,流速增大，传质系数加大，浓差极化度减小，渗透通量增大。,反渗透的主要应用,(1),海水和苦咸水的淡化；,(2),纯水制备；,(3),低分子质量溶液的浓缩。,三、超滤,超滤机理,超滤是以压力差为推动力的膜分离过程。超滤所用的膜是不对称性膜，其表面活性层有孔径为,10,200m,的微孔，能够截留相对分子质量为,500,以上的大分子物质和胶体微粒，所用压差为,0.1,0.5MPa,。原料液在压差的作用下，水和小分子质量物质透过膜的微孔流到膜的低压侧，为透过液。大分子物质和胶体微粒被截留，不能透过膜，从而实现了原料液中大分子物质和胶体微粒与水的分离。,影响超滤渗透通量的因素,操作压差,:,压差是超滤过程的推动力，对渗透通量产生决定性的影响。,料液浓度,:,当料液浓度高时，在较低压差下，渗透通量与压差就不呈线性关系，而且在较低压差时渗透压差就已达到临界值，且临界渗透通量较低。,料液流速,:,提高流速，可减小极化边界层厚度，使传质系数增大，浓差极化减轻。但增加流速，会使料液流过膜组件的压力降增高，能耗增大。,温度,:,提高温度，可使料液粘度减小，扩散系数增大，传质系数提高，有利于减轻浓差极化，提高渗透通量。但同时应考虑膜和料液的热稳定性。,截留液浓度,:,随着截留液浓度的增加，粘度增大，浓度边界层增厚，易形成凝胶，导致渗透通量的降低。,操作时间,:,随着超滤过程的进行，由于浓差极化、凝胶层的形成以及膜孔堵塞等原因，超滤的渗透通量将随时间逐渐衰减，下降的速度随物料种类的不同有很大的差别。,超滤的主要应用,(1),矿泉水的生产,(2),纯净水的制备,(3),果汁的澄清,(4),果汁浓缩,(5),乳清蛋白的回收,(6),啤酒的精制,四、电渗析,电渗析的原理,电渗析用于处理电解质溶液，它是在直流电场作用下，以电位差为推动力，溶液中的离子选择性地通过离子交换膜的过程。,电渗析的操作原理：电渗析是用特殊膜来分离带电离子，这种膜对一定大小并带电荷的粒子有选择性。阴离子交换膜带有阳离子，而排斥带正电荷的溶质,(,阳离子,),，阳离子交换膜排斥带阴电荷的溶质,(,阴离子,),。也就是说，阳离子交换膜对阳离子有渗析，但对阴离子则没有，而阴离子交换膜对阴离子有渗析，但对阳离子则没有。,电渗析在食品工业中的应用,(1),乳清脱盐；,(2),除去酒中的酒石酸钾以提高酒的质量；,(3),果汁脱酸；,(4),蛋白质溶液脱盐；,(5),从发酵液中分离有机酸；,(6),从发酵液中分离氨基酸。,结束,