Separation Processes in the Food and Biotechnology Industries

Principles and Application

化工学院98博 黄启明

一、概述

本书集中于用于生物技术工业中食品成分与产品分离的最新方法和技术。每一章分别讨论一个特定的应用领域或类型，包括基本原理、可能的工业装置、商业应用及对最新研究成果的综述。

二、主要内容

1.前言：分离工艺——综述

本章是对食品混合物及其性质的一篇简短的综述，同时也对间歇过程与连续过程中的传热与传质特性进行了介绍。简要讨论了从固体、液体、气体中分离的技术与方法。最后还讨论了食品科学种的水处理问题。

2.超临界流体萃取及其在食品工业中的应用

超临界流体萃取是近三十年来迅速发展起来的一种新型的萃取分离技术。这类技术利用超临界流体作为萃取剂，从液体或固体中萃取出待分离的组分。与萃取和浸取操作想比较，他们同是加入溶剂，在不同的相之间完成传质分离。不同的是，超临界流体萃取中所用的溶剂是超临界状态下的流体，该流体具有气体和液体之间的性质，却对很多物质均具有很强的溶解能力，分离速率远比液体溶剂萃取快，可以实现高效的分离过程。本章以二氧化碳的分离提纯为例介绍了超临界流体萃取中过程特征、超临界流体的传递性能、化学性质及超临界流体的有关热力学基础等。介绍了一些典型的应用实例，如植物种籽油的萃取提纯、卵磷脂的提纯、高热量油类与脂肪的分馏、香精香料的萃取提纯等。

3.以压力为动力的膜分离工艺

膜分离是质利用固体薄膜对混合物组分的选择性透过的性能是混合物分离的过程。实现膜分离的一个重要的推动力是膜两侧物质的压差，如反渗透、超滤、微滤等膜分离过程都是以压差为推动力。本章介绍了一种以压差为推动力的介于反渗透与超滤之间的膜分离技术——nanofiltration，说明了这三种膜分离技术之间的细微差别，对其中的一些常用术语作了简要的阐述。讨论了浓度因子、膜特征、渗透率等基本概念，阐述了分离过程中的传递现象与浓差极化。讨论了目前各种膜分离过程应用的主要设备，及膜分离工艺设计中需要考虑的安全与卫生因素。本章最后以反渗透为例介绍了膜分离工艺在工业中的应用，如水处理、牛奶的浓缩、水果蔬菜汁的提取等

4.超滤

应用超滤膜来过滤含有大分子或微细粒子的溶液，是大分子或微细粒子从容液中分离的过程叫超滤。超滤的推动力是压差，压力差大约为0.1~0.5MPa，在溶液侧加压，是溶剂透过膜。在超滤过程中，小分子溶质与溶剂一起通过超滤膜。本章介绍了超率分离工艺的主要特征：截留率、平均截留率、收率、实际截留数据等；对超滤系统的性能从如下各方面进行了评述：传递现象，浓差极化，膜的结垢及处理，影响渗透通量的主要因素如压差、进料流率、温度、流体形态等。讨论了膜器清洗的有关理论与实际应用。本章最后介绍了超滤的工业应用：奶制品分离，油脂与植物蛋白分离，动物产品分离，生物技术应用如膜生化反应器、酶反应器、膜发酵应用等，医学领域中的应用如血清分馏等。

5.微滤

微滤是最早出现的膜分离技术之一，其推动力与反渗透、超滤一样也是压力差（0.01~0.2MPa）。微滤膜的孔径比超滤大，能截留直径为0.05~10u的微粒或分子量大于10⁶的高分子。本章简要介绍了微滤过程的基本理论、膜材料与膜装置，并给出了微滤过程在食品与生化工程中的应用。

6.离子交换与电渗析

离子交换与电渗析是两种不同的分离方法，但为方便计，本书将它们放在一起讲解，因为它们的基本原理都是基于分子电荷交换。离子交换使用固体载体——离子交换树脂来截留待分离物质，而电渗析则使用选择性离子交换膜来实现混合物分离。本章主要内容有：离子交换的基本原理、使用材料和设备——溶质与粒子交换剂的相互作用、离子交换主要官能团、离子交换材料、分离容量等；离子交换在食品与生化工业上的应用——硬水软化、矿物质的去除、脱色、蛋白质纯化、化合物提纯等；电渗析的基本原理和装置及工业应用。

7.生物工艺中的新方法

本章着重介绍了近十年来出现的一些生物提纯新工艺，这些工艺大部分是在传统的分离工艺上加以改进而得以实现的，这些新工艺主要有：液液萃取新工艺（双水相萃取分离技术、液膜分离技术等）、基于固体的分离新工艺（改进的吸附分离技术、膜色谱分离等）。

8.脂肪的分馏

食用油脂主要来自动物、植物或海洋生物等。本章着重介绍了从上述原料中提取分离油脂的工艺步骤：原料→（冷却/搅拌）→晶核→（进一步冷却/搅拌）→晶体→（结晶分离/过滤）→软油脂（硬油脂）。

本书馆藏索书号：TS20/S479