全蒸发技术及其在食品香味分离中的应用

357专 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 论述 食品科学 2004, Vol. 25, No. 10 ischemia and reperfusion by spin trapping and microdialysis [J]. Neurosci Lett, 1992, 138(2): 279-282. [51]H Togashi, H Shinzawa, et al. Analysis of hepatic oxidative stress status by electron spin resonance spectroscopy and imaging[J]. Free Radic Biol Med, 2000, 28(6): 846-853. [52]J M C Gutteridge. Free radicals in disease processes: a complication of cause and consequence[J]. Free Rad Res Commun, 1993, 19: 141-158. [53]S Toyokuni, K Okamoto, J Yodoi, et al. Persistent oxidative stress in cancer[J]. FEBS Lett, 1995, 358: 1-3. [54]M B Reddy, L Clark. Iron, Oxidative Stress, and Disease Risk [J]. Nutr Rev, 2004, 62(3): 120-124. [55]K Honda, G Casadesus, et al. Oxidative stress and redox- active iron in Alzheimer's disease[J]. Ann N Y Acad Sci, 2004, 1012: 179-182. [56]W J Burke. 3,4-dihydroxyphenylacetaldehyde: a potential target for neuroprotective therapy in Parkinson's disease[J]. 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In flavor extraction, the key advantages of pervaporation over conventional processes are high selectivity, low energy consumption, physical separation mechanism, moderate operating temperature and no additives required. In this paper, after introducing the basic process of pervaporation, influences of the membrane, the feed temperature, the feed velocity and the membrane modules were highlighted. And the performance and prospects of pervaporation for separation of food flavor were showed and reviewed. Key wordspervaporationfoodflavorseparationrecovery 中图分类号 TQ651.2 文献标识码 A 文章编号 1002-6630(2004)10-0357-05 收稿日期 2004-08-10 *通讯联系人 基金项目 北京市教委科技发展计划项目(KM200410011005) 作者简介 余敏(1974-)女 硕士研究生 主要从事天 然香料的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 分离研究 全蒸发(PV, Pervaporation)是一种选择性膜分离技 术 它利用分子间因吸附 扩散特性存在差异而导致 膜渗透速率不同的原理 分离纯化液体物料中的目标组 分 与蒸馏 萃取 吸附等技术相比 其在水相体 系中富集挥发性有机化合物 有机体系脱水 沸点相 近或可形成共沸物组分间的分离等方面的应用具有更强 的优势 1982年建立了第一家应用全蒸发生产无水乙醇 万方数据 2004, Vol. 25, No. 10 食品科学 专题论述358 的工厂[1]1996年建立了第一家应用全蒸发从废水中回 收挥发性有机污染物的工厂[2]但受全蒸发膜带来的运 行费用限制 迄今在环境等一些领域全蒸发并未得到广 泛应用 食品香味主要由醇 酯 醛等一些浓度很低的挥 发性成分构成 应用全蒸发分离这些香味成分 具有 高选择性 能耗低 分离原理为物理原理 操作条件 温和 不引入任何溶剂等优点 随着人们对环保健康 绿色天然食品的青睐 与食品相配套的天然香味料将具 有更高的市场价值 天然香味料本身的高利润 将促 使全蒸发技术在食品香成分分离上的应用得到更快的发 展 本文在论述全蒸发技术基本原理的基础上 综述 了近年全蒸发技术在食品香成分分离的应用 旨在引起 国内对该领域的关注 1 全蒸发基本原理 根据膜渗透组分的特点 全蒸发主要分为亲水性及 亲有机性两种类型 在亲水性PV中 主要是混合物中 的水分子渗透过膜 在亲有机性PV中 则主要是挥发 性有机化合物渗透过膜 大多数香料化合物在性质上都 具有疏水性 因此利用亲有机性(疏水性膜)全蒸发即可 分离富集食品中的多数香味成分 本文将主要论述亲有 机性P V 在全蒸发过程中 膜与液体料液接触的一侧称为上 流侧(upstream side)而膜的另一侧与膜渗透组分接触 称为下流侧(downstream side)料液中的挥发性组分从 上流侧进入并溶解在膜中 以扩散方式穿过膜 在膜 的下流侧进行冷凝浓缩回收 膜的上流侧将是液体残留 物 可见 全蒸发中存在着液态到气态的相变过程 全蒸发 机制 综治信访维稳工作机制反恐怖工作机制企业员工晋升机制公司员工晋升机制员工晋升机制图 可用溶解扩散理论解释 被分离物质膜 渗透传质过程可分为三个连续步骤 第一步 料液中的 组分吸附在膜的上流侧 并进入膜质材料 膜材料的 吸附选择性决定了全蒸发分离过程的选择性 第二步 被吸附组分在膜质材料中向膜下流侧扩散(可用Fick定律 描述) 扩散行为与被吸附组分的物理化学性质 操作 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 条件以及膜的类型决定 此步是影响全蒸发传质速 率的关键步骤 第三步 被吸附组分从膜下流侧脱附 以气相形式释放 并被冷凝转化为液体 如图1所示 挥发性组分的膜渗透是全蒸发分离的主要特点 被 分离组分在料液中与透过膜后存在的化学势差(也称为活 度差或蒸汽分压压差)是挥发性组分膜渗透过程的驱动 力 通过在膜下流侧减压 或加热使料液的温度高于 下流侧 或用惰性气体吹扫下流侧这三种途径使组分在 下流侧的分压较低 从而驱动被分离组分渗透过膜完成 全蒸发过程 如图2所示 全蒸发分离效率常用膜渗透通量(每单位面积膜的渗 上流侧 (Upstream Side) 进料(Feed) 均质膜 下流侧 (Downstream side 渗透 真空 Permeate 真空 Vacuum 图1 全蒸发分离原理 液体 进料 液体泵 渗透膜 残留液 渗 透 蒸 汽 冷凝器 真空泵 渗透物 图2 全蒸发分离过程 透速率) 分离因子 i/j 浓缩系数 三个参数描述 i/j 及 的计算公式如下 i Cpi/Cfi i/j表示加工分离i和j物质的能力 Cfi Cfj分别 是物料中i和j组分浓度 Cpi Cpj分别是膜渗透后i和j组 分的浓度 2 影响全蒸发分离的主要因素 根据全蒸发分离原理 膜材料类型 进料温度 进料流速 料液组成 进料压力 渗透压 冷凝温 度 膜渗透模式等都会对全蒸发分离效率有影响 其 中膜材料类型 进料温度 进料流速及膜渗透模式是 影响全蒸发分离的主要因素 2.1膜材料类型影响 目前用于全蒸发的膜质材料主要有两类 聚乙烯醇 (PVA)聚乙烯醇/聚丙烯腈(PVA/PAN)醋酸纤维素等 亲水聚合物膜质材料 有利于水的渗透 主要用于亲 水性PV聚二甲基硅氧烷(PDMS)聚丙烯 聚丁二 烯 聚辛基甲基硅氧烷(POMS)等疏水聚合物膜质材 料 有利于有机分子渗透 主要用于亲有机性PV 全蒸发膜较薄 在存放 运输 安装中极易破损 fjpj fipi ji CC CC / / / =a 万方数据 359专题论述 食品科学 2004, Vol. 25, No. 10 或折叠 商品膜常复合了一二层微孔性支撑材料 便 于安装和防止损伤 膜复合了支撑材料后 将使得膜 对同一组分的渗透力发生变化并对该组分的分离产生影 响 但全蒸发分离的选择性主要由膜材料性质决定 如 R.W. Baker研究表明[3]硅氧烷-橡胶膜对于苯 乙苯 甲苯 二甲苯 三氯乙烯 氯仿 氯乙烯 二氯乙 烯 二氯甲烷 全氟化碳 己烷等非极性化合物的选 择性最好 其次是乙酸乙酯 丁酸乙酯 乙酸甲酯 2-丁酮 己醇的极性较弱的化合物 而对甲醇 乙醇 苯酚 乙酸 乙二醇 二甲基甲酰胺等极性强的化合 物选择性最差 J.Brjesson等[4]研究表明聚二甲基硅 氧烷(PDMS)膜和聚辛基甲基硅氧烷(POMS)膜均可用于全 蒸发回收苹果汁中异丁醇 己醇 反-2-己烯醛 乙 酸乙酯 乙酸异戊酯等香成分 但POMS膜对于乙酸 异戊酯的富集倍数更大 在实际操作过程中 所用膜厚度及膜面积也会影响 分离效率 一般而言 膜薄有利于分子扩散传质 但 选择性较差 膜厚分子扩散速率慢 但选择性较好 选用膜面积要综合考虑被分离物料的组成 进料温度 渗透压 膜成本消耗等问题 一般进料温度高 所需 膜面积将较小 渗透压高 所需膜面积将较大 但对 某些组分而言 并不一定膜面积越大获得的回收率越 高 F.Lipnizki等[5]研究全蒸发回收苹果香成分发现 起 初乙酸异戊酯和2-甲基丁酸乙酯香成分的膜渗透通量随 膜面积增大而急剧增大 但膜面积达到大约70m2时 膜 渗透通量不再增加而趋于平稳 而正丁醇和异丁醇香成 分的膜渗透通量则随膜面积的增加一直呈线性关系 2.2进料温度 进料温度升高 分子的扩散传质加快 全蒸发膜 渗透通量增加 所需膜面积减小 但不同组分的膜渗 透通量受温度的影响程度往往不同 Hans O.E. Karlsson 等[6]考察了温度6 152535对PDMS膜全蒸发分 离肉豆蔻酒中香成分的影响时发现 肉豆蔻酒物料中水 和乙醇两个占份额较大组分随温度升高其膜渗透通量几 乎以线性关系显著上升 香成分异戊醇 异丁醇 己 醇和乳酸甲酯的膜下流侧浓度随着温度升高而增大 但 香成分乙酸乙酯的膜下流侧浓度随着温度升高反而减 小 此外 A. shepherd等[7]在全蒸发分离桔子汁中香 成分时也发现 尽管香成分丁酸乙酯在膜下流侧的浓度 及其浓缩倍数因进料温度升高增大 但极性较大的乙醇 组分浓缩倍数并没有变化 一般而言 全蒸发分离食品香成分时 进料温度 不宜太高 以免一些热敏感香成分发生化学变化或整个 分离系统造成微生物污染 2.3进料流速与膜渗透模式 在全蒸发过程中 某些不易透过膜组分会在膜附近 富集 形成浓度极化液体边界层 一般膜上流侧的浓 度极化边界层 膜下流侧的浓度极化边界层和复合膜的 支撑材料结构对全蒸发传质过程造成阻力 其中膜上流 侧浓度极化产生的传质阻力最为显著 膜上流侧浓度极化与进料流速及进料液体水力半径 有关 进料流速越高 水力半径越小 浓度极化就越 不容易发生 传质效率就越高 J.Olsson等[8]研究了进 料流速对于全蒸发回收2-甲基丁酸乙酯 乙酸乙酯 丁 酸乙酯 乙酸异戊酯 乙酸己酯 异丁醇 反-2-己 烯醛 丁醇 异戊醇 己醇等苹果香成分的影响 发 现增大进料流速后 浓度极化液体边界层不易形成 酯 类和醛类香成分传质阻力减小 回收率明显提高 但 因醇类香成分的传质阻力主要在于渗透膜本身 增大进 料流速醇类回收率并没有变化 此外 全蒸发膜渗透模式也会对浓度极化液体边界 层的形成及传质效率产生影响 按照膜的几何形状 全 蒸发可分为板 框式膜渗透 中空纤维式膜渗透 缠 绕式膜渗透 因不同膜渗透模式中物料的流体状态不 同 其浓度极化边界层的形成及其对传质效率的影响程 度将存在差异 不同膜渗透模式对进料流速有不同要 求 对于板框模式 常采用很高的进料流速以减小浓 度极化现象增大进料侧边的传质效率 3 全蒸发技术在食品香味料分离中的应用 在食品生产加工过程中 食品挥发性香成分很容易 丢失 常采取某种分离方式回收或浓缩这些香成分 然 后再补加入食品中的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 以保证食品质量 由于香味化 合物多数为非极性分子 从稀的水相溶液中回收或浓缩 香味物质常采用憎水全蒸发技术 与蒸馏或部分冷凝等 气-液分离技术不同 全蒸发可通过选择膜材料实现选 择性分离 可在室温或更低温度下操作使热敏感性香成 分免受破坏 有关全蒸发在回收水果汁香成分 软饮料香成分 酒类或发酵液香成分应用的研究报道较多[ 9 , 1 0 ]J. Borjesson等[4]以配制的苹果汁模型溶液为研究对象 考 察了POMS膜或PDMS膜全蒸发将苹果汁中乙酸乙酯 丙酸乙酯 丁酸乙酯 2-甲基丁酸乙酯 2-乙基丁酸 甲酯 2-甲基丙酸乙酯 3-甲基丁酸丁酯 乙酸己酯 己醛 反- 2 -己烯醛 乙醇 异丁醇 丁醇 异戊 醇 己醇 乙酸异戊酯等16种香成分浓缩100-1000倍 的工艺条件 Hans O.E. Karlsson等[6]研究了全蒸发技术 回收肉豆蔻酒乙酸乙酯 异丁醇 异戊醇 乳酸甲酯 己醇 糠醛 2,3-丁二醇 5-甲基糠醛等8种香成分 的工艺条件 N.Qureshi[11]等选用硅酸盐膜回收发酵液中 的丁醇 结果表明 硅酸盐膜渗透通量高 选择性好 焯白菜花的废水中含有极稀浓度(低于1 10-6)的二 .. 万方数据 2004, Vol. 25, No. 10 食品科学 专题论述360 甲基二硫醚 二甲基三硫醚 丁酸S-甲基酯等含硫化 合物而具有类似洋葱的刺激性臭味 但这些含硫化合物 又是构成如法国奶酪等食品的重要香成分 最近 I. Souchon等[12]采用全蒸发技术处理漂白菜花的废水 达 到了臭味脱除并同时获得高附加值天然香料的双重目 的 他们首先研究了全蒸发分离二甲基二硫醚 二甲 基三硫醚 和丁酸S-甲基酯组成的模型溶液 全面考 察了膜渗透通量 选择性 传质效率等参数 选定了 PEBA100m膜处理焯白菜花的废水 经过全蒸发过 程 二甲基二硫醚 二甲基三硫醚 和丁酸S-甲基酯 等含硫臭味成分被选择性富集 废水接近于奶酪味 许多食品(如糖果 饼干 牛奶)需以高品质的天然 香味料加香以增强其市场竞争力 而全蒸发作为环境友 好 操作条件温和且具有选择性的物理分离技术在高品 质天然香味料生产中更占有优势 Hans R Kattenberg等 [13]在试验工厂用PDMS中空纤维膜渗透全蒸发技术得到 了浓缩200400倍的可可香味浓缩物 其香味浓烈 无 色 且不含脂肪 咖啡因和可可碱 明显优于用浸提 蒸汽蒸馏 索氏提取或超临界萃取方法得到的产品 对 比结果见表1 迄今 扩大化规模全蒸发在食品香成分分离应用的 研究报道还较少 对扩大化全蒸发 不应只追求浓缩 倍数 膜渗透通量 回收率等指标 要综合考虑冷凝 真空 加热 膜渗透模式 膜面积 膜寿命等带来 的工程成本费用 F. Lipnizki等[5][14]参考全蒸发回收苹果 汁香成分的实验数据 首先采用过程模拟方法优化了扩 大化全蒸发过程中进料温度 渗透压 膜渗透模式 膜面积 浓缩倍数等全蒸发分离参数 并进一步从技 术组合及成本核算角度分析评价了扩大化全蒸发过程 研究表明 与其他分离技术相比 膜成本及其使用寿 命是比较敏感的因素 间歇式全蒸发(批处理料液量 50kg/h每批处理时间20h)所消耗费用为0.030.05 /kg苹果汁 连续式全蒸发(进料1000kg/h)所消耗 费用为0.030.05/kg苹果汁 从经济角度看 全蒸发 分离方法 全蒸发 水浸提 水蒸汽蒸馏 乙醇索氏提取 超临界CO2/水萃取 香味强度 3.1 3 0.2 0.2 0.5 可可味 3.4 2.8 0.2 0.2 0.5 苦味 0.4 3.5 2.5 2.2 0.7 花香 0.2 1 0 0 0.3 酸味 0.6 0.5 0 0 0.5 涩味 0.6 0.5 0 0 0.5 异味 无 无 0.5(牛奶焦味) 1(醇味) 无 外观 清彻 清彻 清彻 清彻 混浊 颜色 无 黄褐 黄褐 黄色 黄 表1 不同分离技术得到的可可香味产品感官评价对比 注 表中数值表示气味感官评价所得分数, 分数划分为0 5 代替传统的食品香味回收技术具有可行性 4 展 望 全蒸发是一种选择性膜分离技术 近年国外学者对 它的研究十分活跃 全蒸发技术设备简单 操作条件 温和 不需要引入任何溶剂等特点 使其在绿色天然 高附加值食品香味料的分离回收应用上将具有更好的发 展前景 但从所报道的文献可以看出 全蒸发技术在食品香 成分回收的实际应用还不成熟 目前多数局限在实验室 的基础研究水平上,其扩大化研究或在工业上的实际应用 还没取得突破性进展 另外 考虑到因食品料液本身 的复杂性及多样性可能造成的膜分离效率下降或膜污染 问题 还需要进一步发展可适合于分离有机-有机体系 的高选择性 渗透性能良好且耐用的膜材料 使全蒸 发分离技术在食品香成分分离领域得到更广泛的应用 参考文献 [1]Maeda Y, Kai M. Recent progress in pervaporation for Wa- ter/Ethanol separation[J]. 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Journal of Food Engineering,2002,54(3):183-195. 稻米功能性成分的分子改良 王忠华1 吴殿星2 周美园3 (1.浙江万里学院生物技术研究所 浙江 宁波 3151002.浙江大学原子核农业科学研究所 浙江 杭州 3100293.浙江万里学院图书馆 浙江 宁波 315100) 摘 要 本文就稻谷主副产品(如淀粉 碎米 米糠 米胚和稻壳等)中的主要功能性成分 包括抗性淀粉 (- 氨基丁酸 六磷酸肌醇 谷维素 维生素E和二十八烷醇等的生理功能及特定功能因子水稻种质的分子改良作一 简要综述 以期为开发与研制新型功能食品提供思路 关键词 水稻 功能性成分 功能食品 育种 Study on Molecular Improvement of Rice Functional Lomponents WANG Zhong-hua1 WU Dian-xing2 ZHOU Mei-yuan3 (1.Institute of Biology Technology, Zhejiang Wanli College, Ningbo 315100, China 2.Institute of Nuclear Agricultural Science, Zhejiang University, Hangzhou 310029, China 3.Library of Zhejiang Wanli College, Ningbo 315100, China) Abstract This paper briefly reviewed the progress of the physiological function of functional components including resistant starch, GABA, IP6, oryzanol, VE and octacosanol in rice products (such as starch, broken grain, rice bran, rice embryo and rice shell etc.) and molecular improvement of rice germplasm containing special functional components, which will provide the new 收稿日期 2003-12-20 基金项目 宁波市博士基金(2004A610013) 浙江省科技厅重大攻关项目 作者简介 王忠华(1972-)男 博士 讲师 研究方向为植物生物技术 .. .. 万方数据