食品分离技术复习知识点.docx
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食品分离技术复习知识点
食品分离技术复习知识点
1、名词解释
食品分离技术、食品分离技术是指各种分离技术在食品科学与食品工程中的应用，它依据某些理化原理将食品物料中的不同组分进行分离，是食品加工中的一个主要操作过程。
聚合物的不相容性、当两种高分子聚合物之间存在相互排斥作用时，由于相对分子质量较大，分子间的相互排斥作用与混合过程的熵增加相比占主导地位，一种聚合物分子的周围将聚集同种分子而排斥异种分子，当达到平衡时，即形成分别富含不同聚合物的两相。
这种含有聚合物分子的溶液发生分相的现象称为聚合物的不相容性。
单效蒸发、产生的二次蒸汽不加利用，直接冷凝排出；
多效蒸发、二次蒸汽作为串联使用的下一个蒸发器的加热蒸汽。
分子蒸馏、在蒸馏过程中采用特殊措施，增大离开液相的分子流而减少返回液相的分子流，实现从液相到气相的单一分子流向，即分子蒸馏。
膜分离、液膜是一层很薄的液体，它阻隔在两个可互溶但组成不同的液相之间，一个液相中的待分离组分通过液膜的渗透作用传递到另一个液相中，从而实现分离的目的。
道南效应、Donnan模型以Donnan平衡为基础，用来描述荷电膜的脱盐过程，一般纳滤膜多为荷电膜，所以该模型更多用来描述纳滤过程
浓差极化现象、浓差极化是指分离过程中，料液中的溶液在压力驱动下透过膜，溶质（离子或不同分子量溶质）被截留，在膜与本体溶液界面或临近膜界面区域浓度越来越高;在浓度梯度作用下，溶质又会由膜面向本体溶液扩散，形成边界层，使流体阻力与局部渗透压增加，从而导致溶剂透过通量下降。
色谱分离、色谱分离技术是基于不同物质在由固定相和流动相构成的体系中具有不同的分配系数，在采用流动相洗脱过程中呈现不同保留时间，从而实现分离
比移值、原点中心至斑点中心的距离与原点中心至展开剂前沿的距离之比。
分配系数、物质在两相中的分布服从分配定律，即：
在一定温度和压力下，物质A在有机相与水相中分配达到平衡时，其浓度比为一常数，通常称为分配系数Kd
亲和色谱、利用固相载体上的配基对目标组分所具有的专一的和可逆的亲和力而使生物分子分离纯化的一种分离技术。
重结晶、重结晶是利用杂质和结晶物质在不同溶剂和不同温度下的溶解度不同，将晶体用合适的溶剂再次结晶，以获得高纯度的晶体的操作。
气体分子的运动自由程、指气体分子在两次连续碰撞之间所走路程的平均值。
沉淀、是利用沉淀剂使目标产物或杂质在溶液中的溶解度降低而形成无定形固体凝聚物（aggregates）的过程。
滤饼过滤滤饼过滤是使用织物、多孔材料或膜作为过滤介质，过滤介质只是起着支撑滤饼的作用，过滤介质的孔径不一定要小于最小颗粒的粒径。
深层过滤。
二、简答题或填空题：
离心技术的分类？
根据分离方法分类物理法（离心过滤沉降等）
化学法（离子交换沉淀反应等）
物理化学法（凝胶色谱萃取等）
根据分离规模分类实验室规模（又可分为分析分离和制备分离）
工业应用规模
根据分离的推动力分类机械分离（离心过滤沉降旋风分离）
平衡分离（萃取蒸发结晶）
传质分离
速率控制（反渗透电泳色谱）
食品分离技术的作用和重要性？
食品分离技术能提高食品原料的综合利用度；
食品分离技术能够保持和提高食品的营养和风味；
食品分离技术使食品符合食品安全法的需求；
食品分离技术的发展能够改变食品厂的面貌。
食品分离技术的评价依据有哪些？
回收率和产品纯度
产品质量
产品安全性
简化生产工艺
降低能耗、场地，节约成本
双水相萃取的特点？
体系的含水量多达70-90%，两相界面张力极低，有助于保持生物物质的活性和相间的质量传递。
上下密度差小，一般为10-2g/cm3左右。
自然分相时间短。
一般为5-60min。
目标产物分配系数高，回收率高，效率高。
易于连续操作和工程放大，可直接线性放大40000倍。
处理容量大，聚合物循环使用，成本和能耗较低
分子蒸馏的特征和基本原理？
分子蒸馏特征：
1、分子蒸馏可以在任何温度下进行，只要冷热两面间存在着温度差，就能达到分离目的。
2、分子蒸馏过程中，从蒸发表面逸出的分子直接飞射到冷凝面上，中间不与其它分子发生碰撞，理论上没有返回蒸发面的可能性，所以，分子蒸馏过程是不可逆的。
3、分子蒸馏过程是液层表面上的自由蒸发，没有鼓泡现象。
4、蒸馏真空度高，分子蒸馏装置其内部可以获得很高的真空度，因此物料不易氧化受损。
5、蒸馏液膜薄,传热效率高。
6、物料受热时间短，液面逸出的轻分子几乎未经碰撞就达到冷凝面。
分子蒸馏原理：
气体分子运动自由程差异。
分子蒸馏的适用范围？
1.分子蒸馏适用于不同物质分子量差别较大的液体混合物系的分离，特别是同系物的分离，分子量必须要有一定差别。
2.分子蒸馏也可用于分子量接近但性质差别较大的物质的分离，如沸点差较大、分子量接近的物系的分离。
3.分子蒸馏特别适用于高沸点、热敏性、易氧化（或易聚合）物质的分离。
4.分子蒸馏适宜于附加值较高或社会效益较大的物质的分离。
5.分子蒸馏不适宜于同分异构体的分离。
硫酸铵盐析沉淀需要注意的问题?
加固体硫酸铵时，要看清表上的温度要求。
分段盐析时，要考虑每次分段后蛋白质浓度的变化，以调整不同的盐析饱和度。
盐析后一般需要放置半小时至1小时，待沉淀完全后再进行过滤或离心，过早的分离会影响收率。
低浓度的硫酸铵溶液盐析后固液分离常采用离心，高浓度的硫酸氨常采用过滤。
为获得试验的可重复性，盐析条件，如温度，pH，硫酸铵的纯度都要严加控制。
超临界流体萃取的特点？
●萃取剂的溶解能力易于通过调节温度和压力控制；
●可在低温和无氧下操作，不破坏提取物中的活性组分，较适于热敏性物质的萃取；
●可较快地达到平衡，萃取速率快，生产周期短；
●溶剂可回收且简单方便，无溶剂残留；
●萃取剂可重新使用，不产生三废，不污染环境
二氧化碳作为超临界流体的优点？
CO2的临界温度为31.4℃，操作温度接近常温，对热敏性原料无破坏性，不会影响食品风味；
CO2的临界压力位7.4MPa，较容易达到；
CO2的化学性质稳定，不燃烧、不爆炸、无腐蚀性；
CO2具有防氧化和抑制好气性微生物活动的作用，食品原料在分离过程中不易腐变，利于分离；
CO2容易获得纯品，成本较低
液膜的优点？
液膜相对传统萃取的优点
传质推动力大,所需分离级数少
试剂消耗量少
“上坡”效应,或者溶质“逆其浓度梯度传递”的效果
液膜相对固体膜优点
传质速率高：
溶质在液体中的分子扩散系数（10-6-10-5cm2/s）比在固体中（<10-8cm2/s）高几个数量级
选择性好：
固体膜往往只能对一类离子或分子的分离具有选择性,而对某种特定离子或分子的分离,则性能较差.
液膜的特点？
液膜过程和萃取类似但它的萃取与反萃取分别发生在膜的两侧界面,溶质从料液相萃入膜相,并扩散到膜相另一侧,再被反萃入接收相,由此实现萃取与反萃取的“内耦合”。
液膜打破了溶剂萃取所固有的化学平衡,液膜过程是一种非平衡传质过程。
助滤剂的三种用法？
作为深层过滤介质
在支持介质表面作为预涂层
分散在过滤液中悬浮，是形成的滤饼具有多孔性，降低了滤饼的可压缩性。
塔板理论的特点和不足？
（1）当色谱柱长度一定时，塔板数n越大（塔板高度H越小），被测组分在柱内被分配的次数越多，柱效能则越高，所得色谱峰越窄。
（2）不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同，用有效塔板数和有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时，应指明测定物质。
（3）柱效不能表示被分离组分的实际分离效果，当两组分的分配系数K相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分离。
（4）塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速下柱效不同的实验结果，也无法指出影响柱效的因素及提高柱效的途径。
色谱法的特点？
（1）分离效率高
复杂混合物，有机同系物、异构体。
手性异构体。
（2）灵敏度高
可以检测出μg.g-1（10-6）级甚至ng.g-1（10-9）级的物质量。
（3）分析速度快
一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。
（4）应用范围广
气相色谱：
沸点低于400℃的各种有机或无机试样的分析。
液相色谱：
高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析。
不足之处：
被分离组分的定性较为困难。
TLC（薄层层析）展开剂的选择原则?
展开剂要把被分离物质从吸附剂表面解吸附，这需要展开剂对吸附剂要有亲和力，解吸附能力要适当，一般展开剂的极性应该比被分离物质略小。
展开剂要能够溶解被分离物质，否则，被分离物质不能随展开剂向前移动。
食品在干燥过程发生的变化？
将能量传递给食品（传热过程）
促使食品物料中水分向表面转移并排放到物料周围的外部环境中，完成脱水干制的基本过程（传质过程）
湿热的转移是食品干燥原理的核心问题
亲和色谱的优点及缺点？
优点：
1.纯化过程简单、迅速
2.实验条件温和
3.分离效率高
缺点：
1.适用范围受很大限制；
2.层析要求的稳定条件也受限制；
3.载体价格高，寿命短。
影响离子交换树脂选择性的因素有哪些？
1.离子价数：
离子交换树脂总是优先选择高价离子。
阳离子的被吸附顺序为：
Fe3+＞AI3+＞Ca2+＞Mg2+＞Na+
阴离子顺序为：
柠檬酸根＞硫酸根＞硝酸根
2.溶液浓度：
树脂对离子交换吸附的选择性，在稀溶液中比较大，而在浓溶液中较小。
因此可将溶液稀释，树脂选择吸附高价离子。
3.离子的水化半径：
离子在水溶液中的大小应用水化半径来表征，而不是原子量。
水化半径较小的离子优先吸附。
4．树脂物理结构：
通常交联度高的树脂对离子的选择性较强。
大孔型树脂的选择性低于凝胶型树脂。
但对于大分子的吸附，情况较复杂。
5．有机溶剂：
有机溶剂常会使树脂对有机离子的选择性降低，而容易吸附无机离子，可利用有机溶剂从树脂上洗脱难洗脱的有机物质。
6．树脂与交换离子间的辅助力：
凡能与树脂间形成辅助力（氢键、范德华力等）的离子，树脂对其吸附力就大；能破坏这些辅助力，离子从树脂上易洗脱。
三、论述题（不会按照下面题目出题，但是涉及到下面相关知识及扩展）
色谱分离技术按照分配机制分类的几个类别的概念及原理？
吸附色谱（adsorptionchromatography）利用吸附剂表面对不同组分吸附性能的差异，达到分离鉴定的目的。
分配色谱（partitionchromatography）利用不同组分在流动相和固定相之间的分配系数（或溶解度）不同，而使之分离的方法。
离子交换色谱（ion-exchangechromatography）利用不同组分对离子交换剂亲和力的不同，而进行分离的方法。
凝胶色谱（gelchromatography）利用某些凝胶对于不同组分因分子大小不同而阻滞作用不同的差异，进行分离的技术。
亲和色谱（affinitychromatography）利用固相载体上的配基对目标组分所具有的专一的和可逆的亲和力而使生物分子分离纯化的一种分离技术。
离心机使用的注意事项？
使用各种离心机时，必须事先在天平上精密地平衡离心管和其内容物。
离心管装液不可超过管容量的2/3，尤其是角转子。
在低温下离心时，转头需预冷。
离心过程中不得随意打开离心机盖。
每个转头各有其最高允许转速和使用累积限时，使用转头时要查阅说明书，不得过速使用。
冷冻干燥的优点？
一．冷冻干燥在低温下进行，因此对于许多热敏性的物质特别适用。
如蛋白质、微生物之类不会发生变性或失去生物活力。
二．在低温下干燥时，物质中的一些挥发性成分损失很小，适合一些化学产品，药品和食品干燥。
三．在冷冻干燥过程中，微生物的生长和酶的作用无法进行，因此能保持原来的性状。
四．由于在冻结的状态下进行干燥，因此体积几乎不变，保持了原来的结构，不会发生浓缩现象。
五．干燥后的物质疏松多孔，呈海绵状，不粘壁，加水后溶解迅速而完全，几乎立即恢复原来的性状。
六．由于干燥在真空下进行，氧气极少，因此一些易氧化的物质得到了保护。
七．干燥能排除95-99%以上的水份，使干燥后产品能长期保存而不致变质。
速率理论的要点？
（1）组分分子在柱内运行的多路径与涡流扩散、浓度梯度所造成的分子扩散及传质阻力使气液两相间的分配平衡不能瞬间达到等因素是造成色谱峰扩展柱效下降的主要原因。
（2）通过选择适当的固定相粒度、载气种类、液膜厚度及载气流速可提高柱效。
（3）速率理论为色谱分离和操作条件选择提供了理论指导。
阐明了流速和柱温对柱效及分离的影响。
（4）各种因素相互制约，如载气流速增大，分子扩散项的影响减小，使柱效提高，但同时传质阻力项的影响增大，又使柱效下降；柱温升高，有利于传质，但又加剧了分子扩散的影响，选择最佳条件，才能使柱效达到最高。
影响离子交换速度的因素？
树脂粒度、树脂交联度、溶液流速、溶液浓度、温度、离子价数、离子大小
离子交换树脂的选择原则？
1、强碱性离子宜用弱酸性树脂；
2、弱碱性离子宜用强酸性树脂；
3、弱酸性离子宜用强碱性树脂；
4、强酸性离子宜选用弱碱性树脂；
5、大分子离子应选择交联度较低的树脂；
6、小分子离子应选择一定交联度的树脂。
离子交换树脂的种类？
①按物理结构分类：
凝胶型（孔径为5nm）;
大孔型（孔径为20—100nm）;
②按合成的树脂所用原料单体分类：
苯乙烯系、酚醛系、丙烯酸系、环氧系、乙烯吡啶系。
色谱理论的几个特征？
1、在色谱柱不变的情况下，即理论塔板数n和长度L都不变的情况下，色谱峰宽度与保留时间t成正比。
或者说：
同一次分析里，色谱峰的宽度与其保留时间成正比。
因此出峰越晚，峰宽越大。
2、在理论塔板数n不变的情况下，峰高与保留体积（时间）t成反比。
或者说：
同一次分析中，同样浓度的不同组分，出峰越晚峰高越小。
3、在色谱柱加长的情况下，理论塔板数n和保留体积（时间）t都同时等倍增加，因此色谱峰宽与色谱柱长度的平方根成正比。
即色谱柱长增加一倍，峰宽增加到原来的1.414倍。
还记得柱长增加一倍，保留时间差增加多少么？
这是速度方程的结论，增加一倍。
因此分离度R在柱长增加一倍的情况下，只能增加到原来的1.414倍。
即：
理论塔板高度H不变的情况下，分离度R与柱长的平方根成正比。
4、在色谱柱长度固定的情况下，即保留时间相等的情况下，色谱柱宽度W与理论塔板数n的平方根成反比。
这意味着：
在同样长度的不同色谱柱上，柱效率n越高，色谱峰越尖锐。
通常理论塔板数n即柱效率n，但有时也把单位柱长下理论塔板数称为柱效率。
由于毛细管具有极高的柱效，因此同样分析时间下，可以看到毛细管色谱峰明显要尖锐的多。
5、色谱峰高与组分总进样量m成正比。
因此在进样体积一定的情况下，峰高与组分浓度c成正比，因此峰高可以用来定量。
但峰高还会受到保留时间、理论塔板数n等影响，特别是当色谱峰型不正常，塔板理论不完全成立的时候，这个关系会受到影响，因此通常不用峰高定量。
但无论怎么变，色谱峰面积都和进样量成正比，因此任何时候都能用峰面积定量。
只有在峰型良好且尖锐的情况下，用峰高定量比较简单。
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