1、離心分離技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用摘要：根據(jù)離心原理，離心技術(shù)又可以分為差速離心法、密度梯度離心法和等密度 梯度離心法。用于食品工業(yè)中的離心機和分離機可分為二大類，即沉降離心機和過 濾離心機。離心分離技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：差速離心；密度梯度離心；沉降離心機；過濾離心機；果蔬的應(yīng)用前言：在現(xiàn)代工業(yè)中，離心分離技求己越來越重要，這不僅由于離心機和其它分離 機械相較，可得含濕1低的固相和高純度的液相，而且具有節(jié)省勞力、減輕勞動強 度，改善勞動條件，并具有連續(xù)運轉(zhuǎn)、自動遙控、占地面積小等優(yōu)青、。故自1836 年第一臺三足式離心機在德國問世以來，迄今已獲很大的發(fā)展，各類離心機品種繁 多，正在向高參

2、數(shù)、系列化、專用化及自動化方向發(fā)展。現(xiàn)已廣泛用于化工，輕工， 食品，醫(yī)藥，軍工，船舶等近三十個工業(yè)領(lǐng)域。食品工業(yè)雖是一種歷史悠久的工業(yè)， 但隨著人們生活水平的提高，營養(yǎng)與保健食品，一些與食品有關(guān)的新技術(shù)正在不斷 問世，故其發(fā)展前途，大有可為。本文首先簡述了離心分離的原理，其次甘食品工 業(yè)中的離心機和分離機機型及選用作了剖析，文章結(jié)尾則對離心分離技術(shù)在食品工 業(yè)中的應(yīng)用及邵分分離工藝流程作簡單介紹。一、離心分離技術(shù)基本原理和特點離心技術(shù)是利用物體高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生強大的離心力，使置于旋轉(zhuǎn)體中的懸浮顆粒發(fā) 生沉降或漂浮，從而使某些顆粒達到濃縮或與其他顆粒分離之目的。這里的懸浮顆 粒往往是指制成懸浮狀態(tài)

3、的細胞、細胞器、病毒和生物大分子等。離心機轉(zhuǎn)子高速 旋轉(zhuǎn)時，當懸浮顆粒密度大于周圍介質(zhì)密度時，顆粒離開軸心方向移動，發(fā)生沉降； 如果顆粒密度低于周圍介質(zhì)的密度時，則顆粒朝向軸心方向移動而發(fā)生漂浮。根據(jù) 離心原理，離心技術(shù)又可以分為差速離心法、密度梯度離心法和等密度梯度離心法。 1.1差速離心。采用不同的離心速度和離心時間，使沉降速度不同的顆粒分批分離的方法，稱為差 速離心。操作時，采用均勻的懸浮液進行離心，選擇好離心力和離心時間，使大顆 粒先沉降，取出上清液，在加大離心力的條件下再進行離心，分離較小的顆粒。如 此多次離心，使不同大小的顆粒分批分離。差速離心所得到的沉降物含有較多雜質(zhì)， 需經(jīng)過重

4、新懸浮和再離心若干次，才能獲得較純的分離產(chǎn)物。差速離心主要用于分 離大小和密度差異較大的顆粒。操作簡單方便，但分離效果較差。1.2密度梯度離心（又稱速度區(qū)帶離心）。密度梯度離心是指樣品在密度梯度介質(zhì)中進行的一種沉降速度離心。密度梯度系統(tǒng) 是在溶劑中加入一定的梯度介質(zhì)制成的。梯度介質(zhì)應(yīng)有足夠大的溶解度，以形成所 需的密度，不與分離組分反應(yīng)，不會引起分離組分的凝聚、變性或失活，常用的有蔗糖、甘油等。目前使用最多的是蔗糖密度梯度 系統(tǒng)，其梯度范圍是：蔗糖濃度5%60%，密度1.021.30 g/cm梯度的作用是使離 心液穩(wěn)定以減少擴散或得到較為鋒利的區(qū)帶。被離心的物質(zhì)根據(jù)其沉降系數(shù)不同進 行分離，同

5、類物質(zhì)則因分子大的沉降速度快于分子小的物質(zhì)從而得到分離。密度梯 度的制備可采用梯混合器，也可將不同濃度的蔗糖溶液，小心地一層層加入離心管 中，越靠管底，濃度越高，形成階梯梯度。離心前，把樣品小心地鋪放在預(yù)先制備 好的密度梯度溶液的表面。離心后，不同大小、不同形狀、有一定的沉降系數(shù)差異 的顆粒在密度梯度溶液中形成若干條界面清晰的不連續(xù)區(qū)帶（如圖1-1）。各區(qū)帶內(nèi) 的顆粒較均一，分離效果較好。在密度梯度離心過程中，區(qū)帶的位置和寬度隨離心 時間的不同而改變。隨離心時間的加長，區(qū)帶會因顆粒擴散而越來越寬。為此，適 當增大離心力而縮短離心時間，可減少區(qū)帶擴寬。1.3等密度梯度離心（又稱平衡密度梯度離心）

6、。等密度梯度離心雖然也是在密度梯度介質(zhì)中進行的離心，但被分離的物質(zhì)是依靠他 們的密度不同進行分離的。此種離心常用無機鹽類制作密度梯度。氯化銫（CsCl） 是最常用的離心介質(zhì)，它在離心場中可自行調(diào)節(jié)形成濃度梯度并保持穩(wěn)定。需要離 心分離的樣品可和梯度介質(zhì)先均勻混合，離心開始后，梯度介質(zhì)由于離心力的作用 逐漸形成管底濃而管頂稀的密度梯度，與此同時，可以帶動原來混合的樣品顆粒也 發(fā)生重新分布，到達與其自身密度相等的梯度層里，即達到等密度的位置而獲得分 離。例如，DNA在等密度梯度離心過程中（如圖1-2），停留在密度梯度為1.7的 位置，而RNA停止在1.9的部位，由此可見等密度梯度離心是不依賴于時間

7、的， 只要梯度不破壞，時間延長不影響分離。前述密度梯度離心法中，欲分離的顆粒未 達到其等密度位置，故分離效果不如等密度梯度離心法好二、食品工業(yè)中的離心機和分離機機型剖析及其選用用于食品工業(yè)中的離心機和分離機可分為二大類，即沉降離心機和過濾離心機，現(xiàn) 分別剖析如下；2.1沉降離心機.2.1.1管式高速分離機。管式機可用于液一液，液一固，掖一液一固的分離，但 其條件為固相比重較液相大，且固相含量一般10外，2.1.2室式分離機。室式機主要適于貴重固相物的回收，以及對管式機來說處理 量太大的情況。2.1.3人工排渣碟式機該機型用于固體濃度很低的場合（通常為1多體積濃度）但 可達較高的分離因數(shù)，故特別

8、適宜于分離兩種液體的同時除去微量固體。2.1.4噴嘴排渣碟式機。噴嘴排渣碟式機適用處理濃度為625外之懸浮液，而 帶再循環(huán)的噴嘴機則最大循環(huán)量可達40拓，濃縮率一般為5倍。它可進液一固，液 一液一固的分離，噴嘴的數(shù)口和直徑可視產(chǎn)量、濃度而調(diào)整。2.1.5活門排渣碟式機。括門排渣碟式機為碟式機中品種系列最多之機型。該機 型特點為可連續(xù)生產(chǎn)、自動化程度高、多功能性，具有自清洗能力，該機型較噴嘴 型可得到較高的排液濃度。2.1.6活門排渣噴嘴分離機該機型為近年開發(fā)r的，由于、碟式機的分離效率為 碟片層尺寸和轉(zhuǎn)速的函數(shù)，而該機型之密閉從外側(cè)，而且在轉(zhuǎn)鼓圓周上開上一定數(shù) 量的孔，故較同類活塞機可提高轉(zhuǎn)速

9、2030沁，藝值可提高85腸，最大分離因數(shù) 可達16000。2.1.7螺旋卸料沉降離心機。這是一種自動型的連續(xù)離心機，該機型特點是:較 全面，功能全，單機生產(chǎn)能力大，結(jié)構(gòu)緊湊，動力耗省，亦用于粒度分級。2.1.8撤液離心機。該機型屬低速回轉(zhuǎn)機2.2.1立式離心機立式離心機為國內(nèi)目 前應(yīng)用最廣、數(shù)量最多的機型。其特點為結(jié)構(gòu)簡單操作方便、價廉，加之應(yīng)用面廣， 且晶體不易損壞、洗滌優(yōu)，但近年來電氣、油壓操作機正在逐漸增多并取代之。上 懸式主要用于制糖廠中。2.2過濾離心機2.2.1立式離心機。立式離心機為國內(nèi)目前應(yīng)用最廣、數(shù)量最多的機型。其特點 為結(jié)構(gòu)簡單操作方便、價廉，加之應(yīng)用面廣，且晶體不易損壞

10、、洗滌優(yōu)，但近年來 電氣、油壓操作機正在逐漸增多并取代之。上懸式主要用于制糖廠中。2.2.2臥式刮刀卸料離心機。該機型性能類似立式刮刀機，但卸料為全速，但晶 體易破損，振動亦較大，可代替真空過濾機。2.2.3螺旋過濾離心機。該機分立，臥二種，其特點為生產(chǎn)量大，結(jié)構(gòu)緊湊，適 于固相粒度大于150目的晶體或短纖維懸浮液的分離。2.2.4活塞推料離心機。在本機中生成濾并與轉(zhuǎn)鼓同速回林并由軸向往復的料板 推出，有單級或多級，最多可至12級。本機適于纖維或晶體分離，多級則適于分離 粘性大的母液。2.2.5離心力卸料離心機。淚該機里主要通用于.脫水物料的分離，結(jié)構(gòu)簡單，其 變型規(guī)格甚多，有GTL型及反跳環(huán)

11、型。2.2.6振動卸料及其它機型。振動卸料機結(jié)構(gòu)除加振動源外類似離心械，沉降性 能較好。三、離心分離技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用3.1果蔬汁生產(chǎn)的工藝中。固液分離是一項重要的技術(shù)，用以分離懸浮在果汁中的固體粒子，已經(jīng)使用 了 30多年。離心分離技術(shù)的發(fā)展與果蔬加工技術(shù)可謂是并駕齊驅(qū)。在早期階段，果 蔬加工是利用離析器，將果肉粒子從壓榨后的果汁中分離出來，或在澄清處理時將 澄清劑分離。時至今日，洋析器的使用已漸漸取替上述的處理方法。事實上，離析 器和灌析器均能為果蔬加工提供經(jīng)濟的生產(chǎn)模式，增加果汁提取時的產(chǎn)率，以及避 免操作中造成的損失。3.2豌豆、綠豆、蠶豆中。近來，我們對豌豆、綠豆和蠶豆的利用進行

12、了初步的探索，利用流槽和離心分離 技術(shù)(1)(2),在小試基礎(chǔ)上成功地分離提取高質(zhì)量的豆類淀粉，同時得到了優(yōu)質(zhì)的蛋白 質(zhì)。本研究目的是利用中試設(shè)備,現(xiàn)代淀粉的加工裝置對豌豆的有效成分進行分離提 取,為工業(yè)化生產(chǎn)提供必要的工藝條件;同時，為進一步開展豌豆淀粉和蛋白質(zhì)特性及 其應(yīng)用的研究提供必要的物質(zhì)條件。3.3發(fā)酵乳制品中。隨著人民生活水平的提高和健康意識的增強，我國發(fā)酵乳制品工業(yè)迅猛發(fā)展。 實踐證明，傳統(tǒng)人工型液態(tài)發(fā)酵劑由于存在種種弊端1 一 4，已遠遠不能滿足發(fā)酵 乳制品工業(yè)發(fā)展的要求。因此，積極研制并開發(fā)出具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的高效濃 縮型直投式乳酸菌發(fā)酵劑勢在必行。高效濃縮型直投式乳酸菌

13、發(fā)酵劑的生產(chǎn)系采用 優(yōu)質(zhì)乳酸菌種經(jīng)液體深層高密度培養(yǎng)，經(jīng)菌體細胞的分離，與保護劑介質(zhì)混溶，再 經(jīng)冷凍或冷凍干燥，無菌包裝，制成濃縮型凍藏發(fā)酵劑或濃縮型凍干發(fā)酵劑。由此 可見，乳酸菌細胞的分離技術(shù)是制備高效濃縮型直投式發(fā)酵劑重要的中間工藝環(huán)節(jié)。 目前，乳酸菌細胞分離的方法有離心和超濾。研究表明，超濾效果優(yōu)于離心，而超 速離心效果優(yōu)于普通離心2 4。但是，離心比超濾操作簡便，設(shè)備清洗和消毒方 便，不易污染，其應(yīng)用較超濾普遍卜8。值得注意的是，離心過程中:一方面，由于 離心力機械作用以及溫度和基質(zhì)低pH等因素的影響，可能造成部分菌體死亡;另一 方面，部分菌體必然殘留在上清液中而損失。如果離心工藝掌握

14、不當，菌體死亡率 和損失率隨之增高，使活菌收得率大大降低，直接導致高效濃縮型直投式乳酸菌發(fā) 酵劑的活菌含量下降而影響產(chǎn)品質(zhì)量。鑒于此，本文選擇易于分離細胞的乳酸菌常 用液體MRS培養(yǎng)基為離心基質(zhì)，以自行分離選育的高活力保加利亞乳桿菌 (Lactobacillusbol 邵 rieos)L.b 一 51 和嗜熱鏈球菌(Stre 尸 toeoeeosthermophiZus)s.t 一 3為實驗菌株，通過建立離心過程中活菌收得率與損失率、存活率相關(guān)性研究方法， 研究離心力、離心時間對乳酸菌離心損失率和存活率的影響，尋求最高活菌收得率 的適宜離心條件，以期為工業(yè)化大規(guī)模離心分離培養(yǎng)液中的乳酸菌，并研

15、制開發(fā)高 效濃縮型直投式乳酸菌發(fā)酵劑提供科學依據(jù)。各種類型的沉降離心機在食品工業(yè)中的應(yīng)用占主導地位例如，可用于牛奶澄 清與穩(wěn)定化處理、食油精制、干酪及酸奶酪的生產(chǎn)、乳糖、酪蛋白、黃油、葡萄酒、 各種果汁、啤酒、咖啡、果凍、制糖、糖蜜、酵母及酵母提取物、淀粉棕構(gòu)油、卵 磷脂、植物油脂、動物原脂、明膠、血清、血粉、魚粉、魚油、檸檬酸、味精、水 藻、大豆蛋白、單細胞蛋白、速凍疏菜、人參蜂皇漿、皂料、橄欖油、發(fā)酵肉湯、 速溶飲料、維生素、谷骯、肉類加工等。各類過濾離心機的應(yīng)用亦十分廣泛，用于 食糖、味精、淀粉、蛋白回收、酵母、葡萄糖、檸檬酸及各類水果和各種植物中分 離原汁及冷凍濃縮等操作中。食品加工工

16、藝流程中需要采用離心分離技術(shù)的情況， 逐漸在增多。【參考文獻】陳希孺.數(shù)理統(tǒng)計學小史J.數(shù)理統(tǒng)計與管理，1998.張楚廷.數(shù)學方法論M.長沙：湖南科學技術(shù)出版社，1989.Ian Hacking.The Emergence of ProbabilityM.Cambridge Uni-versityPress，2001.1.莫里斯克萊因.古今數(shù)學思想(第二冊)M.上海：上海科學技術(shù)出版社，2002.柳延延.現(xiàn)代科學方法的兩個源頭J,自然科學史研究，1996.張?zhí)m威，鄂志強，萬海峰，等.乳酸菌增菌培養(yǎng)基的篩選及干燥保護劑的選擇田.中國 乳品工業(yè)，2000(2):7 9.梁勇，杜敏，南慶賢，等.濃縮型乳酸菌發(fā)酵劑的制備J.中國乳品工業(yè)，1995(2):132 133.喬發(fā)東，吳秀芳，南慶賢，等.濃縮乳酸菌發(fā)酵劑的現(xiàn)狀Jl .中國乳品工業(yè)，1998(1):22 一 23.賈士杰，生慶海.發(fā)酵乳及新型發(fā)酵劑的研究概述J.中國奶牛，2000(3):45 48.高松柏，娜日斯，謝小燕，等高效嗜酸菌發(fā)酵劑制備和嗜酸菌奶粉