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关于食品加工的范文1:泡沫分离技术在食品工业中的应用
泡沫分离又称泡沫吸附分离技术，是以气泡为介质，利用组分间表面活性的差异，达到分离或浓缩目的的一种分离方法[1]。20世纪初，泡沫分离技术首先应用于矿物浮选，后来应用于工业废水中表面活性剂的回收。直到20世纪70年代，人们才开始将泡沫分离技术应用于蛋白质和酶的分离提取[2-3]。目前，在食品工业中，泡沫分离技术已经应用于蛋白质和酶、糖、皂甙等有效成分的分离提取。由于大多数食品原料都是泡沫状的，因此泡沫分离技术在食品工业中将会得到越来越广泛的应用。
1泡沫分离技术的原理及特点
1.1泡沫分离技术原理
泡沫分离技术基于表面吸附的原理，基于液相中溶质或颗粒之间表面活性的差异。表面活性强的物质首先被吸附在分散相和连续相的界面上，通过鼓泡形成泡沫层，使泡沫层与液相主体分离，表面活性物质富集在泡沫层中，从而达到浓缩溶质或净化液相主体的目的。
1.2泡沫分离技术的特点
1.2.1的优点
(1)与传统的分离稀浓度产品的方法相比，泡沫分离技术设备简单，操作方便，更适用于稀浓度产品的分离。(2)泡沫分离技术分辨率高，对于组分间表面活性差异大的物质可以获得更高的富集比。(3)泡沫分离技术不需要大量的有机溶剂洗脱剂和提取液，成本低，环境污染小，有利于工业化生产。
1.2.2缺点
表面活性物质多为高分子化合物，消化量大，回收困难。另外，溶液中表面活性物质的浓度不易控制，泡沫塔中的返混现象会影响分离效果[4]。
泡沫分离技术在食品工业中的应用
2.1蛋白质的分离
在分离蛋白质的过程中，表面活性差异不大的蛋白质的吸附效果受气液界面吸附结构的影响，因此蛋白质表面活性的强度是考察泡沫分离效果的主要指标。谭等[5]研究了牛血清蛋白和酪蛋白在气液界面的吸附，发现酪蛋白对牛血清蛋白在气液界面的吸附有显著影响。此后，Hossain等[6]利用泡沫分离技术对β-乳球蛋白和牛血清白蛋白进行分离富集，得到了96%的β-乳球蛋白和牛血清白蛋白。Brown等[7]采用连续泡沫分离技术从混合溶液中分离牛血清白蛋白和酪蛋白，结果表明酪蛋白的回收率很高。然而，大多数牛血清白蛋白保留在溶液中。Saleh等人[8]研究了用泡沫分离法从乳铁蛋白、牛血清白蛋白和α-乳白蛋白的混合溶液中分离乳铁蛋白，在牛血清白蛋白和α-乳白蛋白的混合溶液中加入不同浓度的乳铁蛋白，不断改变气体流速，优化最佳工艺条件。结果表明，在最佳工艺条件下，87%的乳铁蛋白保留在溶液中，98%的牛血清白蛋白和91%的α-乳清蛋白存在于泡沫夹带液中。泡沫分离法可以有效地从三种蛋白质混合物中分离乳铁蛋白。陈等[9]采用泡沫分离技术从牛奶中提取免疫球蛋白。考察了初始pH值、免疫球蛋白初始浓度、氮气流速、柱高和发泡时间对反应的影响。结果表明，泡沫分离法可以有效地从牛奶中分离出免疫球蛋白。刘等[10]从工业大豆废水中浓缩富集大豆蛋白。最佳工艺条件为:温度50℃，pH 5.0，空气流量100mL？Min-1，装液高度400mm，大豆蛋白富集比为3.68 .李等【11】为了改善泡沫排水，研制了一种新型的填充铁丝网泡沫分离塔。在带铁丝网的全填料塔中，采用泡沫分离法分离牛血清蛋白。以BSA水溶液为参比，研究了不同条件下填料对气泡大小、持液率、富集比和有效收集率的影响。结果表明，填料可以加速气泡破裂，降低持液率，改善泡沫排水，提高牛血清白蛋白的富集率。研究表明，当液体蓄积量为490毫升，空气流速为300毫升时？Min-1，牛血清蛋白初始浓度为0.10g？在L-1、填充床高度300mm、初始pH值6.2的条件下，牛血清蛋白的最佳富集倍数为21.78，是对照塔条件下的2.44倍。刘海滨等[12]以桑叶为原料，采用泡沫分离法分离桑叶蛋白，并分析了影响分离效果的主要因素。结果桑叶蛋白回收率为92.50%，富集倍数为7.63。因此，通过泡沫分离可以获得高含量的桑叶蛋白。与酸(碱)热法、有机溶剂法等传统叶蛋白分离方法相比[13-14]，泡沫分离法具有更好的分离效果。避免了加热引起的蛋白质变性和有机溶剂造成的环境污染。李等[15]以亚麻蛋白浓度、NaCl浓度、原料液pH值和含液量为主要因素，采用响应面法优化了脱胶亚麻饼泡沫分离亚麻蛋白的工艺条件。在最佳工艺条件下，亚麻蛋白得率为95.8%，多糖损失率仅为6.7%。
2.2酶的分离
蛋白质是一种生物表面活性剂，含有极性和非极性基团，可以选择性地吸附在溶液中气液界面上。因此，酶和蛋白质等物质可以通过泡沫从低浓度溶液中分离出来。克林等人[16]研究了发酵液中胞外脂肪酶的泡沫分离，考察了曝气时间、pH值、气体流速等主要因素对回收率的影响。结果表明，当曝气时间为50min，pH值为7.0，气速为60mL/min时，酶蛋白回收率为95%。Mohan等人[17]从啤酒泡沫中分离出酵母和麦芽。结果表明，酵母和麦芽分离所需时间不同，低浓度时更容易富集。Holmstr[18]泡沫从低浓度溶液中分离出来。发现通过在等电点鼓泡，泡沫夹带溶液中的淀粉酶活性比原始溶液中的淀粉酶活性高4倍。Lambert等人[19]利用泡沫分离技术研究了β-葡萄糖苷酶的pH值与表面张力的关系。研究表明，纤维素双糖酶和纤维素酶的最适发泡pH值分别为10.5和6 ~ 9。Brown等[7]研究了用泡沫分离技术分离纯化牛血清蛋白和溶菌酶以及酪蛋白和溶菌酶的混合体系。结果表明，无论是与牛血清蛋白还是酪蛋白混合，溶菌酶的回收率都很低，但由于溶菌酶可以提高泡沫的稳定性，因此，牛血清蛋白和溶菌酶的回收率都有所提高。Samita等人[20]研究了牛血清蛋白和酪蛋白的两个二元体系，发现在牛血清蛋白和酪蛋白的蛋白质二元体系中，酪蛋白在气液界面的吸附占了气液界面的大部分，从而阻止了牛血清蛋白在气液界面的吸附。在牛血清蛋白和溶菌酶的二元体系中，研究表明溶菌酶提高了牛血清蛋白的回收率和泡沫的稳定性。针对这一现象，Noble等人[21]也用泡沫分离法分离了牛血清蛋白和溶菌酶的二元体系。发现泡沫夹带液中有少量溶菌酶，提高了泡沫的稳定性，牛血清蛋白溶液在低浓度下不能产生稳定的泡沫。溶菌酶的存在使其能够产生稳定的泡沫。这些研究表明，泡沫分离技术可以在低浓度下分离具有表面活性的蛋白质，为泡沫分离技术在蛋白质分离中的应用开辟了新的领域。国内泡沫分离技术已应用于酶类物质的分离，范明等[22]设计了泡沫分离装置。采用泡沫分离技术将模拟脂肪酶溶液从生产生物柴油的脂肪酶水溶液中分离出来，并对脂肪酶水溶液进行回收和富集。考察了通气量、进料酶浓度和脂肪酶水溶液pH值等主要因素对分离效果的影响。当通气量为10L/(LH)、饲料酶浓度为0.2g/L、pH值为7.0时，蛋白质和酶活回收率接近100%，富集比为3.67。研究表明，初始脂肪酶浓度对泡沫分离的富集比和蛋白质回收率影响显著，而pH值对富集比、蛋白质和酶回收率影响不显著，而气速是影响蛋白质回收率的重要因素。水相脂肪酶回收过程中酶活性没有损失。可以看出，泡沫分离是回收液体脂肪酶的有效方法[22]
2.3糖的分离
糖一般存在于植物和微生物中。根据糖与蛋白质或其他物质表面活性的不同，可以利用泡沫分离技术分离提取糖[23]。傅等[24]用离心法从基隆产红薯块中分离提取可溶性糖和蛋白质，回收率分别为4.8%和33.8%。而采用泡沫分离法，可溶性糖和蛋白质的回收率分别为98.8%和74.65438±0%。Sarachat等[25]采用泡沫分离法富集假单胞菌产生的鼠李糖脂，富集比为4。__周[26]采用间歇泡沫分离法从美味牛肝菌水提液中分离牛肝菌多糖。考察了pH值、原料液浓度、风速、表面活性剂用量和浮选时间等主要因素对分离效果的影响，以回收率为指标评价了分离效果，优化了牛肝菌多糖的分离工艺条件。在最佳工艺条件下，牛肝菌多糖的回收率为83.65438±0%。我国食用菌多糖的提取一般采用水提醇沉法，但这种方法需要大量的乙醇，操作周期长。能耗高[27-28]，而泡沫分离法具有分离速度快、设备简单、可连续操作、无需高温高压、适合分离低浓度成分等优点，因此间歇式泡沫分离法是提取食用菌多糖的有效方法。
2.4皂苷有效成分的分离
皂苷含有亲水性糖类和疏水性皂苷元，具有良好的起泡性。它们是优良的天然非离子表面活性成分，因此可以用泡沫分离法从天然植物中分离出来[29]。泡沫分离法已被广泛用于分离大豆异黄酮苷元、人参皂苷、无患子皂苷、竹节参皂苷和文冠果皮皂苷等有效成分。
2.4.1大豆异黄酮苷元的分离刘等[10]
采用泡沫分离法和酸解法从大豆乳清废水中分离大豆异黄酮苷元。指出从工业大豆乳清废水中提取的异黄酮苷元主要以β-苷元的形式存在，傅里叶变换红外光谱分析发现大豆异黄酮与大豆蛋白以复合物的形式存在。研究结果表明，采用泡沫分离技术可以有效富集大豆乳清废水中的大豆异黄酮和β-苷元。
2.4.2从无患子中分离皂苷魏等[30]
分别采用间歇泡沫分离法和连续泡沫分离法分离纯化无患子皂苷。通过正交试验考察了原料浓度、气体流量、温度和pH值对无患子皂苷回收率的影响，确定了泡沫分离的最佳工艺条件。林青霞等[31]采用泡沫分离技术分离纯化无患子皂苷，并用紫外分光光度计测定无患子皂苷的含量。分离纯化的效果由富集比、纯度和回收率来判断。当进料浓度为2.0g/L，进料量为150mL，气速为32L/h，温度为30℃，pH值为4.3时，富集比为2.153，纯度和回收率分别为74.68%和79.19。富集比随着进料浓度、气速和进料速率的增加而降低，pH值对富集比影响不大。纯度随着进料浓度和气速的增加而降低，进料速度和pH值对纯度影响不大。
2.4.3竹节参总皂苷的分离
竹节参的主要成分皂苷是一种优良的天然表面活性剂，而竹节参中的竹节参多糖、无机盐和氨基酸属于非表面活性剂，可根据表面活性的不同，采用泡沫分离技术进行分离纯化[32-34]。张海滨等[35]考察了气泡大小、原料溶液pH值、温度、电解质物质的量和浓度等主要因素对竹节参皂苷泡沫分离的影响。以富集比、纯度比和回收率为指标对分离纯化效果进行分析，得出最佳工艺条件为:气泡直径0.4~0.5mm，pH值5.5，温度65℃，电解质NaCl浓度0.015mol？L-1。在最佳工艺条件下，总皂苷富集比为2.1，纯度比为2.6，回收率为98.33%，得到了良好的分离。张长城等[36]研究了泡沫分离技术从竹节参中分离纯化皂苷的方法和条件，指出泡沫分离技术产品回收率高，工艺简单，能耗低。
2.4.4文冠果果皮中皂苷的分离
文冠果籽油是一种优质食用油，含油量为35% ~ 40% [37]，可作为生物柴油的原料。文冠果果皮中含有1.5% ~ 2.4%的皂甙。文冠果果皮中的皂苷具有抗肿瘤、抗氧化和抗疲劳作用[38]。文冠果皮皂苷的开发利用所带来的附加值可以有效降低生物柴油的生产成本。在生产生物柴油的过程中，需要处理大量的果皮，因此有必要寻找一种简单可行、成本低、收率高、环境污染小的分离皂苷的方法。吴伟杰等人[39]使用了自制的发泡装置。研究了泡沫分离技术分离文冠果果皮总皂苷的可行性和最佳反应条件。泡沫分离文冠果皂苷的最佳工艺条件为:料液气速为2.5L？Min-1，初始浓度2mg？ML-1，温度为20℃，pH值为5。与泡沫分离人参、三七等皂苷的气体流量相比，文冠果果皮的气体流量更低，可以最大限度地降低能耗，节约成本。同时，文冠果果皮中皂苷的泡沫分离可以在室温下进行，降低了加热所需的能耗。此外，由于文冠果皮皂苷水溶液的pH值约为5。泡沫分离过程中无需调节pH值。在最佳工艺条件下，富集比为3.05，回收率为60.02%，纯度为63.35%。研究表明，从文冠果皮中泡沫分离皂素可以达到较高的富集比、回收率和纯度，这对大力开发利用生物能源、综合利用文冠果和降低生物柴油成本具有重要意义。
3展望
泡沫分离技术是一种很有前途的新型分离技术，在食品工业中的应用将会越来越广泛，在未来天然产物和稀有物质的分离提取中将会得到更广泛的应用。同时，泡沫分离技术也有一定的局限性。为促进泡沫分离技术在食品工业中的应用和发展，应在以下几个方面进行深入研究:(1)建立泡沫分离复杂物质实际分离过程中泡沫形成的理论模型，建立标准表面活性剂分离提取的标准数据库，建立标准表面活性剂与非表面活性剂物质分离的指纹图谱；(2)用泡沫分离非表面活性剂物质时，如何减少表面活性剂的用量；(3)如何解决高浓度产品泡沫分离回收率低的问题；(4)目前泡沫分离设备存在局限性，应研究开发适合食品工业分离的新型泡沫分离设备，以提高泡沫分离的效果[40]。
食品工业废水处理的节能研究
食品工业包括制糖、酿造、肉类和奶制品加工等。食品工业的废水主要来源于原料的处理、洗涤、脱水、过滤、脱酸、脱臭和蒸煮。这些废水含有大量的有机物、蛋白质、有机酸和碳水化合物，耗氧量强。如果不经处理直接排入水中，会大量消耗水中的溶解氧，造成水体缺氧，导致水生生物死亡。食品工业废水含油量高，往往伴随着大量的悬浮物随废水排出。动物食品加工排放的废水也可能含有病菌。此外，这些废水中还含有铜、锰、铬等金属离子。近年来，随着食品加工业的快速发展，其产生的废水量也在逐年快速增加。许多废水未经有效处理就直接排放，对环境造成了非常严重的破坏。因此，探讨食品工业废水的处理对生态环境保护具有重要的现实意义。
1食品工业废水处理工艺现状
目前，国内外食品工业废水的处理主要采用生物处理技术，主要包括好氧生物处理技术、厌氧生物处理技术以及好氧生物处理技术和厌氧生物处理技术的组合。在好氧生物处理工艺方面，主要有活性污泥法(目前实践中广泛采用SBR法)和生物膜法(代表是曝气生物滤池法)。与好氧生物处理工艺相比，厌氧生物处理工艺无论是后期运行管理费用还是前期资金投入费用都有很大的优势。其中，典型的处理工艺有厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)工艺和广泛应用于食品工业废水处理的第三代厌氧处理工艺——厌氧内循环反应器(ic)。此外，厌氧生物处理工艺在食品工业废水处理中具有良好的处理效果[1]。
2工艺特点及应用效果分析
目前，国内外对食品工业废水的处理主要是生物处理[2]。实践中广泛应用的成熟技术主要有厌氧接触法、厌氧污泥床法、浅层曝气法、延长曝气法、曝气沉淀池法等。
2.1好氧生物处理工艺
好氧生物处理是在持续供氧的环境下，利用好氧微生物氧化有机物。在好氧过程中，微生物分解复杂的有机物，一部分转化为CO2、H2O、NH3等稳定的无机物，一部分被微生物合成新的细胞，最终去除污水中的有机物。
2.1.1SBR工艺，即间歇式活性污泥系统(又称序批式间歇活性污泥法)。目前国内外广泛采用SBR法。生物反应池集生物降解过程、沉淀过程和污泥回流功能于一体。这个过程比较简单。它是在以往间歇式活性污泥法的基础上发展起来的一种新工艺。SBR法处理废水的操作过程一般包括进水、充氧、静态沉淀、排水、排泥五个步骤。与连续活性污泥法相比，该工艺具有以下优点:曝气池具有二沉池的功能，没有二沉池或污泥回流设备，系统结构简单，易于管理；抗冲击负荷，一般不需要设置调节池；反应驱动力大，可简单获得高质量的出水水质；污泥沉降性能好，SVI值低，便于自动化操作和后期维护管理。巨化[3]通过SBR法在酱油泡菜食品废水处理中的应用研究，得出原废水CODcr在2000 mg/L ~ 4000 mg/L范围内，SBR处理后出水水质达到二级标准，去除率达96%以上，无污泥膨胀，运行管理方便，占地面积小，运行费用低。
2.1.2BAF法，即曝气生物滤池法。这个过程可以追溯到上世纪80年代，在欧美得到应用和发展。大连马兰河污水处理厂是国内第一个采用BAF工艺的污水处理厂。基于生物接触工艺，在滤池中填充陶粒、石英砂等颗粒填料，以填料及其附着的生物膜为介质，发挥生物的代谢功能，通过物理过滤作用，利用膜和填料的截留和吸附作用，实现污染物的高效处理。廖燕[4]等人采用混凝-—ABR联合曝气生物滤池(BAF)对某市屠宰场高浓度废水中化学需氧量(COD)和氨氮的去除进行了研究。研究发现，原水化学需氧量和氨氮的去除效果为65，438±0，500mg/L至4，500mg/L，处理后出水为30mg/L至85mg/L。100毫克/升，氨氮
2.1.3MBR法，即膜生物反应器法。它是20世纪90年代逐渐发展起来的废水处理技术。该技术用膜组件代替传统的二沉池，实现固液相分离。其本质是将细菌和微生物以生物膜的形式附着在固体表面，将污水中的有机物作为营养物质进行代谢、生长和繁殖，从而达到净化污水的效果。该工艺抗冲击能力强，对水质水量变化的适应性强；污泥产量低，沉降性能好，固液分离容易；低浓度污水也可以处理。正常运行时，原水中BOD5可由20毫克/升至30毫克/升降至5毫克/升至10毫克/升；运行成本不高，管理方便。张良平，王峰[5]以MBR在湖北某食品厂废水处理中的应用为例，发现采用MBR-活性炭-杀菌组合工艺，出水COD和BOD去除率达到99%以上，系统能耗低，运行稳定。
2.2厌氧生物处理工艺
在食品废水处理过程中，与好氧处理相比，厌氧处理因其污泥量少、动力流程消耗少、管理简单，能够节约能源、降低成本，在高浓度有机废水行业——食品行业逐渐受到广泛推崇。
2.2.1UASB工艺，即上流式厌氧污泥床工艺。这个过程是由高活性厌氧菌组成的颗粒污泥，在UASB装置中随着上升气流向上流动。处理效率高、性能可靠、能耗低、无需填料和载体、运行成本低等，能够处理高负荷废水而不堵塞。它也是应用最广泛的高速反应堆之一。王伟，何等[6]发现，食品废水经+接触氧化工艺处理后，CODcr，BOD5，ss和植物油由原水浓度的1170mg/L，570mg/L，600mg/L，150mg/L，处理后的效果分别为60.2mg/L，15.5mg/L，40mg/L和3 mg/L总运行费用约为0.54元/m3，该工艺占地面积小，处理费用低，运行方式灵活，值得推广。
2.2.2EGSB反应器，即膨胀颗粒污泥床反应器。该工艺是在UASB基础上发展起来的一种新型厌氧工艺。与UASB工艺相比，EGSB增加了出水回流，提高了反应器内水流速度，可达5 m/h ~ 10 m/h，比UASB的0.6 m/h ~ 0.9 m/h提高了近10倍..李克勋[7]等人以天津某淀粉厂处理淀粉废水为例。EGSB厌氧反应器COD去除率超过85%，出水水质达到国家一级排放标准，去除了大量有机物，减轻了后续单元的处理压力。此外，厌氧反应器的介入可以产生沼气作为能源进行二次利用，降低运行成本(总运行成本为0.73元/m3？具有良好的环境效益和社会效益。
2 . 2 . 3 SBR工艺，即厌氧序批式活性污泥法。ASBR厌氧序批式活性污泥法于20世纪90年代首先诞生于美国，它是在SBR的基础上发展起来的。该工艺的显著特点是在序批式间歇运行，分为进水、反应、沉淀、排水四个步骤。与连续流厌氧反应器相比，该工艺不需要大阻力布水系统，大大降低了系统能耗，不产生断流和短流，运行灵活，阻力强。
3厌氧生物处理工艺的优势分析
与好氧生物处理工艺相比，厌氧生物处理工艺在食品工业废水处理中具有诸多优势:工艺运行时剩余污泥量很少，由于不需要额外的氧源，降低了运行管理成本；食品工业废水中有机物浓度高，厌氧生物处理工艺具有抵抗高浓度有机物冲击负荷的良好优势，可实现间接排放；此外，厌氧生物处理工艺可以产生沼气，实现资源的二次利用，真正变废为宝，降低能耗。因此，厌氧处理工艺是食品工业废水处理中一种节能的废水处理工艺。厌氧生物处理工艺作为一种低能耗且能产生二次能源的工艺，必将成为食品工业废水处理的主流方向[8]。