1、離心分離技術在食品工業中的應用摘要：根據離心原理，離心技術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。離心分離技術在食品工業中的應用。關鍵詞：差速離心；密度梯度離心；沉降離心機；過濾離心機；果蔬的應用前言：在現代工業中，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，而且具有節省勞力、減輕勞動強 度，改善勞動條件，并具有連續運轉、自動遙控、占地面積小等優青、。故自1836 年第一臺三足式離心機在德國問世以來，迄今已獲很大的發展，各類離心機品種繁 多，正在向高參

2、數、系列化、專用化及自動化方向發展。現已廣泛用于化工，輕工， 食品，醫藥，軍工，船舶等近三十個工業領域。食品工業雖是一種歷史悠久的工業， 但隨著人們生活水平的提高，營養與保健食品，一些與食品有關的新技術正在不斷 問世，故其發展前途，大有可為。本文首先簡述了離心分離的原理，其次甘食品工 業中的離心機和分離機機型及選用作了剖析，文章結尾則對離心分離技術在食品工 業中的應用及邵分分離工藝流程作簡單介紹。一、離心分離技術基本原理和特點離心技術是利用物體高速旋轉時產生強大的離心力，使置于旋轉體中的懸浮顆粒發 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

3、的細胞、細胞器、病毒和生物大分子等。離心機轉子高速 旋轉時，當懸浮顆粒密度大于周圍介質密度時，顆粒離開軸心方向移動，發生沉降； 如果顆粒密度低于周圍介質的密度時，則顆粒朝向軸心方向移動而發生漂浮。根據 離心原理，離心技術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， 需經過重

4、新懸浮和再離心若干次，才能獲得較純的分離產物。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（又稱速度區帶離心）。密度梯度離心是指樣品在密度梯度介質中進行的一種沉降速度離心。密度梯度系統 是在溶劑中加入一定的梯度介質制成的。梯度介質應有足夠大的溶解度，以形成所 需的密度，不與分離組分反應，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，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 心液穩定以減少擴散或得到較為鋒利的區帶。被離心的物質根據其沉降系數不同進 行分離，同

5、類物質則因分子大的沉降速度快于分子小的物質從而得到分離。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區帶（如圖1-1）。各區帶內 的顆粒較均一，分離效果較好。在密度梯度離心過程中，區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中進行的離心，但被分離的物質是依靠他 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，它在離心場中可自行調節形成濃度梯度并保持穩定。需要離 心分離的樣品可和梯度介質先均勻混合，離心開始后，梯度介質由于離心力的作用 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、食品工業中的離心機和分離機機型剖析及其選用用于食品工業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 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，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 帶再循環的噴嘴機則最大循環量可達40拓，濃縮率一般為5倍。它可進液一固，液 一液一固的分離，噴嘴的數口和直徑可視產量、濃度而調整。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 型特點為可連續生產、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r的，由于、碟式機的分離效率為 碟片層尺寸和轉速的函數，而該機型之密閉從外側，而且在轉鼓圓周上開上一定數 量的孔，故較同類活塞機可提高轉速

9、2030沁，藝值可提高85腸，最大分離因數 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離心機，該機型特點是:較 全面，功能全，單機生產能力大，結構緊湊，動力耗省，亦用于粒度分級。2.1.8撤液離心機。該機型屬低速回轉機2.2.1立式離心機立式離心機為國內目 前應用最廣、數量最多的機型。其特點為結構簡單操作方便、價廉，加之應用面廣， 且晶體不易損壞、洗滌優，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。立式離心機為國內目前應用最廣、數量最多的機型。其特點 為結構簡單操作方便、價廉，加之應用面廣，且晶體不易損壞

10、、洗滌優，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，其特點為生產量大，結構緊湊，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，結構簡單，其 變型規格甚多，有GTL型及反跳環

11、型。2.2.6振動卸料及其它機型。振動卸料機結構除加振動源外類似離心械，沉降性 能較好。三、離心分離技術在食品工業中的應用3.1果蔬汁生產的工藝中。固液分離是一項重要的技術，用以分離懸浮在果汁中的固體粒子，已經使用 了 30多年。離心分離技術的發展與果蔬加工技術可謂是并駕齊驅。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濟的生產模式，增加果汁提取時的產率，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(1)(2),在小試基礎上成功地分離提取高質量的豆類淀粉，同時得到了優質的蛋白 質。本研究目的是利用中試設備,現代淀粉的加工裝置對豌豆的有效成分進行分離提 取,為工業化生產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特性及 其應用的研究提供必要的物質條件。3.3發酵乳制品中。隨著人民生活水平的提高和健康意識的增強，我國發酵乳制品工業迅猛發展。 實踐證明，傳統人工型液態發酵劑由于存在種種弊端1 一 4，已遠遠不能滿足發酵 乳制品工業發展的要求。因此，積極研制并開發出具有我國自主知識產權的高效濃 縮型直投式乳酸菌發酵劑勢在必行。高效濃縮型直投式乳酸菌

13、發酵劑的生產系采用 優質乳酸菌種經液體深層高密度培養，經菌體細胞的分離，與保護劑介質混溶，再 經冷凍或冷凍干燥，無菌包裝，制成濃縮型凍藏發酵劑或濃縮型凍干發酵劑。由此 可見，乳酸菌細胞的分離技術是制備高效濃縮型直投式發酵劑重要的中間工藝環節。 目前，乳酸菌細胞分離的方法有離心和超濾。研究表明，超濾效果優于離心，而超 速離心效果優于普通離心2 4。但是，離心比超濾操作簡便，設備清洗和消毒方 便，不易污染，其應用較超濾普遍卜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 酵劑的活菌含量下降而影響產品質量。鑒于此，本文選擇易于分離細胞的乳酸菌常 用液體MRS培養基為離心基質，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，以期為工業化大規模離心分離培養液中的乳酸菌，并研

15、制開發高 效濃縮型直投式乳酸菌發酵劑提供科學依據。各種類型的沉降離心機在食品工業中的應用占主導地位例如，可用于牛奶澄 清與穩定化處理、食油精制、干酪及酸奶酪的生產、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的情況， 逐漸在增多。【參考文獻】陳希孺.數理統計學小史J.數理統計與管理，1998.張楚廷.數學方法論M.長沙：湖南科學技術出版社，1989.Ian Hacking.The Emergence of ProbabilityM.Cambridge Uni-versityPress，2001.1.莫里斯克萊因.古今數學思想(第二冊)M.上海：上海科學技術出版社，2002.柳延延.現代科學方法的兩個源頭J,自然科學史研究，1996.張蘭威，鄂志強，萬海峰，等.乳酸菌增菌培養基的篩選及干燥保護劑的選擇田.中國 乳品工業，2000(2):7 9.梁勇，杜敏，南慶賢，等.濃縮型乳酸菌發酵劑的制備J.中國乳品工業，1995(2):132 133.喬發東，吳秀芳，南慶賢，等.濃縮乳酸菌發酵劑的現狀Jl .中國乳品工業，1998(1):22 一 23.賈士杰，生慶海.發酵乳及新型發酵劑的研究概述J.中國奶牛，2000(3):45 48.高松柏，娜日斯，謝小燕，等高效嗜酸菌發酵劑制備和嗜酸菌奶粉