结晶分离技术及其在食品工业中的应用

食品质量与安全0902班 李洁彤

摘  要：结晶（沉淀）分离技术是化工生产中从溶液中分离化学固体物质的一种单元操作，由于晶体外观较好，并易为消费者所接受，所以一般食品生产中常以结晶作为最后一步的精制操作。

关键词：结晶分离；食品工业

1 前言

结晶是指从均匀相中形成固体颗粒的过程，包括由蒸气转变成固体，液体熔化物的凝固和液体的结晶析出等过程。一般食品工业中的结晶过程有：从水溶液中结晶以获得固体产品；从稀溶液中由水的冻结以浓缩溶质，即冷冻浓缩；再就是控制结晶操作以获得某些流变学特性。

2 生产结晶的方法

2.1将溶液蒸发浓缩使溶液达到饱和而结晶

常用于溶解度变化不大的物质。例如盐田晒盐（氯化钠）。将海水或盐卤引入盐田，经风吹、日晒使水分蒸发、浓缩而结晶出食盐。“天工开物”中就记载了我们的祖先采取此法生产食盐的事实。

2.2冷冻结晶法

使溶液冷却（冷冻）而达到饱和产生结晶。此法用于溶解度随温度下降而减少的物质，例如：硝酸铵、硝酸钾、氯化铵、磷酸钠、芒硝等，这些物质的溶解度温度系数变化很大，当温度下降后，这些物质的溶解度下降，形成了过饱和溶液，处于热力学不稳定状态，溶质就会自溶液中结晶析出,化学物质特别适合于用冷冻结晶法分离之。

2.3盐析法

此法主要是利用共同离子效应，降低被分离物质的溶解度而使其结晶析出。例如：侯德榜法生产纯碱工艺中需要分离氯化铵就采用了此法。氯化钠和氯化铵的溶解度，当溶液温度＜10 ℃后，氯化铵的溶解度低于氯化钠，此时可往溶液中添加磨细的氯化钠粉末，固体氯化钠溶解后提供了大量的氯离子使氯化铵的溶解度大大降低而析出。氯化钠溶解是一种吸热反应（1.2大卡/摩尔），氯化钠溶解使溶液温度进一步下降，氯化铵进一步析出。此操作既分离出副产物氯化铵又向溶液中引进了下一步工序所需的钠离子，是冷冻结晶和盐析结晶分离技术巧妙结合应用的杰作。　　

2.4分步结晶法

此法适用于某些相似盐溶解度上的差异的情况。由于这种差异，混合物盐类在固相和溶液相间分配时，溶解度小的组分便富集于固相，溶解度大的便留于液相中，该法广泛的用于多种物质的结晶分离。例如，稀土元素复盐的分离，此法也可用来除去杂质成分。分步结晶过程通常采用蒸发结晶或冷冻（冷却）结晶。经过分步作业，会使一些难溶组分和易溶组份分别富集于流程的首尾部分，成纯度较高的产品。原子能工业中需要含铪低于0.01%的锆，就是采用氟络合物的分步结晶法制得的，该法的优点是操作简单，不消耗试剂，其缺点是难于实现连续化生产。 

2.5化学反应结晶

这是工业上常用的方法，铀水冶工艺中沉淀（结晶）铀浓缩物就是一种典型的化学反应结晶过程。溶液的过饱和度、搅拌速度、溶剂性质、溶液组成和PH值都是直接或间接影响结晶的因素。结晶过程的影响因素很多，当过程条件是最优时，实现工业化生产的关键是设计一个优秀的反应设备。结晶设备可按建立过饱和方法的不同划分为冷却式结晶器，蒸发式结晶器和蒸发冷却式结晶器三大类。每一大类又可按其内部的循环，搅拌及分级等装置加以细分。如冷却式结晶器又可分为自然循环冷却式结晶器和强制循环冷却式结晶器。后者又可分为利用搅拌器，利用旋转刮板和利用强制循环泵三种。

3食品中的应用举例

3.1香料生产中的应用

作为绿色环保高效的分离提纯手段,结晶技术已在香料生产中得到了广泛应用,尤其在香料生产中溶液结晶技术、熔融结晶技术、精馏熔融结晶耦合技术、反应结晶技术以及升华结晶技术应用研究与开发进展迅速。此外,萃取结晶法,磁处理结晶法、喷射结晶法、物理场辅助结晶法、加入添加剂法等逐渐被应用于香料的结晶分离过程,以提高分离提纯效率,改善产品晶体形态。

3.2葡萄糖快速结晶法

 葡萄糖和食盐在一定条件下能生成共晶体(C6H12O6)2NaC1·H2O，这种共晶体很容易从母液中分离出来，利用这一特性可使葡萄糖快速结晶。生产工艺在葡萄糖溶液中加入16.24％的食盐。此时食盐成了葡萄糖结晶的晶核，使葡萄糖能加速结晶出来；其结晶速度较用葡萄糖结晶体作为晶核时快。经过6～8小时食盐与葡萄糖便以不同形状的共晶体结晶出来。分离出共晶体，并加入一定量的水，使共晶体与水混合。在低于 28.5℃时，葡萄糖成结晶体析出，经干燥后，即得成品，而食盐则留在溶液中。经分离葡萄糖后的母液，经蒸浓并保持温度90℃以上，则食盐结晶析出（在此温度下，葡萄糖不会结晶，而成溶液状态）。回收的食盐，可重复使用。用这种方法葡萄糖的结晶率可达95％

4.结语

 许多发达国家对结晶技术的研究和应用正在出现从制药向食品，特别是功能食品发展的趋势。21世纪人类的食品，依托于现代科技的迅猛发展，将会发生重大变化。这些食品大都是固体食品，如广泛应用新型工业结晶技术，就可满足食品在功能、纯度、质量及高效、节能、环保等多方面要求。

参考文献

黄昌海《北京科普之窗》

         高福成主编《食品分离重组工程技术》北京：中国轻工业出版社

         王海主编《食品工程原理及应用》 北京；机械工业出版社

         毛忠贵主编《生物工业下游技术》 北京：机械工业出版社