酶製劑是製糖等輕工食品行業中經常用到的重要原料，而在酶製劑的生產過程中，濃縮工序就如食品加工過程的其他工序一樣，具有舉足輕重的作用，影響著酶製劑產品的品質、質量和價位。由於真空濃縮技術通過在真空條件下降低溶劑的沸點，從而實現物料在較低溫度下的快速蒸發，因而成為包括酶製劑等食品加工工業生產中最為常用的一種濃縮技術。
基本介紹
- 中文名：微波真空濃縮
- 外文名：Microwave vacuum concentration
- 效果：物料快速蒸發
- 分類：超濾濃縮、吸收濃縮等
- 作用：食品加工
- 套用：食品生產加工工業
簡介,分類,
簡介
在輕工食品以及其他工業產品（例如酶製劑）的生產過程中，往往需要對物料進行脫水處理，以減少重量和體積，方便運輸，同時也有利於產品的保存。根據物料脫水前後的含水量，一般可以把脫水過程分為濃縮過程和乾燥過程。由於濃縮過程和乾燥過程具有各自不同的規律和特點，在實際套用和工業生產中，往往分開作為兩個獨立的操作單元。乾燥過程是指採用加熱的方法排除物料中水分的過程，要求所得到的最終產品含水量較低，一般可採用對流乾燥、輻射干燥（微波乾燥和紅外乾燥）、傳導乾燥以及噴霧乾燥等方法。濃縮是對含水量較大的物料進行脫水，所得到產品的含水量也較大，可作為乾燥的前處理過程。濃縮過程亦可作為獨立的操作單元，主要實現對目標產品的富集或使溶液體系中某些物質析出。常用的濃縮方法主要包括蒸發濃縮、超濾濃縮、吸收濃縮和冷凍濃縮等。
分類
超濾濃縮
超濾濃縮法是使用一種特製的具有一定均勻孔徑分布的薄膜，對溶液中各種溶質和溶劑分子進行選擇性過濾的方法。當溶液在一定壓力下（外源氮氣或真空泵壓）通過該薄膜時，溶劑和分子尺寸小於膜孔徑的小分子溶質透過，而其他大分子溶質受阻保留於原來溶液中，從而達到濃縮的目的。超濾法適用於生物大分子產品的分離，也適用於酶和蛋白質溶液的濃縮或脫鹽。
雖然超濾在蛋白質及多糖等生物大分子溶液的濃縮中取得了一些進展，但膜污染和膜表面的濃差極化現象仍然是制約超濾技術產業化套用的主要障礙。膜污染是指被處理物料中的微粒、膠體粒子和溶質大分子由於與膜存在物理化學相互作用或機械作用而引起的膜表面或膜孔內吸附、堵塞，使膜產生透過流量與分離特性的不可逆變化的現象。膜污染不僅使濃縮過程的無法順利進行，同時濃縮產物與膜相結合後難以分離回收，造成濃縮產物的損失。此外，在超濾濃縮過程中，在膜表面形成的濃差極化現象也是阻礙其繼續順利進行的一個因素。主體溶液中的溶劑在壓力驅動下透過膜，溶質在膜面被截留，逐漸在膜面區域累積，在膜面附近建立了濃度梯度，使膜面溶質濃度逐漸高於料液主體濃度，形成了溶質濃度從主體溶液向膜面遞增的濃度變化區間。因此，隨著濃縮過程的進行，逐漸在膜表面形成濃差極化邊界層，使膜的流通速率大幅降低。故，超濾濃縮的濃縮倍數也受到限制，一般僅為2-10倍。
吸收濃縮
吸收濃縮法是一種通過吸收劑直接吸收和除去溶液中溶劑分子而使溶液濃縮的方法。使用的吸收劑必須與溶液不發生化學反應，且與生物大分子和發酵產品等溶質也不發生吸收作用，並易與溶液分開。此外，還要求吸收劑除去溶劑後能重複使用。常用的吸收劑有聚乙二醇、聚乙烯吡咯酮、蔗糖和凝膠等。當使用凝膠作為吸收劑時，主要通過凝膠的溶脹作用，使溶劑及小分子物質被吸附到凝膠內，生物大分子等溶質則留在剩餘的溶液中，經過離心或過濾即可除去凝膠顆粒，並可同時起到濃縮及分離純化兩種作用。使用聚乙二醇、聚乙烯吡咯酮以及蔗糖等其他吸收劑時，需先將含生物大分子的溶液裝入透析袋中，外加吸收劑覆蓋，袋裡溶劑滲出即被吸收劑迅速吸去，從而達到濃縮的目的。
吸收濃縮過程對生物大分子結構和生物活性都不會產生影響，是近幾年來微生物工程和生化工程日益廣泛使用的濃縮和分離方法之一。但是，目前吸收濃縮方法主要仍是在實驗室中使用，這是由於聚乙二醇等吸收劑價格昂貴，使其難以在工業化生產中得到經濟性套用。
冷凍濃縮
冷凍濃縮是利用冰與水溶液之間的固液相平衡原理，將水以固態方式從溶液中去除的一種濃縮方法。濃縮過程由於在低溫下操作，因此，揮發性芳香成分和酶、色素等熱敏性成分的損失較小，而其他熱敏性成分（如維生素等）也可以得到很好的保護，而且還可避免操作過程中微生物的繁殖。此外，冷凍濃縮過程還可有效地降低和控制病原微生物數量，避免因蒸餾引起的聚合反應和冷凝反應。還有，含多種溶質的溶液濃縮時，不會造成母液組成的變化，更好地保證了被濃縮物的品質，使香氣更加和諧，故而在輕工食品領域越來越受到重視。
雖然冷凍濃縮對被濃縮物的品質影響較小，但因濃縮過程需要冷凍而使其能耗較明顯增大，故而限制了其在相關工業生產中的推廣套用。冷凍濃縮目前主要套用於一些對產品質量要求高、附加值高的產品之濃縮。此外，由於冷凍過程受到水溶液與冰之間的固液平衡關係的制約，其濃縮倍數也受到限制。
蒸發濃縮
在傳統輕工食品工業生產中，蒸發濃縮技術歷來是溶液濃縮的主要技術，該技術已相當完善，在溶液蒸發並較好保持濃縮物初始特性方面已取得較明顯的成功。為了更好地保持產品的品質和質量，溶液蒸發過程常與真空技術相結合，通過提高真空度來降低濃縮過程的操作溫度，這樣可有效地減少產品中各種有效物質的熱分解，得到高質量的產品。另外，通過對熱能的回收和再利用，還可有效降低運行成本，因而在所有的溶液濃縮技術中，蒸發濃縮是成本最低的。同時，蒸發濃縮技術可以得到高濃度濃縮物，大部分濃縮產品的總固形物含量可達到60%～80%，甚至可以生產總固形物含量高達95%的濃縮產品，在這方面還沒有其他濃縮技術能夠與蒸發濃縮技術競爭。
然而，傳統的蒸發濃縮技術通常以熱水蒸氣作為傳熱介質，由於許多生物活性成分的熱敏性，致使該技術的套用受到了一些限制。再者，為了提高傳熱效率，對蒸發濃縮設備設計時，必須考慮增加傳熱面積，因而傳統蒸發濃縮設備多採用升膜、降膜、刮膜或者板式結構，增加了設備結構的複雜性，也增大了設備的體積。另外，為了提高加熱蒸汽的使用效率，往往採用多效濃縮，這樣將數倍地增加設備的占地面積，同時也增大了設備的投入和運行維護的費用。同時，在工業生產的實際套用中，為獲得熱水蒸汽，需要建造鍋爐房，而燃燒鍋爐需要採用煤等化石燃料，會產生二氧化碳及一些有害氣體的排放，因此，必須對這項技術進行有效改良。
