濃縮是食品工業中的重要操作，從溶液中去除部分溶劑，溶質與溶劑部分分離的過程，最終獲得濃度更高的溶液。當前市場上較為常見的有反滲透、蒸發、冷凍濃縮三種方法。將濃縮過程中體系處於熱力學不平衡狀態的濃縮稱為非平衡濃縮（Unbalanced concentration）。
基本介紹
- 中文名：非平衡濃縮
- 外文名：Unbalanced concentration
- 特點：濃縮時熱力學不平衡
- 例子：膜濃縮
- 平衡濃縮：蒸發濃縮
- 非平衡結構：冰晶
非平衡濃縮,冰晶的非平衡結構,
非平衡濃縮
濃縮是食品工業中的重要操作，從溶液中去除部分溶劑，溶質與溶劑部分分離的過程，最終獲得濃度更高的溶液。當前市場上較為常見的有反滲透、蒸發、冷凍濃縮三種方法。將濃縮過程中體系處於熱力學不平衡狀態的濃縮稱為非平衡濃縮（Unbalancedconcentration）。
反滲透濃縮是常溫、高壓下操作，沒有相變耗能的低能耗處理方法，在已開發國家食品加工業中目前已有套用。膜濃縮是利用一種半透膜，膜一側溶液中的溶劑通過半透膜至另一側，使溶液得到濃縮。由於膜一側的溶劑與另一側的溶液不相接觸，因而也不相平衡，所以屬於非加熱非平衡濃縮。但從套用情況來看,反滲透濃縮法在處理富含蛋白質、糖類、果膠等成分的食品物料時，存在終點濃縮低、周期運行短、操作成本高、難以分離低分子成分等問題。
蒸發濃縮法是發展最為完善、套用最為廣泛的一種濃縮方法。是屬於加熱平衡濃縮，其加工過程中的濃縮工序採用的是加熱、升溫蒸發方式，易造成熱敏性成分變性、揮發性成分損失，並失去原有風味和營養成分破壞，現已部分被非加熱的濃縮方法所取代。
冷凍濃縮是將水溶液中的部分水分以凍的形式析出，然後將生成的冰從液相中分離出來，而液體得到濃縮的方法。採用冷凍濃縮方法，最終濃溶液的濃度是有限的，它不超過溶液的低共熔濃度。
冰晶的非平衡結構
冰晶是一種凝固組織。同時，冰晶也是非平衡組織結構，它是一個涉及到熱量、質量和動量傳輸以及界面動力學和毛細作用效應相耦合的自由邊界問題。試圖完整地處理包括所有這些過程的凝固形態問題，將會遇到數學上的巨大困難。在深過冷熔體中，凝固過程遠遠偏離平衡。強烈的非線性使已有的理論模型不再適用。數值模擬方法能有效克服數學解析和實驗研究的困難，也克服了實驗研究因缺乏更為直接有效的方法帶來的問題。因此，對冷凍濃縮過程的冰晶生長過程進行數值模擬，不僅具有工程套用前景，而且具有重要的理論價值。
