浓缩是从溶液中除去部分溶剂的操作过程，是溶质和溶剂部分分离的过程。浓缩过程中，
水分在物料内部是借对流扩散作用从液相内部到达液相表面而后除去。最终水分含量约达30
％，一般为稳定状态的过程。而干燥过程中，水分在物料内部最终必将借分子扩散作用从固
相中除去，且一般为不稳定状态的过程。
一、食品浓缩原理
浓缩技术从原理上说可分为平衡浓缩和非平衡浓缩两种物理方法。
(一)平衡浓缩
平衡浓缩是指利用两相分配上的某种差异而获得溶质和溶剂分离的方法， 如冷冻浓
缩和蒸发浓缩。冷冻浓缩是利用稀溶液与固态溶剂在凝固点下的平衡关系，即利用合适
的固液平衡条件，使溶剂(水)以冰的形式从溶液中结晶析出，并将其从液相中分离出去
而使溶液浓缩。蒸发浓缩是利用溶质和溶剂挥发度的差异，用加入热能的方法使溶剂汽
化，而溶质则为非挥发性的，从而获得一个有利的气液平衡条件，达到分离目的。冷冻
浓缩和蒸发浓缩两相都是直接接触的，故称为平衡浓缩。
(二)非平衡浓缩
非平衡浓缩是利用半透膜来分离溶质和溶剂的过程，两相用膜隔开，在不同的推动
力作用下，有选择性地使某些分子通过，使溶液中不同溶质和成分分离，故也称为膜分
离。分离不是靠两相直接接触而进行的，故属于非平衡浓缩。
二、蒸发浓缩
蒸发是利用溶质和溶剂之间挥发性的差异，当溶液中溶质的挥发性较小，而溶剂具
有较明显的挥发性时，采用加热的方法使溶剂汽化，从而使溶液浓缩。
(一)特点
料液的性质对蒸发有很大影响，特别是食品多属生物系统的物料，比一般化TAN到的物
料更为复杂多变。食品物料的蒸发浓缩具有如下几方面特点。
1.热敏性生物系统的物料多由蛋白质、脂肪、糖类、维生素以及其他许多色、香、味成
分所组成。这些物质在高温下或长期受热时要受到破坏、变性、氧化等作用。所以许多食品
的蒸发要严格考虑加热温度和加热时间。加热温度和加热时问是不可分割的。“低温短时”
主要是尽可能保证食品品质，而“高温短时”则主要为了提高生产效率。
2.结垢性蛋白质、糖和果胶等受热过度会产生变性、焦化和结块等现象。因为传热面附
近的物料温度最高，所以较容易发生。结垢形成后，将严重影响传热速率，甚至产生安全性
问题。解决结垢问题的积极措施是提高液速，经验证明，提高液速可显著减轻污垢的形成。
另外，可采用电磁防垢、化学防垢等方法，对不可避免的结垢问题，必须有定期的严格清理
措施。
3.粘稠性许多食品因含有丰富的蛋白质、糖分、果胶等成分，其粘稠性较高，蒸发过程
中，溶液的粘稠性随浓度而增加，流动性下降，严重妨碍了加热面的热传导。因此，对于粘
性制品的蒸发一般采用由外力强制的循环或搅拌措施。
4.泡沫性含蛋白质较多的食品物料有较大的表面张力，蒸发沸腾时泡沫较多，且较稳定，
容易使料液随蒸气进入冷凝器，造成料液流失。泡沫形成与界面张力有关。界面张力发生在
蒸汽、过热液体和悬浮固体之间，固体在形成泡沫时起核心作用。一般可使用表面活性剂以
控制泡沫的形成，也可用各种机械装置以消除泡沫。
5.腐蚀性一些酸性食品如蔬菜汁、果汁，在蒸发浓缩时容易发生蒸发器的腐蚀。对于食
品，即使是轻度的腐蚀所引起的污染也往往使产品不合格。因此，用于酸性食品的蒸发器需
要选用耐腐蚀且导热性好的材料， 在结构设计上采用方便更换的型式。 如枸椽酸液的浓缩可
采用不透性石墨加热管或耐酸搪瓷夹层蒸发器等。
6.易挥发成分不少液体食品含有芳香成分和风味成分，其挥发性比水大。料液蒸发时，
这些成分将随同蒸气一起逸出， 影响浓缩制品的质量。低温浓缩虽然可减少香味成分的损失，
但更完善的方法是采取回收措施，回收后再掺入制品中。
(二)单效蒸发与多效蒸发
蒸发过程的二次蒸气直接冷凝不再利用的称为单效蒸发； 若干个蒸发器串联起来，将前
一个蒸发器产生的二次蒸气引入后一个蒸发器的加热室作为热源， 就称为多效蒸发。蒸发可
在常压、真空或加压下进行。在食品工业中多采用真空蒸发。常压蒸发采用开放式设备，真
空或加压蒸发采用密闭设备。
单效真空蒸发最大优点是容易操作控制， 可依据物料的粘稠性、热敏性等控制蒸发温度
和速率。但是，单效蒸发的物料在蒸发器内停留时间长，容易导致热敏性成分的破坏，且物
料在不断浓缩，其沸点也随浓度的提高而提高，粘稠度不断变化，需要合理选择和控制蒸发
温度。另外，液层静压效应可导致液层下局部沸腾温度高于液面上的沸腾温度，同时因料液
粘稠度不断增大，料液湍动小，更加增大温差，引起局部结垢、焦化，严重影响热传递。事
实上，多效蒸发能量利用率的提高是有代价的。将双效与单效做比较，如果单效设备的传热
面积与双效每效.的面积相同时，由于单效的传热温差是双效传热温差的一倍，故单效蒸发
的传热量， 等于双效中每效的传热量之和。从而单效的蒸发量就大致等于双效的全部蒸发量。
因此，尽管多效蒸发具有热能利用的经济性，但是在给定的总操作条件下，与单效比较，生
产能力并没有提高。
三、冷冻浓缩
(一)原理和缺点
冷冻浓缩是利用冰与水溶液之间固液相平衡原理的一种浓缩方法， 即将溶液的部分溶剂
以冰的形式析出，并将其从液相中分离出去从而使料液浓缩。采用冷冻浓缩方法，对溶液的
浓度有一定的要求。 当溶液中溶质浓度超过低共熔点浓度时，冷冻的结果表现为溶质转化成
晶体析出，表现为结晶。这样不仅不会提高溶液中溶质的浓度，反而会降低溶质的浓度。而
当溶液中溶质浓度低于低共熔点时， 其冷却结果则表现为溶剂(水分)成晶体(冰晶)析出。随
着溶剂成晶体析出的同时，余下溶液中的溶质浓度也就提高了，此即冷冻浓缩的基本原理。
由此可见，冷冻浓缩的操作包括两个步骤，首先是部分水分从水溶液中结晶析出，而后将冰
晶与浓缩液加以分离。结晶和分离两步操作可在同一设备中或在不同设备中进行。
冷冻浓缩方法比较适用于对热敏性物料、生物制药、中草药及对色、香、味均有较高要
求的饮料等的浓缩，因为冷冻浓缩过程中，溶液中水分的排除是靠溶液到冰晶的相际传递，
避免了加热蒸发， 从而减少了挥发性物质和易变性物质的损失。为了更好地使操作中形成的
冰晶不混有溶质，分离时又不致使冰晶夹带溶质，防止造成过多的溶质损失，结晶操作时应
尽量避免局部过冷，分离操作也要很好地加以控制。冷冻浓缩具有独特的优越性，对于含挥
发性芳香物质的食品采用冷冻浓缩，其制品品质将优于蒸发浓缩和膜浓缩法。
冷冻浓缩也存在不可避免的缺点，主要包括：
1.冷冻浓缩方法受溶液浓度的限制，而且冰晶与浓缩液可能分离的程度也影响浓缩的效
果。一般而言，溶液粘度愈高，分离就愈困难。
2.冷冻加工过程中， 细菌和酶的活性得不到抑制， 所以制品还必须再经热处理或加以冷
冻保藏。
3.冷冻过程中会造成不可避免的溶质损失且成本高。
(二)冷冻浓缩中的结晶过程
冷冻浓缩中的结晶为溶剂的结晶。 同常规的溶质结晶操作一样，被浓缩的溶液中的水分
也是利用冷却除去结晶热的方法使其结晶析出。冷冻浓缩的结晶过程可在多种设备中进行，
包括管式、板式、搅拌夹套式等热交换器以及真空结晶器，内冷转鼓式结晶器、带式冷却结
晶器等设备。
工业结晶操作中， 最终晶体数量和粒度可利用结晶操作的条件来控制。 一般缓慢冷却时
产生数量少的大晶体，快速冷却则产生数量多的小晶体。食品工业上，冷冻浓缩过程的结晶
方式有两种。一种是发生在搅拌的冰晶悬浮液中，称为悬浮冻结。另一种是在管式、板式、
转鼓式以及带式设备中进行的，称为层状冻结。这两种结晶形式在晶体成上有显著的差别。
四、膜浓缩
膜浓缩是一种使用半透膜的浓缩方法。 如果半透膜只允许溶剂的通过，把溶质截留下来，
使溶液获得浓缩，此过程称为膜浓缩。
膜浓缩不涉及加热， 故特别适合热敏。 晖食品成分的浓缩。与蒸发浓缩和冷冻浓缩相比，
膜浓缩不存在相变，耗能少，操作经济，且易连续进行操作。膜浓缩在咖啡、果汁、乳清蛋
白等食品的浓缩中已经得到成功的应用。
(一)种类及原理
l.微滤(MF)利用孔径0.02～lOμm的多孔膜来过滤含有微粒的溶液，从而将微粒分离的
过程。操作压强为0.1～0.5MPa，可用以分离淀粉粒子、细菌等。
2.超滤(UF)利用孔径1.0～20.Onm的半透膜来过滤含有大分子或微细粒子的溶液，使大
分子或微细粒子从溶液中分离的过程。超滤的推动力是压力差，在溶液侧加压，使溶剂透过
膜而使溶液得到浓缩。而超滤对大分子的截留作用是利用了筛分原理，其操作压强为0.2～
1.OMPa，可截留相对分子质量为1000～1000000的大分子。主要用于大分子物质的分离。膜
上的表面活性层上孔的大小和形状决定截留效果。 除了筛分作用，粒子在膜表面微孔内的吸
附和在膜孔中的阻塞也使大分子被截留。
3.反渗透是通过对溶液施加压力， 克服溶液的渗透压，从而使溶剂通过半透膜而使溶液
浓缩。主要用于海水淡化。
4.电渗析电渗析与超滤、 反渗透有其共性的一面， 都是利用半透膜使溶液中溶质和溶剂
获得分离的操作。但是，它们之间也有区别，电渗析是在外电场的作用下，利用一种特殊的
膜(称为离子交换膜)对离子具有不同的选择透过性而使溶液中的阴、阳离子与其溶剂分离。
溶液导电是靠溶液中离子的迁移，离子浓度越高，溶液的导电性越强。电渗析就是利用含离
子的溶液在通电时发生离子迁移这一特点而进行的。 电渗析操作在工业上作为一项分离、 浓
缩、 提纯和回收工艺的新技术， 广泛应用于海水淡化， 给水软化脱盐，工业用水的纯化处理。
在食品工业上的应用，目前主要也集中在工业用水的纯化处理。
(二)膜的分类
1.超滤膜与反渗透膜在反渗透和超滤应用中， 半透膜起着关键的作用。 适用于食品加工
的半透膜必须具有一定的要求， 如能够在长期高流量操作下始终保持必要的分离能力； 能够
进行有效的卫生清洗和消毒；具有较长的使用寿命等。
乙酸纤维素膜是较常用的反渗透膜， 有一层由致密聚合物做成的超薄表层， 此层支持在
下面的支撑层上，支撑层由较厚的微孔聚合物制成。由于表层水力渗透性小于支撑层，且支
撑层不具有脱除作用的能力， 所以起作用的只是极薄而均匀的乙酸纤维素膜， 支撑层的作用
只是作为表层的支持基础，防止操作时压力过大而使表层破坏。
超滤膜要求没有反渗透膜高， 超滤膜的传递特性主要靠膜的物理结构，且在很大程度上
不依靠膜的化学结构，所以用材范围广。超滤膜与反渗透膜相反，具有极高的水力渗透性，
受压很少超过8个大气压。超滤膜的材料必须具有刚性，在使用温度下不产生蠕变现象；不
能有明显为水所软化的塑性化现象； 在水溶液中对水解和氧化不敏感。多用热塑性塑料制造
超滤膜，如聚丙烯、聚氯乙烯等。
2.离子交换膜离子交换膜是电渗析过程中使用的具有离子交换性能的高分子材料制成
的薄膜。它对阴、阳离子具有选择性透过的作用，其主要因为膜的空隙度和膜中能解离的离
子基团不同。离子交换膜按其选择性可分阳离子交换膜、阴离子交换膜和两性离子交换膜。
凡是在高分子链上连接的是酸性活性基团的膜就是阳离子交换膜， 能让阳离子透过； 连接的
是碱性活性基团的就是阴离子交换膜， 能让阴离子透过。两性离子交换膜则是一种具有阳离
子和阴离子交换剂，并使之混合而制成用物理方法不能区分的膜。
在水溶液中， 膜上的活性基团会解离到溶液中， 从而在膜上产生了带一定电荷的固定基
团。在阳离子交换膜上留下的是带负电荷的基团，构成负电场，外加直流电场时，溶液中的
阳离子会向阳离子交换膜方向移动，并通过微孔进入膜的另一侧；相反，因为阴离子交换膜
上留下的是带正电荷的基团，构成正电场，从而对溶液中的阴离子进行选择性透过。对离子
交换膜的要求应具有较好的离子选择透过性，膜电阻宜低，应具有足够的化学稳定性、较好
的机械强度和适当的厚度，须具有适当的孔隙度，一般要求空隙度为0.5～1.0μm。
(三)膜浓缩在食品工业中的应用
1.膜分离在乳品工业中的应用利用膜分离对食品组分进行浓缩与提纯能够保留食品原
有的风味物质，再加上膜分离过程无相变，无需加热，能耗低，物料在通过膜的迁移过程中
无性质改变等特点，目前已广泛应用于乳品工业生产中。
传统奶酪生产是将凝乳酶或发酵剂加入原料乳中， 然后进行混合和凝固，使牛乳发生沉
淀而分离出奶酪。 此过程中会有25％的乳清蛋白、几乎全部的乳糖及大多数的维生素与矿物
质存在于排放的乳清中。多年来，人们一直把乳清作为饲料或排人下水道，不但造成了很大
的浪费， 同时也带来较严重的污水处理负担。 超滤法制备乳清粉可从乳清中分离出低分子的
水、盐和乳糖，改善了浓缩物中蛋白质、乳糖、盐的比例，使乳清粉的质量比采用真空浓缩
和喷雾干燥制得的有较为明显的改善和提高。
2.膜分离在果汁生产中的应用反渗透方法可用于果汁的浓缩， 而超滤主要用于果汁的澄
清。以普通蒸发法浓缩的果汁，在蒸发过程中，原果汁中所含的水溶性芳香物质及维生素等
营养成分几乎全部损失或被破坏。而当采用管式反渗透组件在10MPa的操作压强下处理橘子
或苹果等果汁，可得到固形物损失率小于1％的浓缩果汁(浓度达40％)，其芳香物及维生素
得到了很好的保存。
3.膜浓缩在其他方面的应用在淀粉生产过程中会产生大量的废水， 其中会有许多可利用
的物质，尤其是蛋白质。若直接排放这些废水，一方面是蛋白质资源的损失，另一方面则造
成环境污染，所以可采用膜分离技术进行蛋白质的回收。对酒及含酒精饮料的精制，采用超
滤法能有效去除酒中的酵母菌、杂菌及胶体等，采用反渗透法可去除酒中的小分子沉淀物，
从而改善酒的澄清度，并获得更好的保存性。
