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膜分离技术在食品工业中的应用

发表时间:2019-01-24

膜技术是用天然或人工合成的高分子薄膜以外界能量位差 (如压力差、 浓度差、 电位差、 温度差等) 为推动力,在实际工作过程中, 把双组份或多组份的溶质和溶剂实施有效分离,在分离的基础上实现对其分级提纯, 最后达到相关溶质或溶剂的富集。

    应用中的膜分离技术, 是把选择性透过膜作为分离介质,在膜的两侧产生一定的推动力时, 通过原料侧组分选择性的透过膜, 就可以达到分离提纯的目的。 

    膜分离技术具备以下特点: 选择性强, 是一种高效的分离过程; 分离过程中不发生相变化, 耗能低, 故又称省能技术; 在使用过程中不需要加热, 也不用进行相关的化学反应; 应用范围较广, 对于有机物、 无机物、溶液等都适用; 操作简单, 使用成本低。

    一、膜分离技术概述

    常用的膜分离方法主要有微滤、 超滤、 反渗透、 纳滤、电渗析、 气体分离和渗透蒸发等。表 1 是几种主要的膜分离过程及其传递机理、 推动力、 透过物、 膜类型的比较。

    二、膜分离技术在食品工业中的应用

    进入 21 世纪以后, 我国食品工业飞速发展, 伴随着我国经济的发展, 国家提出可持续发展战略, 建立环境友好型社会。由于其能耗低、 无污染以及具有防止杂菌污染和热敏性物质失活等优点, 膜分离技术已广泛应用于食品工业的各个领域, 并已经取得了一定的进展, 具有良好的发展前景。

    1、 膜分离技术在饮料工业中的应用

    1) 在果蔬汁生产中的应用 

    传统的果蔬汁加工工艺, 不仅损害风味和营养, 而且能耗与生产成本较高。 超滤和反渗透等膜分离技术的日益发展增加了果蔬汁等饮料的生产中保持其原有风味以及营养物质的可行性。

    2)超滤在果蔬汁生产中的应用

    果蔬汁脱苦。E. Hernandez 等研究了利用超滤和二乙烯基聚苯乙烯树脂吸附的联合过程, 对葡萄柚汁进行脱苦, 结果发现, 由于超滤过程除去了一些苦味前体物质和易被树脂吸附的大分子物质及悬浮小颗粒, 树脂的使用寿命和脱苦效率明显改善,柚皮苷和柠檬碱可被完全除去,明显提高了果汁的风味。

    果汁澄清。 运用超滤技术能够制出稳定的苹果澄清汁, 除去易引起苹果汁发生浑浊沉淀的大分子物质, 解决连续化作业的难题, 确保了色值、 透光率等技术指标的持久稳定, 对浓缩青苹果汁出口非常有利。

    2、膜分离技术在浓缩果汁中的应用 

    浓缩是果汁加工中的最主要工序,传统的果汁浓缩多采用蒸发技术, 在高温下果汁中的热敏性物质以及营养物质容易受到高温损害, 因此采用膜分离技术进行果汁的浓缩, 最常用的就是反渗透技术。这项技术已经成功地用于苹果、 梨、 柑橘、菠萝、 葡萄、 番茄、 西番莲等果蔬汁的浓缩。分渗透技术在浓缩果汁时适用于相对分子质量小于 500 的低分子无机物或有机物水溶液的分离。操作压力为 0.1~10MPa, 较易控制。

    3、膜分离技术在饮料业中的水处理中的应用 

    饮料的主要成分是水,水质量的好坏决定着饮料质量的好坏。而通过使用膜分离技术,能够有效分离水中的其他杂质,大大提高水的质量, 进而保证饮料的质量。

    4、膜分离技术在油脂加工中的应用 

    从油脂加工技术的发展来看, 上世纪八九十年代, 一些大型的先进油脂企业才开始运用膜分离技术,现在已在大豆蛋白提取、 菜籽蛋白提取和脱毒、 油脂精炼等方面取得了一些可喜的研究成果。 应用于混合油预分离、 尾气回收、 油脂副产品的深加工等方面也引起了研究机构和生产厂家的重视。

    1)在脱酸、 脱色中的应用。

    传统的脱酸工艺是物理精炼和化学精炼, 即通过向油脂中加碱中和其中的游离脂肪酸, 或者通过蒸馏将游离脂肪酸脱除的方法进行油脂的脱酸工艺。 脱色为利用活性白土的吸附作用将油脂中的色素脱除以达到脱色的目的。 使用超滤技术可以将油脂的脱酸和脱色工艺合二为一,省去了传统工艺中的许多工序, 使得油率大为提高, 还可降低脱色的白土用量和处理废白土费用, 及减少脱色白土所吸收中性油脂的损失。

    2)在油脂副产品加工中的应用。

    磷脂的制备: 膜分离技术从植物油中直接制备磷脂不仅可省去精炼工艺中脱胶工序, 而且可以省去投资较大的旋转薄膜蒸发器。

    5、膜分离技术在葡萄酒酿造中的应用 

    膜过滤在葡萄酒生产行业中应用广泛, 是必不可少的操作单元。通过超滤法分离葡萄的沉降物,不仅能够起到除菌抑菌的效果, 还可以提升葡萄酒的品质, 使其变得更加清澈, 增加良好的口感。

    使用超滤膜除酒石与死端过滤, 其中用硅藻土作为介质, 通过对比研究, 发现除酒石对葡萄酒中单宁色度的分离功效, 要比硅藻土过滤更好, 对于微生物的过滤来说, 除酒石也具有非常优秀的效果。 从总体上来说, 通过使用超滤膜处理技术, 能够有效提升葡萄酒的质量, 对于其香气的保留有着非常好的效果, 在减少葡萄酒在处理过程中损失程度的同时, 提高了成品酒产量。

    6、膜分离技术在酶制剂浓缩中的应用 

    传统蒸发浓缩能耗高, 热相变过程生物酶易褐变活, 超滤则能很好地解决这些问题, 目前已在淀粉酶、 糖化酶、 蛋白酶等酶制剂的生产中得到应用。 如使用板框式膜组件进行发酵液中真菌蛋白酶浓缩,经 20h 循环操作,可使 300L 料液浓缩至10L, 酶的回收率为 96%。

    三、结语

    通过上述的论述可以知道, 膜分离技术在很多领域的应用有着一定的优势, 但是膜分离技术还存在一定程度的局限性, 例如, 膜成本比较高, 而且这些选择性透过膜一般都是化学材料制成, 较难降解, 可能会对环境造成污染等。但是随着科技的不断进步,我们一定能克服这些缺点, 实现膜分离技术在食品工业中的更广泛的应用。

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