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膜分離技術在食品工業中的應用

發表時間:2019-01-24

膜技術是用天然或人工合成的高分子薄膜以外界能量位差 (如壓力差、 濃度差、 電位差、 溫度差等) 為推動力,在實際工作過程中, 把雙組份或多組份的溶質和溶劑實施有效分離,在分離的基礎上實現對其分級提純, 最後達到相關溶質或溶劑的富集。

    應用中的膜分離技術, 是把選擇性透過膜作為分離介質,在膜的兩側産生一定的推動力時, 通過原料側組分選擇性的透過膜, 就可以達到分離提純的目的。 

    膜分離技術具備以下特點: 選擇性強, 是一種高效的分離過程; 分離過程中不發生相變化, 耗能低, 故又稱省能技術; 在使用過程中不需要加熱, 也不用進行相關的化學反應; 應用範圍較廣, 對于有機物、 無機物、溶液等都适用; 操作簡單, 使用成本低。

    一、膜分離技術概述

    常用的膜分離方法主要有微濾、 超濾、 反滲透、 納濾、電滲析、 氣體分離和滲透蒸發等。表 1 是幾種主要的膜分離過程及其傳遞機理、 推動力、 透過物、 膜類型的比較。

    二、膜分離技術在食品工業中的應用

    進入 21 世紀以後, 我國食品工業飛速發展, 伴随着我國經濟的發展, 國家提出可持續發展戰略, 建立環境友好型社會。由于其能耗低、 無污染以及具有防止雜菌污染和熱敏性物質失活等優點, 膜分離技術已廣泛應用于食品工業的各個領域, 并已經取得了一定的進展, 具有良好的發展前景。

    1、 膜分離技術在飲料工業中的應用

    1) 在果蔬汁生産中的應用 

    傳統的果蔬汁加工工藝, 不僅損害風味和營養, 而且能耗與生産成本較高。 超濾和反滲透等膜分離技術的日益發展增加了果蔬汁等飲料的生産中保持其原有風味以及營養物質的可行性。

    2)超濾在果蔬汁生産中的應用

    果蔬汁脫苦。E. Hernandez 等研究了利用超濾和二乙烯基聚苯乙烯樹脂吸附的聯合過程, 對葡萄柚汁進行脫苦, 結果發現, 由于超濾過程除去了一些苦味前體物質和易被樹脂吸附的大分子物質及懸浮小顆粒, 樹脂的使用壽命和脫苦效率明顯改善,柚皮苷和檸檬堿可被完全除去,明顯提高了果汁的風味。

    果汁澄清。 運用超濾技術能夠制出穩定的蘋果澄清汁, 除去易引起蘋果汁發生渾濁沉澱的大分子物質, 解決連續化作業的難題, 确保了色值、 透光率等技術指标的持久穩定, 對濃縮青蘋果汁出口非常有利。

    2、膜分離技術在濃縮果汁中的應用 

    濃縮是果汁加工中的最主要工序,傳統的果汁濃縮多采用蒸發技術, 在高溫下果汁中的熱敏性物質以及營養物質容易受到高溫損害, 因此采用膜分離技術進行果汁的濃縮, 最常用的就是反滲透技術。這項技術已經成功地用于蘋果、 梨、 柑橘、菠蘿、 葡萄、 番茄、 西番蓮等果蔬汁的濃縮。分滲透技術在濃縮果汁時适用于相對分子質量小于 500 的低分子無機物或有機物水溶液的分離。操作壓力為 0.1~10MPa, 較易控制。

    3、膜分離技術在飲料業中的水處理中的應用 

    飲料的主要成分是水,水質量的好壞決定着飲料質量的好壞。而通過使用膜分離技術,能夠有效分離水中的其他雜質,大大提高水的質量, 進而保證飲料的質量。

    4、膜分離技術在油脂加工中的應用 

    從油脂加工技術的發展來看, 上世紀八九十年代, 一些大型的先進油脂企業才開始運用膜分離技術,現在已在大豆蛋白提取、 菜籽蛋白提取和脫毒、 油脂精煉等方面取得了一些可喜的研究成果。 應用于混合油預分離、 尾氣回收、 油脂副産品的深加工等方面也引起了研究機構和生産廠家的重視。

    1)在脫酸、 脫色中的應用。

    傳統的脫酸工藝是物理精煉和化學精煉, 即通過向油脂中加堿中和其中的遊離脂肪酸, 或者通過蒸餾将遊離脂肪酸脫除的方法進行油脂的脫酸工藝。 脫色為利用活性白土的吸附作用将油脂中的色素脫除以達到脫色的目的。 使用超濾技術可以将油脂的脫酸和脫色工藝合二為一,省去了傳統工藝中的許多工序, 使得油率大為提高, 還可降低脫色的白土用量和處理廢白土費用, 及減少脫色白土所吸收中性油脂的損失。

    2)在油脂副産品加工中的應用。

    磷脂的制備: 膜分離技術從植物油中直接制備磷脂不僅可省去精煉工藝中脫膠工序, 而且可以省去投資較大的旋轉薄膜蒸發器。

    5、膜分離技術在葡萄酒釀造中的應用 

    膜過濾在葡萄酒生産行業中應用廣泛, 是必不可少的操作單元。通過超濾法分離葡萄的沉降物,不僅能夠起到除菌抑菌的效果, 還可以提升葡萄酒的品質, 使其變得更加清澈, 增加良好的口感。

    使用超濾膜除酒石與死端過濾, 其中用矽藻土作為介質, 通過對比研究, 發現除酒石對葡萄酒中單甯色度的分離功效, 要比矽藻土過濾更好, 對于微生物的過濾來說, 除酒石也具有非常優秀的效果。 從總體上來說, 通過使用超濾膜處理技術, 能夠有效提升葡萄酒的質量, 對于其香氣的保留有着非常好的效果, 在減少葡萄酒在處理過程中損失程度的同時, 提高了成品酒産量。

    6、膜分離技術在酶制劑濃縮中的應用 

    傳統蒸發濃縮能耗高, 熱相變過程生物酶易褐變活, 超濾則能很好地解決這些問題, 目前已在澱粉酶、 糖化酶、 蛋白酶等酶制劑的生産中得到應用。 如使用闆框式膜組件進行發酵液中真菌蛋白酶濃縮,經 20h 循環操作,可使 300L 料液濃縮至10L, 酶的回收率為 96%。

    三、結語

    通過上述的論述可以知道, 膜分離技術在很多領域的應用有着一定的優勢, 但是膜分離技術還存在一定程度的局限性, 例如, 膜成本比較高, 而且這些選擇性透過膜一般都是化學材料制成, 較難降解, 可能會對環境造成污染等。但是随着科技的不斷進步,我們一定能克服這些缺點, 實現膜分離技術在食品工業中的更廣泛的應用。

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