膜分离技术及其在食品工业中的应用

采用超滤可改善葡萄酒的稳定性 。葡萄酒浑 浊是由不稳定蛋白或在酸性条件下不溶性蛋白所 引起的 。传统的方法是采用硅藻土过滤去除 ,但 是 ,这将损失部分风味物质 ,而超滤不仅可去除这 些蛋白而且可以最大限度地减少口味的损失 。
多酚赋予葡萄酒颜色及微妙复杂的口感 ,过 量的多酚会产生苦涩 。通常加入明胶去除多余的 多酚 ,而且明胶与多酚形成一种多酚 —蛋白复合 物 ,它需要通过过滤将其除掉 。超滤可以降低多 酚的含量但不能将其全部去除 。然而 ,由于多酚 氧化酶也同时被超滤去除 ,因此 ,超滤的应用 ,改 善了酒的颜色与口味的稳定性 [ 5 ] 。
溶液浓缩
流组分
大分子溶质溶液脱小分子 、 小分子溶质 、较小的
小分子溶质溶液脱大分子 溶质
溶液脱小离子 、小离子溶质 小离子的组分
1～10 A 小分子溶质
大量溶剂
> 0. 02μm截留 ,血液 渗 析 > 0. 0 5μm截 留 同名离子 、大离子和水
较少组分或溶剂 少量离子组分 、少量水
的浓缩 、小离子的分级
采用膜分离技术在常温下即可把啤酒中的残 留酵母菌和污染菌除去 ,因此 ,在啤酒生产的下游 处理上可用来代替高温瞬时灭菌或巴氏灭菌法 , 以保持生啤酒原有的风味 。另外 ,从经济角度来 看 ,微滤的运行费用接近甚至低于高温瞬时灭菌 和巴氏灭菌 。其目的是 : ( 1)除去混浊悬浮物 ,主 要是酒花树脂 、单宁和蛋白质等 ; ( 2)除去酵母菌 和乳酸菌等微生物 ; ( 3 )口味的改善和透明度的 提高 。
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《江苏调味副食品 》2006年 第 23卷 第 5期 (总第 101期 )
4. 5 醋的澄清过滤 利用无机膜如 A l2 O3 膜和 ZrO2 膜纯化醋的
工艺已有报道 。采用孔径 0. 1 μm 的 ZrO2 膜和 0. 2 μm 的 A l2O3 膜对处理浊度值在 0. 2 ～0. 8 NTU 范围的体系 ,在降低浊度和产生清澈的滤液 上是有效的 。
目前 ,国内啤酒厂的生啤过滤工艺多是在硅 藻土过滤或板框过滤之后 ,先采用孔径为 1 μm 的滤芯 (可以是超细聚丙烯纤维滤层 ) ,再通过孔 径为 0. 22μm 或 0. 45μm 的膜复合滤芯 (一般采 用耐酸碱的聚偏氟乙烯微滤膜 、聚砜类膜或耐强 碱的尼龙膜 ,也可以是纤维素类膜等 ) 。由于采 用两层不同孔径的膜复合而成的滤芯 ,其外层膜 可滤去颗粒较大的胶体及酵母菌 ,减轻后层膜的 负担 ,从而提高了啤酒过滤的质量和数量 [ 4 ] 。 4. 2 白酒的过滤
截留组分
透过组分在料液中的含量
微滤
溶液脱粒子 、气体脱粒子
溶液 、气体0. 02～来自0μm粒子大量溶剂 、少量小分子 溶质 、大分子溶质
超滤
溶液脱大分子 、大分子溶液 小分子溶液 脱小分子 、大分子分级
10 ～200 A大分子溶质 大量溶剂 、少量小分子 溶质
反渗透 渗析 电渗析
溶剂脱溶质 、含小分子溶质 溶剂 、可被电渗析截
Abstract: In order to p romote the app lication of separation technology in food industry, this article introduces the technology in great detail, such as its characteristic, its types, its basic features, the types and features of membrane and membrane modules etc. Then this article stresses membrane separation technology’s app lication in food industry, including draught beer, white sp irits, grape w ine, soy sauce, vinegar, m ilk food, and the clarification and filtering of fruit juice. Key W ords: membrane; food industry; separation
气体分离 气体混合物分离 、富集或特 殊组分脱除
渗透蒸发 挥发性液体混合物分离
气体 、较小组分 、膜中 较大组分 (除非膜中溶
易溶组分
解度高 )
膜内易溶解组分或易 不易溶解组分或较大 、
两者都有 少量组分
挥发组分
较难挥发物
乳化液膜 液体混合物或气体混合物 液膜相中高溶解度组 在液膜中难溶解组分
少量组分 、有机混合物分
化控制等特点 ,因此 ,它是现代分离技术中一种效 率较高的分离手段 ,可以部分取代传统的过滤 、吸 附 、冷凝 、重结晶 、蒸馏和萃取等分离技术 ,在分离 工程中具有重要作用 [ 2 ] 。
当然 ,膜分离技术也存在一些问题 ,如 :操作 过程中膜面会发生污染 ,使膜通透性能降低 ,故有 必要采用与工艺相适应的膜面清洗方法 ;从目前 获得的膜性能来看 ,其耐药 、耐热及耐溶剂性能是 有限的 ,故应用范围受限制 ;单采用膜分离技术效 果有限 ,因此 ,往往都将膜分离工艺与其它工艺组 合起来应用 。
采用膜技术改造后的葡萄酒制作工艺如下 。
葡萄 →轧碎 →压榨 →葡萄汁 →超滤澄清 → 发酵 →微滤 →陈放 →超滤 →装瓶
超滤主要用于发酵前澄清葡萄汁及发酵后过 滤已陈放准备装瓶的酒液 ,而微滤用于酵母菌的 去除 。
采用超滤处理葡萄汁可以去除胶体 、大分子 鞣酸 、多糖 、杂蛋白 、悬浮物固体 、多酚及其它无用 的微生物 。
在这 3道工序中 ,灭菌后经静置分离的上层 澄清液 ,可用硅藻土过滤 ,剩余的 5% ～15%的浊 液因粘度太高 ,不能用硅藻土过滤 ,一般返回前道 压榨工序 。常规的静置分离工序必须要使用沉降 槽 ,除体积大 、占地多外 ,还因需要一定的静置时 间 ,造成生产周期长 。采用板框式微滤膜分离装 置可以改善上述工艺 ,该装置使用的平板式微滤 膜片的材质为氟树脂 ,有很强的耐热和耐化学腐 蚀性 ,膜片的更换周期在 2 年以上 。使用结果表 明 ,由于不使用硅藻土 ,实现了生产自动化且提高 了成品率 ,取得了相当的经济效益 。与硅藻土过 滤相比 ,由于不会产生二次浊物 ,过滤后的产品颜 色不会产生褐变 ,使得产品质量大为提高 [ 6 ] 。
陆正清 膜分离技术及其在食品工业中的应用 中图分类号 : TS203 文献标识码 : B 文章编号 : 1006 - 8481 (2006) 05 - 0001 - 04
膜分离技术及其在食品工业中的应用
陆正清
(江苏食品职业技术学院生物工程系 ,江苏 淮安 223003)
摘 要 :为促进膜分离技术在食品行业中的应用 ,介绍了膜分离技术的特点 、类型及其基本特征 、膜和膜组件 的类型及性能 。着重介绍了膜分离技术在生啤酒 、白酒和葡萄酒 、酱油 、食醋 、乳品工业及果汁澄清过滤中的 应用 。 关键词 : 膜 ;食品工业 ;分离
工业中已应用的几种膜分离技术的基本特性 见表 1[ 3 ] 。
3 膜和膜组件
在膜分离的开发研究工作中 ,首先要选用合 适的膜材料 ,研制生产出具有高选择性 、高通量 、 基本无缺陷并能大规模生产的膜 ;其次是将一定 面积的膜组装成组件 。对膜组件的要求是密封性
能可靠 、膜装填密度高 、流体流动方式合理而且造 价低 。
用于分离的膜按其物理形态可分为固膜 、液 膜和气膜 3类 。目前 ,大规模工业应用的多为固 膜 ,液膜已有中试规模的工业应用 ,主要用在废水 处理中 ,气膜分离尚处于实验室研究中 。固膜以 高分子合成膜为主 ,其材料主要有醋酸纤维素类 、 硝酸纤维素类 、聚酰胺类 、聚砜类 、聚酯类及含氮 杂环高聚物类等 。近年来 ,无机膜材料 ,特别是陶 瓷膜 ,因其化学性质稳定 、耐高温和机械强度高等 优点 ,发展势头迅猛 ,已进入工业应用 ,充分展示 了它的优点 。常用无机膜的主要材料是性能稳定 的 A l2 O3、TiO2 及 SiO2 等 ,这些材料通常是通过溶 胶 —凝胶法镀在陶瓷载体上 ,所以 ,一般的无机膜 也称为陶瓷膜 。
采用 0. 45 μm 或 0. 65 μm 级微滤膜过滤的 白酒产品 (如瓶装酒 )在存放时不受微生物污染 。 0. 45μm 级膜基本能够去除所有的有机物 ,但费 用较高 ,因为它比 0. 65 μm 微滤膜或孔径更大的 膜堵塞更快 ,同时 ,小孔径的膜可去除微米级胶体 物质 ,这些物质在确定酒的气味时很重要 。因此 , 究竟是选择 0. 45μm 还是 0. 65μm 孔径的膜 ,取 决于保证微生物去除和经济性之间的平衡 。 4. 3 葡萄酒的澄清过滤
0 前言
自 1968年美国 N ·N ·L i博士发明了膜分 离技术以来 ,随着科学技术的发展 ,特别是新型高 分子材料的开发 ,膜分离技术已成为各国研究的 热点 [ 1 ] 。
1 膜分离技术在分离工程中的特点
膜分离技术由于在分离物质过程中不涉及相 变 、无二次污染 ,且具有生物膜浓缩富集的功能 , 具有操作方便 、结构紧凑 、维修费用低和易于自动
M em brane separa tion technology and its applica tion s in food industry
LU Z heng - qing
(Department of B iology Engineering, Food Vocational and Technical Institute, Huai’an, J iangsu, 223003)
目前 ,工业应用中的膜组件主要有平板式 、管 式 、螺旋卷式及中空纤维式等 ,其优缺点见表 2。
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陆正清 膜分离技术及其在食品工业中的应用
4 膜分离技术在食品工业中的应用
20世纪 60 年代初 ,膜分离技术开始应用于 食品工业 。较早的报道主要是离子交换膜电渗析 技术用于乳品工业和果汁浓缩 ,随着膜分离技术 的发展 ,超滤和反渗透技术的应用愈来愈广 ,纳滤 技术也呈现了突出的优势 ,膜分离技术逐步应用 于饮料的无菌过滤 、酒类精制 、酶制剂提纯浓缩 、 食品添加剂分离制备 、饮用水过滤 、食糖工业 、淀 粉加工业及动物屠宰加工业等多方面 。 4. 1 生啤酒的过滤