微孔滤膜在食品与发酵工业中的应用
膜分离技术及其在食品中工业的应用
膜分离技术及其在食品中工业的应用摘要本文介绍了膜分离技术的发展、原理、分类及特点, 综述了膜分离技术在食品工业各方面的应用, 并对存在的问题进行了分析, 展望了膜分离技术在食品工业中的发展前景。
关键词膜分离技术食品工业应用前言膜技术是一项新型的高新分离技术．自上世纪五十年代以来，微滤膜、离子交换膜、反渗透膜、超滤膜、气体膜分离等相继得到广泛应用．成为世界各国研究的热点．已被国际公认为本世纪最有发展前途的重大高新生产技术之一，有操作方便、设备紧凑、工作环境安全、节约能源和化学试剂等优点，目前已被广泛应用于食品、医药、化学、环保等各个领域。
产生了显著经济和社会效益。
而利用膜分离技术生产的食品称为膜分离食品。
膜分离食品技术以其优越性得到了食品工业依赖于广泛的应用；用以乳品加工领域的牛奶浓缩、乳清分离和软干酪制造；发酵工业领域的微滤除菌、酒及酒精饮料的超滤精制、提高葡萄糖的甜度；饮料生产领域的苹果汁、番茄汁等果汁和蔬菜汁的澄清和浓缩；还在茶叶、甜菊糖、大豆蛋白、酱油、醋的加工方面有很好的应用。
1、膜分离技术的发展简史[1]1748年Abble Nelkt发现水能自然地扩散到装有酒精溶液的猪膀胱内，首次揭示了膜分离现象。
人们发现动植物体的细胞膜是一种理想的半透膜，即对不同质点的通过具有选择性，生物体正是通过它进行新陈代谢的生命过程。
直到1950年，W．Juda首次发表了合成高分子离子交换膜，膜现象的研究才由生物膜转入到工业应用领域，合成了各种类型的高分子离子交换膜。
固态膜经历了50年代的阴阳离子交换膜，60年代初的一二价阳离子交换膜，以及60年代末的中空纤维膜以及70年代的无机陶瓷膜等四个发展阶段，形成了一个相对独立的学科。
具有分离选择性的人造液膜是Martin在60年代初研究反渗透脱盐时发现的，他把百分之几的聚乙烯甲醚加入盐水进料中，结果在醋酸纤维膜和盐溶液之间的表面上形成了一张液膜。
由于这张液膜的存在而使盐的渗透量稍有降低，但选择透过性却明显增大。
微孔膜过滤技术
微孔膜过滤技术摘要本文介绍了微孔滤膜的种类、微孔过滤膜的性质及检测、微孔过滤膜设备及其注意事项以及微孔过滤膜技术在生物化学和制药工业中的应用。
关键词：微孔滤膜；过滤技术；应用目录第一章前言 (1)第二章微孔过滤膜 (1)2.1微孔滤膜的优点及种类 (1)2.2微孔滤膜的制备 (3)2.3微孔滤膜的性质与检测 (3)第三章微孔膜过滤设备 (5)3.1设备 (5)3.2过滤操作与注意事项 (6)第四章微孔膜过滤的应用 (7)4.1在生物化学中的应用 (7)4.2在制药工业中的应用 (9)第五章结论 (10)参考文献 (10)第一章前言微孔膜过滤又称精密过滤，主要用于分离亚微米级颗粒，是目前应用最广泛的一种分离分析微细颗粒和超净除菌的手段。
微孔膜过滤技术因其独特的优点已逐渐取代许多经典手段而成为独立的分离和分析方法，其适应性很强。
微孔滤膜孔径在0.025～14μm范围内，操作压力在1～10磅／英寸2之间。
孔径为0.01～0.05μm的膜可以截留噬菌体、较大病毒或大的胶体颗粒，可用于病毒分离。
孔径为0.1μm的膜用于试剂的超净、分离沉淀和胶体悬液，也可模拟生物膜。
孔径为0.2μm的膜用于高纯水的制备、制剂除菌、细菌计数、空气病毒定量测定等。
孔径为0.45μm的微孔滤膜用的最多，常用来进行水的超净化处理、汽油超净、电子工业检查、注射液的无菌检查、饮用水的细菌检查、放射免疫测定、光的分析等。
测介质溶液的净化以及锅炉水中Fe(OH)3随着微孔膜过滤技术的发展，微孔滤膜的商品种类日益增多，用来制膜的材料也叫多，如纤维素、纤维素脂、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚酰胺、丙稀腈／氯乙烯聚合物及聚碳酸酯，甚至玻璃纤维等。
用各种材料以不同方法制造的微孔滤膜能够适应多种分离和测定的需要。
目前，用于水处理的膜材料很多，不仅有疏水性聚合物如聚乙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯等[1～3]。
还有亲水性聚合物如聚乙烯醇、聚砜等[4,5]。
膜分离技术在食品工业上的应用
膜分离技术在食品工业上的应用随着科技的不断发展，膜分离技术作为一种新型的分离技术，在食品工业中得到了广泛应用。
膜分离技术以其高效、节能、环保等特点，在食品加工过程中发挥着越来越重要的作用。
本文将详细介绍膜分离技术的原理、分类、特点，并探讨其在食品工业中的应用、存在的问题以及未来发展趋势。
膜分离技术是一种利用膜材料分离液体或气体混合物的新型分离技术。
其原理是利用膜材料的不同孔径和选择性能，将混合物中的不同组分进行分离、提纯和浓缩。
膜分离技术可分为微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析等类别，具有高效、节能、环保、操作简便等特点。
在饮料加工过程中，膜分离技术主要用于果汁、酒类等液体的澄清和提纯。
通过超滤技术，可以有效地去除果汁中的果胶、蛋白质、细菌等杂质，提高果汁的澄清度和口感。
同时，在酒类加工中，膜分离技术可以去除酒中的甲醇、乙醛等有害物质，提高酒的质量和安全性。
在发酵工业中，膜分离技术主要应用于菌体分离、蛋白质分离和发酵液的澄清。
通过微滤或超滤技术，可以有效地将菌体和未发酵的溶液进行分离，得到高纯度的菌体蛋白质。
同时，膜分离技术还可以去除发酵液中的杂质，提高发酵产物的质量和产量。
在蒸馏工业中，膜分离技术主要应用于脱盐、脱氧、脱氨等操作。
通过反渗透技术，可以有效地去除溶液中的无机盐、有机物和微生物，得到高质量的蒸馏产品。
例如，在制糖工业中，反渗透技术可以去除糖汁中的盐分和色素，提高糖的纯度和白度。
膜污染是膜分离技术中普遍存在的问题。
由于原料液中的悬浮物、微生物和有机物等杂质会附着在膜表面，导致膜通量下降，甚至出现堵塞和破裂等问题。
为解决这一问题，可以采用预处理措施，如过滤、沉淀、离心等，以去除原料液中的杂质。
定期清洗和化学清洗也可以有效地减轻膜污染。
膜的寿命是影响膜分离技术成本的关键因素之一。
由于膜材料本身的质量和加工工艺的限制，膜的寿命存在一定的局限性。
为延长膜的寿命，可以选用高分子量、高稳定性、低污染的膜材料，优化膜组件的设计和加工工艺，避免极端操作条件等。
微滤膜
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微滤膜（MF）
一、背景知识
1.4微滤膜分离机理
膜的过滤行为与膜及过滤对象的物理化学特 性有关。对微滤膜，其分离机理主要是筛分截留。 筛分截留即过筛截留，指微滤膜讲尺寸大于其
孔径的固体颗粒或颗粒聚集体截留
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微滤膜（MF）
二、分类
聚烯烃类 聚氟类 醋酸纤维素 聚乙烯醇及其改性材料
有机类
微滤膜
无机陶瓷微滤膜
13微滤膜mf处理废水污水食品药品工业应用工业废水生活污水海水淡化工程饮料行业酿造行业乳制品行业制药行业实验过滤设备应用14微滤膜mf31微滤膜分离技术在废污水处理中的应用主要应用于工业废水和生活污水的初步处理阶段15微滤膜mf矿山冶炼电解电镀农药医药油漆颜料微滤膜过滤后续处理工业废水处理初步处理阶段16微滤膜mf与超滤膜反渗透膜相比微滤膜的孔径相对较大因此微孔过滤常常作为一种粗过滤为反渗透做预处理以保证反渗透能稳定进行
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微滤膜（MF）
微滤膜（MF）简介
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微滤膜（MF）
一、背景知识
1.2微滤膜分类
依据微孔形态的不同，微滤膜可分为两 类：弯曲孔膜和柱状孔膜。 弯曲孔膜的微孔结构为交错连接的曲折 孔道的网络，而柱状孔膜的微孔结构为几乎平 行的贯穿膜壁的圆柱状毛细孔结构。
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微滤膜（MF）
一、背景知识
1.3微滤膜特点
绝对过滤材料、孔径均匀 孔隙率高（70%以上） 过滤精度高、通量大、厚度薄，吸附量小、无 介质脱落 不产生二次污染 颗粒容纳量小、易堵塞21微滤膜来自MF）三、微滤膜的应用
③乳制品行业（原料乳的初步处理）
原料乳中微生物的污染及体细胞的数量多少对乳 制品的质量、风味和保质期具有重要的影响作用。 由于微生物和体细胞在乳中的存在, 还会释放许多 耐热性较强的酶, 在杀菌后仍会残留酶活性而分解乳成分, 降低了产品的质量和风味。因此微滤膜在乳制品行业也有 着独特优势与广阔前景。
膜分离技术在食品工业中的应用
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在酒类生产中的应用
• 用超滤膜能除去酒及酒精饮料 中如残存的酵母菌、杂菌及胶 体等，使酒的澄清性得到改善， 并获得良好的保存性，还能使 生酒具有熟成味，缩短老熟期。 一些酒经超滤处理后风味有所 改善，变得清爽又醇香延绵。 目前采用超滤对酒和酒精饮料 的精制已在美国、意大利、日 本等国得到应用，所处理的酒 类有葡萄酒、威士忌、烧酒、 清酒、黄酒等。使用超滤法还 避免酒的热杀菌易引起的混浊 成分的析出，简化了过滤设备。 用超滤代替离心分离进行葡萄 酒的提纯，可以在不加化学试 剂情况下制得透明葡萄酒，还 可降低酒中的乙醇含量。
• 日本对牛奶的超过滤浓缩与真 空蒸发法作了对比，结果表明， 对于一个日处理量为226.8t的工 厂来说,无论是设备投资与运转 费用超过滤法均要便宜得多。 古巴干酪公司生产干酪素的经 验表明，每4.536kg牛奶可制备 0.453kg干酪，剩下4.082公斤 乳清若以反渗透法和蒸发法结 合对乳清进行处理时，当日处 理牛奶量为421848kg，一年生 产92d，比单纯用蒸发干燥法可 节省8万美元。
在果蔬汁生产中的应用
• 在果蔬汁生产中，膜技术有两方面 的主要应用：微滤、超滤技术用于 澄清过滤；纳滤、反渗透技术用于 浓缩。 用超滤法澄清果汁时，细菌将与滤 渣一起被膜截留，不必加热就可除 去混入果汁中的细菌。相对于酶法 而言，滤汁中不存在未分解的果胶， 长期贮存极少出现二次沉淀。 果蔬汁浓缩的目的是为了提高果汁 成份的稳定性、减少体积以便于运 输，同时期望能除去酸和产生不良 气味的成分等，改善果蔬汁风味。 传统的果蔬汁浓缩方法主要采用蒸 发与冷冻脱水两种，都存在高温或 低温相变过程，能耗大，且因果蔬 汁内含有大量有机酸，加热浓缩时 容易氧化变质，营养成份损失严重， 产品品质低。例如：果蔬汁中的芳 香成份在蒸发浓缩过程中几乎全部 失去，冷冻脱水法也只保留大约8%， 而用反渗透技术则能保留30~60%。
微孔过滤器
微孔过滤器|微孔滤膜过滤器不锈钢微孔过滤器，具有体积小、孔径均一、滤速快、吸附量少、过滤面积大，无介质脱落、不污染被过滤液体，被广泛应用于食品、饮料、制药、生物制品、水处理、酿酒、电子、石化等行业的预滤及终端精密除菌过滤。
一、不锈钢微孔过滤器结构功能本系列不锈钢微孔过滤器，由折叠式微孔膜滤芯和不锈钢外筒组成，内装配单芯或多芯滤芯，滤器筒体采用快装卡箍或快开环首螺栓连接，装卸滤芯、清洗滤器十分方便。
滤器内表面均做镜面抛光处理(粗糙度Ra≤0.28μm)，无卫生死角,符合“FDA”“GMP”规范要求。
二、不锈钢微孔过滤器主要技术参数1、流量：0.2～50t/h(系列规格)；2、过滤精度：0.1μm、0.22μm、0.45μm、1.0μm、3.0μm～60μm；3、滤芯材质：聚丙烯膜（PP）滤芯，聚四氟乙烯膜（PTFE）滤芯，醋酸纤维膜（CN－CA）滤芯；分疏水性（适用于气体）和亲水性（适用于液体）滤芯，可根据需要选用。
(滤芯选用参照我公司滤芯技术性能参数表)4、滤芯长度：10″、20″、30″、40″5、滤芯插口形式：单芯滤器的滤芯插口为卡入式；多芯滤器的滤芯插口为插入式、平压式两种；6、滤器外表面处理：镜面抛光、亚光、喷砂；7、滤器进出接口：快装卡盘、SMS圆螺纹、法兰、英制管螺纹等多种接口形式；8、滤器工作压力：＜0.5MPa；9、工作温度：5～85℃。
三、不锈钢微孔过滤器使用方法1、彻底清洗过滤器和过滤器连接部件，正确安装滤芯和外壳。
2、开机前首先要检查加压泵是否顺转，检查是否连接紧密，各阀门是否关闭。
3、开机前首先慢慢打开进液阀门，通过排气，随后打开出液阀进行正常过滤。
4、如发现过滤压力差大于0.1Mpa 或流量明显下降，表明滤芯大部分孔径已堵塞，建议客户对滤芯进行清洗或更换。
微孔过滤器名词简介微孔过滤器(microporus filter)孔径0.2-1um的滤膜过滤商务的统称。
简称MF。
微滤膜
微滤膜能截留0.1-1微米之间的颗粒。
微滤膜允许大分子和溶解性固体（无机盐）等通过，但会截留悬浮物，细菌，及大分子量胶体等物质。
微滤膜的运行压力一般为：0.3-7bar。
微滤膜过滤是世界上开发应用最早的膜技术，以天然或人工合成的高分子化合物作为膜材料。
对微滤膜而言，其分离机理主要是筛分截留。
特点：1、分离效率是微孔膜最重要的性能特性，该特性受控于膜的孔径和孔径分布。
由于微孔滤膜可以做到孔径较为均一，所以微滤膜的过滤精度较高，可靠性较高。
2、表面孔隙率高，一般可以达到70%，比同等截留能力的滤纸至少快40倍。
3、微滤膜的厚度小，液体被过滤介质吸附造成的损失非常少。
4、高分子类微滤膜为一均匀的连续体，过滤时没有介质脱落，不会造成二次污染，从而得到高纯度的滤液。
应用：1、医药行业的过滤除菌2、食品工业的应用（明胶的澄清、葡萄糖的澄清、果汁的澄清、白酒的澄清、回收啤酒渣、白啤除菌、牛奶脱脂、饮用水的生产等）3、油漆行业的应用4、生物技术工业的应用全球水污染日趋恶化，水安全问题日益严重，膜法技术是目前世界最理想的水处理技术。
超滤和微滤(UF／MF)膜技术已是重要的膜过程，在国内得到了广泛的应用推广。
超滤膜与微滤膜占美、日、欧洲整个膜市场份额的50~60％，广泛用于化工过程的分离与精制，废水净化处理并回收有用成分，工业废水零排放，活性污泥膜法废(污)水处理回用(膜生物反应器，MBR)等。
近年来，通过自主创新和引进消化吸收，UF／MF领域，国内企业推出了不少优秀的新技术、新产品。
国内UF／MF市场中的高端领域(电子工业用超纯水、电泳漆回收、制药、酶制剂等用途)目前基本由国外企业控制，但在中、低端的水净化市场国产膜因价格低廉占有绝大份额。
在我国，超滤和微滤膜大量应用在双膜法处理过程中，国产膜不仅在性能上能满足要求而且具有价格优势。
再加上进口超滤和微滤膜手续繁琐，国产膜的市场份额将有更大程度上地提高。
据不完全统计，UF／MF的应用实施例多达1，500余种。
膜过滤技术
膜过滤技术摘要：膜过程作为一门新型的高效分离、浓缩、提纯及净化技术, 近30 年来发展迅速, 已经在石油化工、轻工纺织、食品、医药、环保等多个领域得到广泛应用[1] 。
膜分离技术具有操作简单、占地面积小, 处理过程中无相变及不会产生新的污染物质、分离效果好等优点, 近年来在水处理领域中得到广泛应用。
本文就膜过滤的研究进展，膜材料以及它的应用作简要综述。
关键词：滤膜; 过滤技术; 除菌；应用正文：20 世纪80 年代以来,生命科学和生物工程技术的发展日新月异,生物产品(如酶、抗体、抗原、受体) 的种类越来越多. 这些制品通常是从发酵液中或天然产品中提取,再经纯化而得到的产品. 由于目标产物产量小,通常又与底物、细胞等混杂在一起,浓度很低,且生物产品与传统的化工产品不一样,它们一般都具有生物活性,对分离操作条件要求比较苛刻. 传统的化工分离方法如精馏、沉降、结晶等都难以达到要求.膜分离是20 世纪60 年代以来发展较快的一项分离技术,它具有操作条件温和、无污染、无相变等特点,在许多方面都得到了应用,象微滤、超滤已应用于生物化工和医药行业中. 膜分离是根据分子大小不同来实现分离的,一般相对分子质量相差10倍以上的物系才具有分离作用,因此它还远远不能满足生化分离的需要. 而生物亲和作用是生物分子之间的可逆专一性识别作用,具有极高的选性.[2]20 世纪70 年代以来,利用生物亲和相互作用,分离蛋白质等生物大分子的亲和纯化技术迅速发展. 其中亲和层析技术已得到广泛应用,但是亲和层析法亦存在许多难以克服的缺点: 1) 亲和载体价格昂贵,使用寿命短;2) 色谱柱易堵塞和污染,需对原料进行预处理以除去颗粒性杂质;3) 难以实现连续操作和规模放大. 目前亲和层析法仅局限于价值极高的生物活性物质的小批量纯化. 为克服膜过滤和亲和层析的缺点,发展了亲和2膜过滤技术,不仅利用了生物分子的识别性能,分离低浓度的生物制品,而且膜的渗透性及通量大,能在纯化的同时实现浓缩,此外还有操作方便、设备简单、便于大规模生产的特点,发展前景引人瞩目。
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微孔滤膜在食品与发酵工业中的应用何国庆 胡 政(浙江大学食品科技系,杭州,310029)3第一作者:博士,教授。
收稿时间:2000-03-27,改回时间:2000-09-15摘 要 介绍了微孔滤膜及其发展简史,对微孔滤膜在啤酒工业,黄酒和酱油的生产,萃取发酵以及在食品微生物学检验等方面的应用进行了较详细的论述。
关键词 微孔滤膜 食品工业 发酵工业1 微孔滤膜及其发展简史111 微孔滤膜的定义膜分离技术是对液2液、气2气、液2固、气2固体系中不同组分进行分离、纯化与富集的一门多学科交叉的新兴边缘学科高技术。
膜分离技术的核心是膜,由于膜涉及到许多物质和多种结构,也涉及到各种不同的用途,因此分类方法有多种,如按膜的性质分类,按膜的结构分类,按膜的用途分类及按膜的作用机理分类等等。
若根据膜的物理结构和化学性质进行分类,可分为以下几种基本类别:(1)微孔滤膜(多孔膜),(2)均质膜(非多孔膜),(3)非对称型膜,(4)复合膜,(5)荷电膜,(6)液膜;若根据膜孔径大小范围进行分类,可分为:(1)反渗透膜,(2)超滤膜,(3)微孔滤膜[1～3]。
所谓微孔滤膜(MFM ),是指孔径为0102～10μm ,可以分离液体或气体中的微生物和微粒子的一种滤膜。
它是用具有一定刚性和均匀性的纤维素酯或高分子聚合物制成。
微孔滤膜表面均匀分布着许多微孔,每平方厘米有微孔107～1011个,固体物质仅占15%～35%(容积),其余为微孔所占孔隙,孔隙率相当总容积的65%～85%;折射指数1150～1151;自身无荧光醋酸纤维素(AC )和硝化纤维素(NC )滤膜,波长185～250nm ;介电常数45～50;电阻率约1010Ω・cm ;耐电强度约100kV/cm ,静电荷+013kV ,拉伸强度2314～7418kg/cm ,微孔滤膜为具有各向同性三维空间网状结构。
典型的微孔滤膜为微孔上下交错,多层叠置的海绵状多孔结构。
以孔径110μm MFM 为例。
叠置层数多至100层。
虽然用气泡点压力法测出的最大孔径较大,但由于微孔上下交错叠置,使其通道实际有效直径减少,具有较好的截留效果。
112 微孔滤膜的发展简史[4～7]以人工合成的高分子聚合物制成的MFM 的现代过滤技术始于19世纪中叶,但对膜分离技术的系统研究始于本世纪。
1907年Bechman 发表了第一篇系统研究微孔滤膜性质的报告,首先提出了用泡压法测滤膜孔径。
1918年Zsimondy 等人最初提出了商业性生产硝化纤维滤膜的方法,并于1921年获得专利。
1925年在德国哥丁根(G ottin 2gen )成立了世界上第一个滤膜公司———Sor 2torius GmBH 专门生产和经营滤膜。
第二次世界大战后,美英等国得到德国滤膜公司的资料,于1947年相继成立了工业生产机构,开始生产硝化纤维素滤膜,用于水质和化学武器的检验。
1960年Leb 和Sourirajan 公布了著名的L 2S 膜制备工艺,从60年代开始逐渐出现了聚乙烯和醋酸纤维素等其它材质的滤膜,接着又出现了硝化纤维素和醋酸纤维素混和酯滤膜,它容易制备,性能优良,成为现在应用最广的MFM 类型。
70年代前后是MFM 飞跃发展的时期,美、英、法、德、日本都有自己牌号的MFM ,纷纷在国际市场上竞争,其中影响最大的是美国Millipore 公司,其次是西德Sartorius公司,他们的分公司分布在世界各地,主要从事滤膜和滤器的生产、科研、销售等工作。
国外MFM主要有硝化纤维、醋酸纤维素、混和纤维素、聚酰胺、聚四氟乙烯再生纤维素等8个品种,470种规格,孔径在01005～12μm。
我国从50年代起一些单位开始在实验室少量浇铸自用滤膜,60年代自来水公司和一些科研单位小型试制和应用了MFM,70年代末期上海医药工业研究院对MFM进行了较系统的研究,在医药工业、生物化学等领域开始推广应用了MFM,目前我国已形成了MFM的商品生产。
“七五”期间,国家科委把MF膜组件的研制列入国家“七五”计划,以改变MF滤芯主要依靠进口的状况。
我国于1985年开始研制折叠MFM滤芯,已有数家单位投入生产。
随着滤芯的国产化,为国家节约了大量外汇[22]。
2 MFM在食品与发酵工业中的应用211 MFM在啤酒工业上的应用啤酒膜过滤技术是近10a来发展起来的新技术,主要用于啤酒的除菌过滤。
实际应用表明,它有众多的优点:(1)设备体积小,投资省,企业能够承担并容易接受;(2)操作简便,过滤效率高;(3)改善啤酒风味和感官质量,过滤后的酒液不需杀菌即可灌装,节能节水节电;(4)由于省去热杀菌,可以减少因杀菌而造成的瓶损酒耗,可减轻废水处理的压力。
在德国已有近百家企业用该技术,其中有50多套设备过滤效率达40m3/h。
我国也有许多厂家如钱江啤酒厂、青岛啤酒厂、北京燕京啤酒厂引进德国、日本的设备和滤膜,用于生产纯生啤酒,取得了极其显著的经济效益。
在啤酒企业中,微孔薄膜的除菌过滤是最终过滤。
由于滤膜比较娇嫩,不能承受太高的过滤压差,吸附作用几乎没有,所以要求酒液先进行良好的预过滤,以除去其中大颗粒和大分子胶体物质。
滤膜的过滤效率随预滤质量和孔径不同而异,可在015～20m3/ (m2・h)的大范围之间波动,一次过滤酒量最高可达200m3/m2,低者仅有5～6m3/m2。
除菌效果也因孔径不同而异,根据Hechler 的报道,除菌率在991973%～991992%之间。
若每升待滤酒液中含有1000个细菌,经微孔滤膜过滤后,每百升啤酒只含8～27个细菌。
何国庆等曾用国产0145μm的醋酸纤维膜,在1×105Pa的压差下,得出过滤效率为115m3/(m2・h),一次滤出酒量为615 m3/m2,显然,国产滤膜的通量仍然偏小,需要加以改进。
浙江大学食品科技系在实验室用0145μm国产膜进行除菌效果试验,得到了99199995%的除菌效果,就此看并不亚于进口滤膜,但在实际生产中,工艺还有待进一步完善[10]。
王守忠(1998年)等利用聚碳酸酯膜及聚酯膜(PC,PET)对啤酒除菌效果进行了研究,实验表明,用110μm孔径的核孔膜可绝对截留啤酒酵母,使啤酒获得一定的生物稳定性;用014μm孔径的核孔膜可绝对截留大肠杆菌,使啤酒获得很好的生物稳定性,存放期可达2个月以上。
初步的经济分析表明,用核孔膜过滤来提高啤酒生物稳定性具有较好的应用工业前景[11]。
212 MFM在黄酒、酱油等生产中的应用黄酒在我国具有很长的酿造历史,黄酒除可直接饮用外,还可入药或作调味品,但由于黄酒是一种非蒸馏酒,所以未经处理的原酒中含有大量的混浊物、胶体物、细菌及其他微生物。
为提高酒的品质,延长存放时间,一般需将原酒进行过滤、灭菌后方可投入市场。
王树森(1988年)等用微孔过滤方法进行除菌,以代替传统的棉饼过滤及热灭菌法。
他们采用每小时产净化酒250kg的小型生产装置进行生产性试验,通过近1a的间隔性运转试验,证明用微孔过滤法对黄酒进行净化和除菌,不但可以克服传统处理方法的部分缺点,并且还可提高酒的品质[12]。
酱油是我们东方人日常饮食常用的调味料,过滤是酱油制造过程中重要的步骤。
台湾大学食品科技研究所的田钦仁等利用板式膜分离设备,装配高分子聚合膜生产传统酱油及澄清生酱油。
实验结果显示,若生产澄清的熟酱油,就先加热生酱油,然后经沉降处理,取上滤液用孔径012μm聚合膜过滤之。
膜过滤时在操作压力400kPa及进料流速170L/h的条件下,透流率随着重量浓缩倍数WCR(最初进料W与滞留液浓缩至时间t 时重量W t之比值)之增加而降低,当WCR =3时,熟酱油及生酱油之透流率分别为8 L/h・m2及20L/h・m2,除微生物大多被滞留外,酱油中主要色香味成分大部分可通过膜,产品符合台湾公定(CNS)甲级酱油标准[13]。
日本酿造酱油业研究所用MFM,超滤膜(U FM),反渗透膜(ROM)处理酱油与灭菌后的酱油,以改善酱油的质量。
研究表明:膜的孔径越大,酱油透过速度越快。
膜经011%氢氧化钠清洗后的回复性,MFM比U FM低。
用微孔过滤膜处理,酱油的总氮、盐分、糖度、色素及酶活性等成分几乎不变,酱油无杂味,清澈,风味提高。
使用012μm 的微孔过滤膜,微生物几乎被除去,经储藏6个月后也不会发生沉淀。
用超滤膜处理酱油可使其变得澄清,色淡,在储藏过程中能防止沉淀产生。
用反渗透膜处理的酱油色泽明显变淡,总氮减少80%,鲜味减少,盐味增加。
213 MFM在萃取发酵中的应用酵母菌厌氧发酵生产乙醇是一个典型的产物抑制反应,主要代谢产物乙醇在发酵过程中逐渐积累并导致细胞的生物活性的降低,当乙醇浓度达到某一临界浓度后,抑制明显加强,使乙醇生产停止并最终导致酵母菌的死亡,传统上只能采取低糖间歇发酵,因此产物乙醇浓度相应较低。
这一发酵工艺速度慢,生产能力低,下游处理量大,采用精馏回收乙醇的能耗高达乙醇生产总成本的30%～40%,大规模生产设备投资过大。
膜萃取发酵生产乙醇是80年代中期开始出现的新兴技术。
Cho和Shuler[19]首先研究用一个由3层平板微孔分离膜构成的膜生物反应器来萃取发酵乙醇,这一反应器将气体、酒精酵母发酵液、萃取剂加以分隔,以磷酸三丁酸为萃取剂在反应系统中循环使用,膜萃取与发酵同时进行。
Jeon和Lee[20]曾研究了非多孔硅胶膜管用于丙酮2丁醇2乙醇的萃取发酵。
实验以观察到总的营养利用率提高了23%。
但经过一段时间后由于不能通过硅膜萃取的毒性物质的积累,发酵不再进行。
此外,较高的传质阻力也是一个难以克服的问题。
Frank和Sirkar首先引进了中空纤维膜萃取发酵(HFEF)的概念,然而在采用低浓度葡萄糖基质和选用邻苯二甲酸二丁酯作萃取剂的条件下的实验结果并非十分令人满意,但是Frank模型正确地预言了在HFEF 中萃取发酵产率提高的趋势。
在此基础上, Kang等进行了高浓度葡萄糖基质的研究,结果如下:在基质流量为9mL/h下,当萃取剂与发酵液流量比从0上升到3时,进口葡萄糖浓度从123g/L下降到41g/L,随着该流量比的上升,乙醇产率提高的趋势更为明显, Shukla等[21]研究了用22乙基212乙醇作萃取剂的丙酮2丁醇2乙醇中空纤维膜萃取发酵,发现总生产能力提高达40%以上。
上述结果充分显示了采用HFEF生产乙醇在技术上的潜在优势。
在我国,毕自强等对中空纤维膜在萃取发酵乙醇中的应用进行研究,取得了较好的效果,但有待于进一步改进中空纤维生产工艺,合理设计反应器,有效、及时去除CO2以维持发酵速度,深入了解和完善中空纤维膜长期操作下的传质系数和通透性能。
214 MFM在食品微生物学检验上的应用污染后有致病菌的水样或增菌培养液经无荧光MFM过滤,将致病菌富集在滤膜表面,直接在滤膜上进行荧光抗体染色。