超滤技术在食品加工中的应用

超滤技术在食品加工中的应用

摘要：食品分离技术室食品工业的基础，食品分离的种类很多，本文主要给大家介绍的是超滤技术在食品加工中的应用。超滤技术作为一种新型的高新制造技术，因其独特的性能，使得它在食品工业发展极快，成绩卓著，日益受到各界的关注，具有良好的发展和应用前景。本文重点介绍了超滤技术的原理、材质、性能评价和影响超滤过程的因素，综述了超滤膜技术在食品加工中的应用及其发展前景，同时也对存在的问题进行了分析。

关键词：超滤 食品工业 高新技术 应用

膜分离技术室一种使用半透膜的分离方法，即在常温下以膜两侧的压力差或电位差为动力对溶质和溶剂进行分离、浓缩、纯化，它在水处理、工业分离、废水处理、食品和发酵工业等方面的应用都取得了重大突破，膜分离技术有超滤、微滤、反渗透、电渗析和透析等。国外有关专家把膜分离技术的发展称为“第三次工业革命”。美国官方文件也说“目前没有一项技术能像膜技术这么广泛地应用。日本把膜技术作为21世纪基本技术进行研究和开发，在1987年国际膜会议上明确指出“在21世纪的多数工业中，膜过程扮演着战略的角色”。国际上也流行着“谁掌握了膜技术，谁就掌握了化工的未来”的说法。膜分离技术成为国际上共同关注和重视的应用技术。该技术被认为是20世纪末至21世纪中期最有发展前途的高新技术之一。

1.超滤技术 1.1超滤技术原理

超滤主要运用物理筛分作用，在一定的压力作用下，当原料溶液中的溶剂和小溶质粒子从高压侧透过膜进入低压侧时，大分子和组粒组分分别被膜阻拦，经浓缩后以浓缩液排出，而溶剂和小分子溶质将透过膜，作为透过物被收集起来。超滤膜表面活性层上孔的大小与形状对微粒的筛分作用决定其对大分子物质的截留效果，膜表面、微孔内的吸附和粒子在膜孔中的滞留亦可使大分子物质被截留，从而达到分离、提纯和浓缩产品的目的。

只有直径小于0.002 μm的粒子、水、盐、糖和芳香物等能够通过超滤膜, 超滤膜空隙尺寸在15 !~1 000 !, 过滤范围0.002 μm~0.2 μm,超滤的滤膜分子量吸收限制

值在500~几十万道尔顿, 直径大于0.1 μm 的溶质如蛋白质、果胶、脂肪和微生物, 尤其是酵母菌、霉菌不能通过超滤膜。 1.2超滤的特点 1.2.1使用寿命长

超滤采用特别性能的PVDF材料并经过亲水改性，具有极佳的抗氧化性和抗疲劳强度，抗污染，耐清晰，大大延长了膜丝的使用寿命。 1.2.2 产水品质高

超滤的平均过滤精度达到0.03μm，泡点压力更高，对细菌去除率达到6-log，使得其获得更佳的产水品质。 1.2.3 适用范围广

超滤的外压式结构和专利的布水方式，容许更宽的进水悬浮物含量，更适合于水质较差的应用条件，并同时保证很高的水回收率。 1.2.4 运行费用低

超滤外压式可采用低廉的气水混合清洗方式，高效保持通量的长期稳定，节约化学清洗剂消耗。 1.3 影响超滤的因素： 1.3.1 超滤膜孔径大小

超滤膜孔径大小的选择应与药液中目标成分的大小相一致。孔径过大，则分离效果不好，杂质含量过高，影响澄明度和稳定性。孔径过小，有效成分通透率较低，损失较大。

1.3.2 药液的前处理

中药提取液中杂质较多，大小不一，会堵塞膜孔。预处理效果好坏，直接影响超滤膜的污染程度，系统的生产能力以及超滤膜的使用寿命。中药提取液的预处理一般采用高速离心法、微滤法、调PH值、热处理、冷藏法或多种方法组合进行。 1.3.3 药液浓度

随着药液浓度的增高，药液的粘度会升高，超滤时形成极化层的时间会缩短，从而使超滤的速度降低、效率也降低。多数认为中药液进行超滤时最高浓度不宜超过含生药1g/ml。 1.3.4 药液的温度

温度的升高，一方面会使水溶液黏度下降，悬浮颗粒的溶解度增加，传质系数增大，促使膜表面溶质向主体运动，减薄了浓度差极化层，提高过滤速度，增加膜通量；另一方面，温度过高会加速超滤膜老化，影响超滤膜的使用寿命。因此进液温度要求小于40℃，一般控制在25℃左右。 1.3.5 药液的流速

增大膜表面的流速可以起到边透水边洗膜的作用，当膜表面流速为1.6m/s时，即能大大缓解膜压差的增大。流速增加则滞留层厚度减小，有利于渗透，但流速增加会加速膜表面的磨损，因此流速保持在1.0-2.0m/s为宜。 1.3.6 压力控制

在临界压力下，跨膜压差与膜通量成正比关系，在临界压力之上，由于浓度极化等因素的影响，跨膜压差对通量的贡献不大，当压差继续增大到一定程度时，在此压差下形成凝胶层，传质方式转为物质传递控制，通量与压力无关，因此过大的跨膜压差不但会破坏膜材料，还会导致膜污染速度加快。因而工作压力应低于0.2Mpa，而膜两侧压差应不大于0.1Mpa。 1.3.7 超滤膜的清洗维护

对膜清洗维护的好坏直接影响超滤膜的寿命以及通透量的恢复。无机物污染使用酸清洗，有机物污染用碱清洗，也可以依次先后联合清洗。清洗温度控制在35℃左右为佳。清洗时间越长越好，为有效杀灭微生物，消毒循环时间控制在30~60min为宜。另外，无论是酸清洗后水冲洗还是碱清洗后水冲洗，都必须彻底冲洗，酸洗后要求冲洗到PH大于4.0，碱清洗后冲洗到PH小于9.0，防止超滤膜发生二次污染。 超滤在食品加工中的应用 2.1 超滤在果汁生产中的应用

采用超滤反渗透技术在菠萝汁、柑橘汁、葡萄汁、番茄汁、梨汁等果汁中澄清与浓缩，产品质量及经济效益较好。有人采用超滤技术处理荔枝原汁，澄清过程中荔枝汁无相变，较好地去除上述果胶等不稳定因素，果汁非常澄清，稳定性和均匀性也很好。选择适宜的截留分子质量的膜，不仅可以对荔枝汁起到冷杀菌的效果，且果汁在低温下进行超滤澄清，可有效克服传统的澄清和加热灭菌等工序制备荔枝汁时所造成的果汁褐变、后混浊及具有强烈煮熟味的缺点，较好地保持了鲜荔枝原有的色香味，大大提高了果汁质量。

2.2 在酿造工业中的应用

目前我国酱油和食醋生产大多采用固态发酵法, 生产通常为敞口手工操作, 产品极易污染使细菌超标，加发酵不完全使淀粉、蛋白质等大分子物质分解不彻底。造成产品混浊和沉淀。热灭菌虽可改善卫生指标, 但对风味影响较大，传统过滤尽管可提高澄清度且收效不明显。国内近年来将超滤用于这方面的研究十分活跃, 一些生产厂已将该技术用于工业化生产, 收到了一定的效果, 但在应用过程中还存在着不少的问题在酿酒工业，酱油和醋制造行业中超滤也起到提纯，澄清，除菌等作用。与传统方法相比，超滤不仅具有简单，操作简单，缩小生产成本特点，还能使得成品酒具有较好清澈度，芳香度，外观更透明。用超滤膜分离技术进行葡萄酒的提纯，可以在不加化学试剂的情况下制得透明的葡萄酒；还可以降低葡萄酒中乙醇的含量，同时能除去引起葡萄酒褐变的物质，如多酚及造成浑浊的大分子蛋白等。使酒获得良好的保存性，其风味有所改善，变得清爽而醇香延绵；还能达到除菌目的，省却杀菌操作，避免酒因加热杀菌而形成的浑浊成分的析出。此外，超滤已应用于白葡萄酒和红葡萄酒中的铅、铜、铁、铝、钙、钾、钠等金属的粒度大小分级。超滤技术在常温下就能把酱油中的蛋白质等浑浊物及细菌分离出来，从而实现灭菌、澄清同步完成、无需热力杀菌和过滤。

2.3 超滤在乳品加工中的应用

乳品工业的超滤加工就是让牛乳在一定的压力下，纵向流经带有微孔的滤膜表面，让小分子量的水、盐类和乳糖等穿过滤膜滤掉，而使大分子量的蛋白质和脂肪被截留下来。超滤技术应用在乳品工业的优点不仅在于能耗小、占地面积小和设备简单，还在于它是又一种有效调制乳制品成分的手段。国外的超滤在乳品工业上主要用于鲜奶的预浓缩和制造干酪处理乳清，还用于精制乳糖、脱盐和分离，并提浓乳清蛋白，制造高营养的乳制品。如脱脂乳超滤后，经喷雾成粉，蛋白质含量高达60%以上，成为蛋白质添加剂，可配制多种高级营养滋补品。

2.4 超滤在酒类生产中的应用

超滤技术应用于酒类生产，可起澄清、灭菌、浓缩、精制、去酶以及改变酒体口感、风味等作用。有人用截留分子量为30000和10000的超滤膜对生黄酒进行过滤，分析了超滤处理前后的黄酒样品。结果表明，这2种规格的超滤膜对淀粉酶、糖化酶、

蛋白酶都能达到去除的要求;超滤处理后的黄酒各理化指标均符合GB/T13662-2000的指标要求，蛋白质和氨基酸均有所减少，酒样颜色变浅，黄酒有新的香味感觉，具有淡爽感，呈现一种黄酒新品种的风味。应用超滤技术可以有效地祛除葡萄酒中引起浑浊、沉淀和苦涩味的物质，提高葡萄酒的澄清度，使酒体更加稳定，色泽、口感、风味更加丰富圆润。 2.5 蛋白的浓缩

近年来这方面的研究受到了更多人的重视, 现已较成功地应用于大豆、豌豆和山药粘液等的蛋白质浓缩、分离或提取上清夜。该技术可以在没有相变的条件下分离提纯和浓缩蛋白, 有效地避免了传统工艺中酸碱调节过程的蛋白变性和盐分的增多, 大大地提高了蛋白纯度和降低了灰份的含量。 2.6 制备超纯水

目前一种小型的中空纤维超滤装置, 就是一种典型的利用超滤法制备超纯水的装置。此法能够弥补过去使用离子交换法时离子交换树脂不能有效地除去有机物、胶体和细菌的缺点, 生产出来的超纯水水质和纯度都超过了其它同类产品。 3. 膜分离技术的发展前景

膜分离技术的优点是显而易见的，但在使用上还有其局限性，主要问题是膜的通量和寿命较低，设备和操作费用较高。随着科学技术的迅猛发展，其局限性正在被迅速消除。根据膜分离技术的现有应用状况以及科技水平来看，膜分离技术的发展趋势将是：制膜技术在国内外的发展将更快，在现有的有机膜、无机膜、复合膜等制膜材料中无机膜和复合膜将是发展的重点。此外，尚需开发能适应各种工艺要求、性能好、寿命长、价格稳定的膜元件。有待开发出能减少操作中产生的膜浓差极化、凝胶极化，从而提高膜的通量、分离性能和操作周期的更经济的分离方法。如采用动态膜、高剪切力错流、外加电场或磁场等。

改进和完善膜装置本身的结构及配套件，研究并采用最佳的操作参数。发展综合分离技术，以经济、方便地达到高分离精度和高速度的要求，并扩大其使用范围。各种膜技术都有一定的使用范围，可在生产中采用与其它传统分离技术配合起来使用，或将几种不同的膜技术串联起来使用以及在同一膜设备中被不同的膜，使用几种振动力等技术措施。