膜分离技术及其在食品工业中的应用

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1、膜分离技术及其在食品工业中的应用世界上的物质大多是复杂的混合物,但我们大多数时候希望得到符合我们要求的混合物或纯净物,所以就有物质分离,膜分离在分离中因廉价,安全,高效等而倍受青睐.在食品工业中应用越来越广泛.在很早以前，人们就发现水能自然地扩散到装有酒精溶液的猪膀胱内，后来经过大量的研究，使膜分离技术从实验室阶段发展到工业化应用。目前膜分离已应用于海水淡化、果汁牛奶的浓缩、制糖工业废水处理、纯净水制造以及溶液浓缩、分离和精制等领域。在膜分离的过程中，若通过半透膜的只是溶剂，则溶液得到浓缩，称之为膜浓缩；若通过半透膜的不仅是溶剂，而且有选择地让某些溶质

2、组分通过，使溶液中不同溶质得到分离，称之为膜分离。1． 膜分离的概念：即是以天然或人工合成的高分子薄膜为介质，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分溶质和溶剂进行分离、提纯和浓缩的方法称之为膜分离法。2． 膜的性能：膜的性能主要体现在四个方面：(1)膜的化学稳定性：膜的化学稳定性主要体现在抗氧化、抗水解性和耐酸碱性等。膜的抗氧化、抗水解性和耐酸碱性既取决于膜材料的化学结构，又取决于被分离溶液的性质。氧化、水解的最终结果使膜色泽变深，发硬变脆，使其化学结构与外观形态受到破坏。(2)膜的物理稳定性：其主要体现在耐热性和机械强度等方面。膜的耐热性取决

3、于膜材料的化学结构。故可以采取改变高分子的链节结构和聚集态结构，提高分子链的刚性等措施来提高膜的耐热性。而膜的机械强度是高分子材料力学性质的体现。在外力作用下，膜产生剪切蠕变，使膜透过速度下降。外力消失后，若再给膜施加相同外力，膜的透过速度暂时有所回升随后很快下降。(3)膜的分离透过性：虽然膜具对被分离物具有选择透过性，但它也不可能将某一组分百分之百完全阻挡，而对另一组分完全透过。膜材料的化学特性、形态结构和分离过程中的一些操作条件等都会影响膜的分离能力。膜的分离透过性是其处理能力的重要指标。当膜达到所需的分离率后，其透量愈大愈好。故膜的分离性能和透过

4、性能是相互依赖的，当膜的分离性能高时其透量就会受到损失，反之其透过率高则分离率就会降低。(4)膜的经济实用性：主要是要求分离所用的膜材料和制造工艺等方面的价格合理，成本不高，便于制造，方便使用，否则就会严重制约膜分离技术在食品工业中的广泛使用。3.膜分离技术在食品工业中的应用：1．在乳制品工业中的应用：反渗透、超滤技术在乳品工业中的应用的最主要方面是乳清蛋白的回收、脱盐和牛乳的浓缩。乳清中含有高营养价值的蛋白质、乳糖、乳酸、脂肪及矿物质。为了从低分子量组分中分离出蛋白质，通常采用超滤和反渗透处理膜分离技术在乳制品工业中的应用主要有牛奶的冷除菌、牛奶蛋白

5、的标准化、牛奶的浓缩，乳清蛋白纯化浓缩、乳糖和盐的分离等，代替传统的低温巴氏杀菌和喷雾干燥及冷冻干燥加紫外杀菌等方法，防止乳清蛋白的变性，脱除乳清中过剩的无机盐类的同时，保持了浓缩乳糖和蛋白的质量、组织状态、稳定性及营养价值等。特别适合牛初乳的“冷杀菌”，保持了分离过程中一些功能性组分的活性，是进行牛初乳除菌的理想手段.工艺流程如下：2．在饮料工业中的应用：以普通蒸发法浓缩的果汁，在蒸发过程中，原果汁所含水溶性芳香物质及维生素等几乎全部被破坏、损失。当采用反渗透设备在10MPa的操作压力下处理柑橘和苹果等果汁，得到固形物损失率小于1%的浓缩果汁，其芳香

6、物及维生素等得到很好的保存。而超滤主要用于果汁的澄清，如靠压榨生产的苹果汁，含有12%的固体包括糖、苹果酸、淀粉、果胶和酚类化合物。超滤后果汁的得率可达到96%---98%，且超滤加工时间很短，操作简单，节省人力和储罐设备，同时通过超滤也除去了果汁中的细菌、霉菌、酵母和果胶等，故超滤后的果汁有较长的货架寿命（长达2年）3． 在纯水制造业中的应用：采用膜技术制造纯水在日常生活中应用最广。日常饮用的自来水、纯净水等均采用该技术，其优点是延长离子交换树酯的寿命，缩短树酯再生周期；使终端过滤器寿命延长，减少管理费，污染少，产出水质稳定。但采用膜技术生产纯水时，

7、前处理须加强，要求水浊度小于1—3，水温5--40℃，余氯小于0.2mg/Kg,且要经常杀菌以防微生物生长，杀菌剂为甲醛、双氧水等，浓度为3%，处理时间为30分钟。[4]其工艺流程为：3.啤酒的酿造和生产中的应用啤酒的酿造和生产过程对工艺均有严格的要求：首先对酿造过程的配置水和发酵用空气需要达到无菌要求，其次对酿造好的啤酒过滤要求高。酿造好的啤酒中含有很多悬浮微粒、蛋白、胶质、淀粉、酵母、细菌和其他微生物。传统的过滤方式是采用硅藻土过滤结合精密滤芯过滤，虽然可以除去部分杂质，但对胶质、酵母、细菌、微生物的去除并不完全，滤芯堵塞快，还需进行巴氏杀菌。由于

8、涉及高温热处理，导致一些芳香物质被氧化损失，严重影响啤酒的原有风味，且杀菌后菌体仍然保留在酒体