微滤处理啤酒发酵液的膜污染机理及清洗研究

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1、摘要采用膜分离技术实现食品发酵行业的清洁生产，具有广阔的应用前景。本论文以微滤处理啤酒发酵液为研究体系，以微滤过程中的膜的污染机理为研究中心，建立膜过程的污染模型，并在此基础上提出了超声波辅助清洗污染膜的方案。首先，本论文考察了有机微滤膜处理啤酒发酵液的过程中膜材质、孔径、操作压力、温度和搅拌速度变化对膜通量和渗透液(成品啤酒)的品质影响。O．45胛的微滤膜的稳态通量与O．22朋膜的稳态通量无明显的差别；而0．22肼微滤膜的通蟹卜．降趋势要比0．45坤l微滤膜的缓慢；但从渗透液的品质来讲，0．22胛的微滤膜截留较多的糖、蛋白质、多酚和苦味质等啤酒的有效成分，以至于啤酒

2、的风味受到影响。因而微滤处理啤酒发酵液时，其膜孔径应选择在O．45脚以上。其次，通过啤酒发酵液污染PVDF膜的S叫照片和ATR—FTIR图谱的分析表明：在本实验条件下，过滤的初期啤酒发酵液中的成分会在膜的表面吸附，吸附的成分有酵母菌、大分子的絮凝物(多糖、蛋白质分子或蛋白质与多酚的结合物)。酵母菌比膜的孔径大得多，因此只是在膜的表面吸附；而大分子的絮凝物不但会在膜的表面吸附，还有可能在膜孔道内吸附。随着处理过程的继续，污染物在膜表而的吸附罱逐渐增加，最后阻塞了膜孔入口或者造成膜孔径变小，从而影响了膜的渗透性和选择性。此外，利用币交试验分析的方法分析各成分对膜污染贡献的

3、结果表明：蛋白质无沦是对膜通量的降低还是膜阻力的增加都有显著影响。第，!，以啤酒拔酵液中的蛋白质污染物为指示参数，建立了微滤处理啤酒发酵液过程。¨的膜污染模型。膜遥量降低的最初阶段，主要是出污染物在膜面吸附造成了膜孔堵塞，膜扎堵鏖的污染模式转变为凝胶层的污染模式之前，还存在着膜孔收缩模制，即在膜孔完全堵塞之前，膜孔由于污染物在膜孔道吸附而造成膜}1．径约i，j、。第叫，评价超声波处理对有机微滤膜分离特性影响的实验结粜可知：I，v叫微滤膜刈超，打处理的俐受力最高，其次PEs微滤膜，N。微滤膜对超声波的耐受力最差。在趣，s波频率为40kHz时，将PvDF微滤膜放置在塑料器

4、肌内，超声波的烈度控制存1．43—2．85w·cm2之间，超声波处理时间loo分钟时对此膜的分离特性无任何影响。第扎超声波辅助水沈对于凝胶层污染(即酵母菌污染)的清洗是非常有效的，而乩随着超声波强度的增加，达到相同稳态水通量恢复率职。的清洗时间f。越短。对于大豆分离蛋白质(ISP)污染的微滤膜，单纯的超声波辅助水沈的效果并不理想。对于ISP溶液污染膜的清洗，超声波辅助化学清洗效果较好，而目．可以大大降低清洗的时间。在所选用的清洗剂中，NaOH+H202+sDs的混合清洗荆的效果最好，其职。可以达到95％，清沈时问为10分钟。第六，超声波辅助水洗啤酒发酵液污染的PvDF

5、膜时，只能部分恢复膜的水通量，提高超声波处理强度和延长清洗时间，其稳态飓。并无明显的提高。由于该污染膜的污染成分比较复杂，单一化学清洗剂的超声波辅助清洗的效果低于混合沈液的清洗效果。超声波辅助NaOH+sDS+H202混合洗液lO分钟袱，。，可以达到93％。第七，建立的超声波辅助化学清洗的动力学模型，可很好地预测污染膜阻力的变化趋势。与传统的化学清洗相比，超声波辅助清洗过程中的清沈速度常数与操作温度无关，而与超声波的强度有关。随着超声波强度的增加，清洗速度常数也随之增大。超声波辅助化学清洗的过程分为两个阶段，每一阶段的清沈过程都符合一级动力学方程，但第一阶段的清沈速度

6、常数女．大于第二阶段的清洗速度常数t!。关键词：微滤，聚偏氟乙烯膜，膜污染，啤酒发酵液，污染模型，超声波，清洗，动力学模型，清洁生产IIAbstI-actMic丁ofjlt『ationoffersanattTactivealternativeforfluidclarification／Dasteurjzation，sterilizati彻infoodandbrewingjndustries．Thispaperreponsonmembranefoulingmechanjsmsduringrou曲beermicrofiltration，andprovidestheclea

7、ningprocedureofassisted—unrasoundchemicalforthefouledmembrane．Fjrsl，theseparationcharacterislicsjnbeefmicro捌t『ati彻jsbasedonafjnebalaJlcedretentionofparticIes(yeastcells，debfis，and∞agulatedpfotein—polyphenolcomplexes)，andtransmissionofdjssolVedmacromolecules(proteins，carbohydrat