超滤技术在食品及发酵工业中的应用1

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1、超滤技术在食品及发酵工业中的应用摘　要:超滤是一种新型膜分离技术,近几十年年来发展十分迅速。本文介绍了超滤技术的基本原理、及其在食品及发酵工业中的应用,并对其应用前景作了展望。关键词:超滤；膜技术；　超滤是20世纪60年代兴起的一项新技术，是膜分离技术之一。一般凡是能截留相对分子量约500以上高分子的膜分离过程称为超滤。超滤主要依赖于被分离物质分子的大小、形状和性质不同。它操作简便，成本低廉，分离效率高，且不引起温度、离子状态及相的变化，但需要外加压力。近来广泛用于生物制品、食品和制药工业、三废处理及其他浓缩、

2、脱盐及分级分离过程，特别是分离一些分子量差别较大的溶液，更显出它的优越性[1]。超滤技术的应用不仅改革了传统的加工工艺，而且提高了产品的质量，增加了产品的品种。1、超滤的分离原理膜过滤是一种运作在分子水平上的分离技术。最简单的超滤器的工作原理如图1所示:图1　超滤器工作原理图即在一定的压力作用下,当含有大小分子物质两类溶质的溶液流过被支撑的膜表面时,溶剂和小分子溶质(如无机盐类)透过膜,作为透过物被收集起来,大分子溶质(如有机胶体等)则被薄膜截留而作为浓缩液被回收。其中溶剂和小分子物质通过膜是由膜两侧的压力差造

3、成的。当含溶质的物料和溶剂被滤膜隔开时,溶剂和小分子会通过渗透达到平衡。但物料中的大分子不能通过膜,因而在膜两侧形成渗透压差。此时,如果在膜的两侧施加一个逆向的压强差,使其大于膜两侧的渗透压差,就会出现溶剂和小分子倒流现象,使浓度较高的溶液进一步得到浓缩。所以在超滤过程中可同时完成分离(使大分子溶质和小分子溶质分开)和浓缩(从物料中脱去部分溶剂)两个过程。在超滤中,大分子溶质之所以不能象溶剂那样容易通过膜,主要是因为下列几个原因:(1)被吸附在过滤膜的表面和孔中(基本吸附);(2)被保留在孔内而被除去(堵塞);

4、(3)机械地被截留在过滤膜表面上(筛分)。所以,有人认为把超滤视为一种筛孔分离过程过于简单,5膜表面的化学性质也是影响超滤分离的重要因素。超滤往往既有筛分过滤作用,又有选择性渗透作用。2、超滤技术在食品工业中的应用2．1超滤在果蔬汁的生产中的应用自Heatherbell等人成功运用超滤技术制得了稳定的苹果澄清汁之后,超滤技术在果汁澄清中的研究与应用发展很快。国外已在苹果汁、橙汁、梨汁、葡萄汁、柠檬汁、番茄汁等果蔬汁的生产加工中采用超滤等膜分离技术,以实现对其除菌、澄清和浓缩[2]。与传统的工艺方法相比,这种工艺

5、的特点是：降低操作和劳务费用;保留果蔬汁中的芳香和脂溶性成分,使其口感接近鲜食风味,从而提高了产品质量;能去除微生物和过量的酶,有助于产品的长期贮存而不会出现沉淀;由于采用了自动控制,操作更可靠,令产品质量更均衡。图4是超滤与传统澄清技术的比较。从中可见,超滤程序不但能减少处理时间,更可提高果汁生产的收益。2.2超滤在乳品加工中的应用5在国外,膜分离技术应用于乳品工业始于70年代末。目前,超滤技术主要应用于原奶浓缩、脱脂奶浓缩、乳清预备浓缩、原奶精制、蛋白和肽的分离以及从干酪生产的乳清废液中回收乳糖、脂肪和蛋白

6、质等成分,具有节省能源、减少蛋白质变性、提高产品质量以及从乳品中制取多种成分等特点,较传统生产方式有明显的优势,是传统加工工艺所无法比拟的[3]。目前我国在乳品和植物蛋白生产中所采用的膜分离技术仅处于研究或试生产阶段,尚无成熟的工业化生产实例。下面就以采用超滤法生产乳清粉为例,介绍一下其在乳品工业中的应用。多年来,制造奶酪的副产品一直被用作为饲料,或是作为废物而排入下水道。这样既造成浪费,又污染了环境。采用超滤法则可以提高产品中蛋白质的含量,使制得的乳清粉质量得到了根本改善。其工艺流程如图2所示。采用超滤法可以

7、从乳清中分离出低分子的水、盐、乳糖,从而改善了浓缩物中蛋白质、乳糖和盐的比例。此外,蛋白浓缩物也不再仅只能加工成粉末状,而可以是液体状,然后,将其掺和入其它产品中或返回奶酪生产过程中,这样就可以提高原乳的产率。图3为Manbois所提供的不产生乳清的软奶酪的制造法。采用该法的优点是,可省去处理乳清的设备,省去转化为奶酪的中间过程,通常可节约原所需凝乳酶的80%,省去或减少了CaCl2添加剂,从而提高了产率。当然,采用该法制得的产品口味和质地会有所改变。2.3超滤在酒类生产中的应用5超滤技术应用于酒类生产，可起澄

8、清、灭菌、浓缩、精制、去酶以及改变酒体口感、风味等作用。如朱一松[4]等用截留分子量为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