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1、果汁生产中膜技术的应用冯文婕蔡邦肖摘要：膜技术是一种高效、低能耗和易操作的分离技术,在果汁的生产中得到越来越广泛的应用。概述了膜技术在苹果汁、柑桔汁、山楂汁、葡萄汁、草莓汁等果汁生产中的应用和特点,并展望了膜技术在果汁加工中的应用前景。水果除鲜食外,70%用于加工,其中以果汁生产为主。果汁是由优质的新鲜水果制得的汁液,其风味佳美、营养丰富,深受广大消费者的喜爱。世界果汁加工业发展很快,近10年来,国际果汁贸易量一直处于上升趋势,1992年发达国家人均果汁消费量达34.2kg/a。尽管果汁饮料前景看好,
2、但在传统的加工中,尤其是多级真空蒸发方法浓缩果汁,能耗和生产成本高,风味物质和营养物质(尤其是维生素类和芳香类)损失严重,降低了果汁的商品及营养价值。然而,随着超滤(UF)、反渗透(RO)、渗透气化(PV)等膜分离技术在食品工业中的逐步应用,逐渐克服了传统加工工艺中的缺陷。UF、RO膜技术都是以压力为驱动力,通过功能性半透膜对液相物质进行浓缩、纯化的分离技术,分离过程无需加热、无相变,常温下即可完成操作。PV是通过高分子非多孔膜的两侧组分的蒸气分压差使液体混合物部分气化,进行选择性分离的膜分离过程。2
3、0世纪60年代初,Loeb和Sourirajin发明了非对称性膜后,UF和RO技术在乳制品和果蔬汁饮料工业中开始得到广泛的应用。美国南卡罗莱纳州农业试验站用金属膜直接中国城镇水网UF苹果浆;意大利于1984年建立了世界上第1条RO浓缩番茄汁生产线;美国DuPont公司在20世纪80年代末开始出售RO浓缩橘子汁的分离装置;日本电气工业薄膜事业部利用膜技术改进葡萄酒的品质;土耳其用聚醚砜/聚乙烯吡咯烷酮(PES/PVP)复合膜澄清果汁,由于在膜http://www.chinacitywater.org澄清
4、果汁过程还脱除了30%的多酚氧化物和31%的色素,果汁的稳定性显著提高。近年来,通过PV以及组合膜技术回收果汁中芳香物质的应用研究,基本解决了膜技术应用中存在的如RO浓缩时的压力限制等问题[1]。我国于20世纪70年代开始将膜技术应用于农产品深加工和食品制造工业。近年来,我国绝大多数矿泉水生产厂家均采用UF或微滤(MF)膜技术除菌、除胶体、除絮凝物质和颗粒物等。广东太阳神集团、海南杏仁露饮料公司、天津武清饮料厂以及许多啤酒生产厂都应用RO或离子交换膜电渗析(ED)技术制备纯水配兑饮料,大大改善了产品质
5、量。深圳膜生公司用丹麦DDS公司的板式复合膜RO装置建成了浓缩茶汁生产线,生产速溶乌龙茶等系列产品。1997年我国成功的将RO和UF应用于山楂汁的工业化生产中。本文面向果汁加工中的膜技术应用,着重概述了膜技术在苹果汁、柑桔汁、山楂汁、葡萄汁、草莓汁等果汁生产中的应用现状及其膜技术的特点与新型饮料的独特风味,以期推进膜技术在果汁加工中的广泛应用。1苹果汁生产中的应用苹果是我国的第一大水果,种植面积和产量均居世界首位,苹果加工业的重点发展方向是果汁和果酒。近年来,我国苹果汁加工业发展迅速,苹果汁出口量居世
6、界第一,出口额占世界的1/4[2]。国内外大量应用研究和实例表明,苹果汁生产中应用膜技术的主要方面是苹果汁的澄清和浓缩。1.1超滤澄清苹果汁澄清是苹果汁生产的重要环节,过去采用的硅藻土和果胶酶-明胶-硅溶液都存在澄清处理耗时长、易引起二次混浊、果汁易氧化等问题。然而,经UF膜澄清的苹果汁在品质和工艺上都比较优越。用聚砜(PS)、磺化聚砜(SPS)、聚砜-磺化聚砜共混膜(PSSPS)、聚丙烯腈(PAN)、羧基化改性的PAN板式膜、中空纤维PAN膜等6种国产膜对苹果汁进行UF澄清[2]表明,经UF膜处理后
7、,苹果汁的澄清度提高、褐变程度小,且对Vc含量和pH值的影响不大。表1显示各种膜的UF效果。根据表1的结果,综合考虑UF处理后果汁的质量,采中国城镇水网用截留分子量(MWCO)为3万的PS-SPS共混膜澄清苹果汁的效果最好。表1不同膜UF澄清苹果汁效果http://www.chinacitywater.org改性中空PS-PAN纤维参考膜类型PSSPSPANSPS板式PAN文献膜膜混浊现象严重较轻严重严重[3]稍严严重重芳香成分一无无无较好一般[4]的保留般甜酸风味酸酸酸酸酸[2]适中浅颜色浅黄浅绿浅
8、绿淡绿浅黄[2]黄香味柔和较重柔和重淡重[2]一膜通量高最低最高一般较高[2]般较抗污能力强弱强较强较弱[2]弱膜清洗难中国城镇水网较难容易难一般较易[2]1.2反渗透浓缩苹果汁果汁经澄清后还需进行浓缩。RO浓缩果汁具有较好地保存果汁风味和营养成分、降低http://www.chinacitywater.org能耗和操作简单等优点。但由于苹果汁中果胶含量较高,浓缩时膜孔易堵塞,因此需用果胶酶脱胶预处理。在实际生产中,用醋酸纤维(CA)膜管式RO装置浓缩的
