反滲透膜技術在食品工業(yè)中的應用

1、反滲透膜技術在食品工業(yè)中的應用因為膜分離過程不需要加熱，可防止熱敏物質失活、雜茵 污染，無相變，集分離、濃縮、提純、殺菌為一體，分離效果 高，操作簡單、費用低，特別適合食品工業(yè)的應用。下面介紹 近年來膜分離技術在食品工業(yè)中的應用狀況。4.1 澄清澄清工序是澄清汁生產(chǎn)的關鍵。傳統(tǒng)的澄清方法如明膠單 寧法、加熱凝聚澄清法、冷凍法、板框過濾法、酶處理法等， 都存在各自的弱點。將膜超濾技術用于食醋、醬油、果蔬汁、 茶汁、啤酒等生產(chǎn)中，在分離致濁組分的同時達到澄清的目 的。因為操作不受溫度的影響，不發(fā)生相變，可以較好地保存 原有風味，同時具有快速、經(jīng)濟的特點。以水果壓榨出汁，制成的果汁飲料中含有許多懸浮

2、的固形 物以及引起果汁變質的細菌、果膠和粗蛋白。應用膜超濾技術 處理甘蔗汁、蘋果汁、草莓汁、南瓜汁等汁液，分離澄清效果 良好。陳少州等在南瓜澄清汁加工中分別采用PSA1.5、PSA3.0、等平板超濾膜進行超濾澄清處理，對南瓜汁均有明顯 的澄清效果。其透光率(入=420門口由原汁的78.9%分別上升到 99.4%、98.9%，除果膠和蛋白質外，膜截留分子量(MWCO對可溶性固形物、還原糖、pH礦質元素和總酸等含量均無影響。澄清汁貯存4個月后PSA1.5、PSA3.0超濾汁無沉淀現(xiàn)象，穩(wěn)定 性好。傳統(tǒng)的醬油澄清技術是采用巴氏消毒法，板框過濾澄清產(chǎn) 品。產(chǎn)品有沉淀，細菌數(shù)偏高，生產(chǎn)強度大，廢棄物多，

3、易造 成環(huán)境污染。李書申等人用超濾膜技術替代傳統(tǒng)的醬油生產(chǎn)中 蒸發(fā)、濃縮、澄清、凈化等裝置，對醬油澄清、除茵、脫色處 理，大幅降低能耗，提高了產(chǎn)品品質。飲料業(yè)中的水處理。飲料的主要成分是水，水的質量決定 了飲料的質量，水處理設備 ( 永潔達牌 與最終水質有密切關 系。只用傳統(tǒng)的沙濾棒或硅藻土過濾手段，不可能達到精細的 過濾等級和絕對地去除微生物。而應用膜分離手段則可能達到 極好的分離效果。在膜技術發(fā)達國家，飲料生產(chǎn)領域95%以上采用微孔濾膜為分離途徑之一，在我國，微濾、超濾技術在飲 料生產(chǎn)中都已得到較廣泛應用。在飲料行業(yè)中要達到凈化、澄 清的目的，用0.45 m勺微孔膜過濾元件進行流程過濾即可

4、滿足 要求。因為微孔膜過濾后除去的是飲料中的雜質、懸浮物及生 物菌體等，而水中的微量元素和營養(yǎng)物質卻毫無損失，所以特 別適用于某些需保持特殊成分或風味的飲料的凈化過濾，如天 然飲用礦泉水。應用膜分離過程制備飲用水和超純水已實現(xiàn)工 業(yè)化。據(jù)統(tǒng)計， 1988 年世界上應用電滲技術生產(chǎn)飲用水銷售額 達 5 億美元，并按每年 10%的速度增長。茶飲料是目前飲料市場上非常受歡迎的飲品。然而茶提取 液中含有蛋白質、果膠、淀粉等大分子物質，其中的茶多酚類 及其氧化產(chǎn)物等物質形成絡合物，使茶汁產(chǎn)生混濁及沉淀，消 除混濁及沉淀是茶飲料生產(chǎn)的關鍵。傳統(tǒng)的方法易使茶汁中許 多有效成分去除，造成風味嚴重損失。采用超濾

5、法處理綠茶汁 和紅茶汁可有效去除茶汁中的大部分蛋白質、果膠、淀粉等大 分子物質，而茶多酚、氨基酸、兒茶素、等含量損失很少，醇 不溶性物質AIS可去除38% 70%使透明度提高92% 95% 茶汁外觀清澈透明，口感好，茶汁不易二次渾濁和變質。4.2 濃縮、純化利用膜的優(yōu)良的選擇性可將溶液中的欲提取組分在與其他 組分分離的同時有效地得到濃縮和純化。羊棲菜是一種暖溫帶海藻 . 羊棲菜多糖具有明顯的生物活 性，具有抗腫瘤、促進造血功能、防止血栓形成、降血糖、降 膽固醇、防高血壓、增強免疫力等功能，是“綠色黃金食 品”。采用中空維超濾膜技術 ( 截留分子量 6000，入口壓力 ，出口壓力 0.40O.4

6、6MPa 操作溫度 13-15C 脫除羊棲菜粗多糖提取液中的鹽分，脫除率達99.9%，同時脫除部分色素物質，在保留了粗多糖提取液中生理活性物質的同 時，濃縮了提取液，提高了主要成分褐藻膠與褐藻糖膠的含 量。分離提純酶解后大豆蛋白粗品制造出具有特定功能性和營 養(yǎng)性的富含大豆蛋白肽的食品，是大豆肽能廣泛應用的關鍵 . 傳 統(tǒng)生產(chǎn)技術采用醇法或酸堿法，產(chǎn)品得率低，工藝復雜，廢水 排放易造成環(huán)境污染 . 陳山等采用德國 Sartorius 產(chǎn)的 VIVAFL0W5型板框超濾器（膜材料為聚砜，截留分子量 5000, 工作壓力0.15MPa,溫度25C 以全回流方式對大豆肽粗產(chǎn)品進 行處理，分離出純度達

7、75%的大豆肽。張寧采用截留分子量為 50， 000u 的內壓式中空纖維超濾膜 對微生物胞外多糖P3-9415發(fā)酵液進行分離濃縮。在 0.05Mpa 下對 3%的料液超濾濃縮至 5.8%的濃縮液，多糖回收率達 82.7%。在0.1Mpa下將0.5%勺料液濃縮至2.95%,濃度提高 4.9 倍。在分離發(fā)酵液中殘余的培養(yǎng)基組分 （包括糖、含氮物 質、無機鹽等 勺同時,濃縮澄清純化了多糖。果膠是一種由半乳糖醛酸組成勺高分子物質,在食品工業(yè) 上用作膠凝劑,增稠劑等,市場需求量很大。目前,生產(chǎn)工藝 主要以柑橘皮等為原料,以稀酸提取,提取液中含大量對膠凝 度無貢獻勺有機酸、酚、皮油及色素。后續(xù)處理任務繁重

8、,成 本高,產(chǎn)品色深 . 周仲實采用超濾膜裝置對提取液進行處理,初 步濃縮除去大部分對膠凝度無貢獻勺雜質后,再經(jīng)電滲析 （ED 脫去大部分鹽酸和無機離子,所得提取液可直接干燥獲得高品 質勺果膠,且大幅降低了生產(chǎn)成本。初乳是母體分娩后一周內分泌的乳汁，富含多功能因子， 如免疫球蛋白、乳鐵蛋白、各種生長因子等，其中乳鐵蛋白 (LF 具有許多獨特的生理調節(jié)功能。 Dulols 采用超濾法得到 5 倍濃縮倍數(shù)的乳鐵蛋白和免疫球蛋白截留物。目前超濾法是生 產(chǎn)食品級乳鐵蛋白的最具工業(yè)化前景的方法之一。超濾在乳品工業(yè)中的另一重要應用是乳蛋白的濃縮。通過 全過濾 ( 即不斷地在截留液中加水重復過濾 可最大程度

9、地去除 乳糖和灰分，制取高蛋白含量的濃縮乳蛋白 ( 蛋白含量 85%。 此項技術還應用于生產(chǎn)高蛋白含量的脫脂奶粉和脫鹽、脫乳糖 的乳清粉。還可將超濾和電滲析結合起來生產(chǎn)乳清蛋白濃縮 物。膜技術也帶來了乳清產(chǎn)品的迅猛發(fā)展。用超濾處理乳清， 提高了產(chǎn)品中蛋白質含量，使其質量得到了根本改善。此技術 現(xiàn)已在美國、新西蘭、澳大利亞和法國等廣泛應用。目前，國 外乳清蛋白的產(chǎn)量在乳品工業(yè)中占有相當大的比重，用超濾回 收并濃縮乳清中的蛋白質，可獲得蛋白質含量在35%-85%的乳清蛋白質粉，用無機超濾膜濃縮乳清蛋白制得蛋白的技術也正 在研究之中。除此之外，還廣泛用于乳清制品加工，如脫鹽、 脫乳糖的乳清粉。國外目

10、前還正在研究將各種膜分離技術和色譜方法及化學 處理、酶處理結合起來，從乳蛋白中分離B -酪蛋白、a -乳清 蛋白及免疫球蛋白的工作。 Maubios 和 Gauthier 都進行了相關 的工作。4.3 食品分析食品中的某些組分含量甚微，不論是對人體有益還是有 害，都需監(jiān)控其含量。利用膜技術可將微量甚至痕跡量的組分 富集在特定的濾膜上，再選用合適的分析方法進行分析檢測， 可大大提高檢測靈敏度。錳（11與二溴羥基苯基熒光酮（DBHPE和溴化十六烷基三甲 胺（CTMAB形成配合物，通過微濾膜富集，用二甲亞砜將濾膜及 配合物溶解，在分光光度計上測定吸光度是一種快速富集測定 錳的方法.配合物最大吸收波長

11、592nm表觀摩爾吸光系數(shù)E 592=4.70 x 10L?mo- 1?cm-1，錳含量 0-12 卩 g/5m1，范圍符合 比爾定律。可用于糧食中錳的檢驗。Amberlyst-26（A-26 是一種強堿性陰離子交換樹脂，尤其適用于分析非水溶性的物質。1983年，Needs將A-26樹脂應用 于分析乳制品中的游離脂肪酸 . 后國內廣泛用于分析肉及肉制品 中的游離脂肪酸，獲得良好效果。臘肉加工過程中脂解產(chǎn)生的 游離脂肪酸（FFA對產(chǎn)品的品質和風味有重要影響。針對臘肉加 工過程中游離脂肪酸的變化，傅櫻花等用 A-26 離子交換樹脂與 游離脂肪酸發(fā)生交換，再將純化的游離脂肪酸甲酯后進行氣譜 分析，準

12、確度、精密度好，是一種簡單可靠的方法。4.4 除菌傳統(tǒng)的食品飲料殺菌方法為巴氏殺菌和高溫瞬時殺菌，操 作繁瑣，殘留細菌多，高溫易造成熱敏物質失活和產(chǎn)品口味營 養(yǎng)的破壞。用微濾技術取而代之，孔徑為納M級的微濾膜足以阻止微生物通過，從而在分離的同時達到“冷殺菌”的效果。在鮮啤酒生產(chǎn)過程中采用微濾膜常溫下處理用水及發(fā)酵 液，可有效去除水中的大腸桿菌和谷類雜菌，有效去除發(fā)酵液 中的污染微生物和殘留的酵母菌。褚良銀等人采用孔徑為 0.5 m陶瓷膜處理除菌率達100%色截留率僅為3%在谷氨酸發(fā)酵液除菌中王煥章等人采用微孔陶瓷膜過濾器 過濾，實現(xiàn)除菌、洗菌、濃縮連續(xù)操作，除菌率高于 99.98%， 濃縮倍數(shù)

13、達25倍，膜平均通量為80L/m2?h,當加水量達到發(fā) 酵液的 0.1 倍時，谷氨酸收率達 99.7%。在牛奶及果酒的除菌過濾中，采用膜孔徑為 1 1.5m的微 孔陶瓷膜脫除低脂牛奶中細菌，效率達 99.6%，濾速達 500L- 700L/m2?h,產(chǎn)品在低溫下的保存期由未處理前的 6 8天延長 至 16 21 天。蘆薈凝膠汁是各種蘆薈產(chǎn)品的基礎原料 . 要保障蘆薈產(chǎn)品的保健功能，在加工過程中盡可能減少生物活性物質的損失. 但這些物質大多屬于熱敏物質，在傳統(tǒng)加工技術中極易降解失活。 錢和等人利用截留分子量為 100, OOOD的聚醚砜（PESB濾膜 （料液濃度為0.2%土 0.05注右，循環(huán)速

14、度 0.75m3/h，操作壓力 （0.2-O.35MPa在常溫下處理蘆薈凝膠汁，有效去除了產(chǎn)品中微 生物和部分褐變色素及苦味前體，基本保留了蘆薈凝膠汁中的 營養(yǎng)成分，大大改善了產(chǎn)品的品質和口感。4.5 酶的提取酶是一種高效、專一、活性可以調節(jié)的催化劑 . 在食品工業(yè) 中廣泛用于制糖工業(yè)、啤酒發(fā)酵、蛋白制品加工、水果蔬菜加 工、肉類魚類加工、食品保藏等方面。常用的提取方法有凝膠 過濾法、疏水層析法、親水層析法、高效液相層析等，存在著 或分辨率過低，或不適于工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)等缺陷，而利用膜分 離技術可以很好地解決這些困難。生姜蛋白酶對豬肉、牛肉有良好的嫩化效果，對啤酒、紅 葡萄酒亦有良好的澄清效果。

15、傳統(tǒng)的生姜蛋白酶的提取方法很 多，但成本高、產(chǎn)量低、操作繁瑣，不適于工業(yè)化大規(guī)模生 產(chǎn)。杭州永潔達反滲透膜產(chǎn)品品質好，純度高，成本低。溶菌酶能催化細胞壁中肽聚糖的B -1 , 4-糖苷鍵水解，使細胞溶化，消失，廣泛用于食品防腐、醫(yī)藥等方面，市場應用 廣泛，需求量大。雞蛋清是工業(yè)生產(chǎn)溶菌酶的主要原料。如何 降低溶菌酶的提純成本和提高酶的活性是關鍵。 ( 截留分子量為 30000、操作壓力為0.35MPa、溫度為15C 超濾進行15min后 進行清洗。酶得率 63%純度98.5%，酶活14610U/mg或 16831U/m將濃縮液直接進行冷凍干燥即可。而張文會等人以 D52弱酸性離子交換樹脂的 N

16、a型和H型樹脂混合用于吸附過 程，然后銨溶液洗脫，鹽析即可得到較純凈的溶菌酶。每 100 克蛋清可得酶 0.4 克，酶活 lO000u/mg 左右。4.6 酶膜反應器大多數(shù)化學反應都是可逆的，使用傳統(tǒng)的反應器無法突破 平衡轉化率的限制。在膜反應器中，利用膜的選擇透過性可連 續(xù)脫除某一產(chǎn)物組分，使化學平衡向有利于產(chǎn)物的方向轉化。 提高可逆反應的產(chǎn)率，減少未反應物的循環(huán)量，有可能使反 應、產(chǎn)物分離、凈化等幾個單元操作在一個膜反應器中進行， 有可能使反應在較低溫度下進行。而酶是高效專一的催化劑， 在生物轉化中起到重要作用。將酶固定在膜上，集合成酶膜反 應器。集催化反應、產(chǎn)物分離、提純等于一體，既提高反應物 的轉化率、酶的利用率，又利于連續(xù)化生產(chǎn)。當然膜的