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無(wú)機(jī)陶瓷超濾膜在食品和飲料行業(yè)中的應(yīng)用

1.果汁濃縮和澄清技術(shù) 果汁生產(chǎn)中，在處理壓榨過(guò)的或預(yù)過(guò)濾過(guò)的果汁澄清方面，微濾和超濾都已達(dá)到規(guī)模化應(yīng)用水平。傳統(tǒng)的果汁處理工藝包括漿果的粉碎、壓榨、粗濾液的過(guò)濾和精加工，這些過(guò)程需要添加處理劑，如壓榨助劑、過(guò)濾助劑等。無(wú)機(jī)膜技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于提高果汁質(zhì)量、降低操作成本是很有意義的。其一，超濾能將過(guò)濾和壓榨結(jié)合在一個(gè)單元里操作，降低了生產(chǎn)成本。其二，無(wú)機(jī)膜處理有利于保持了果汁的原汁原味。其三，無(wú)機(jī)膜在果汁過(guò)濾中，具有滲透通量較高、蛋白質(zhì)吸附少，機(jī)械強(qiáng)度好、耐高壓反沖洗和過(guò)程中不變型以及熱穩(wěn)定性好可進(jìn)行高溫原位消毒等優(yōu)點(diǎn)。蘋(píng)果汁的澄清利用陶瓷膜澄清蘋(píng)果汁是工業(yè)上廣泛應(yīng)用并獲得成功的實(shí)例之一，陶瓷膜較長(zhǎng)的使用壽命以及過(guò)濾后產(chǎn)品的風(fēng)味和芳香不變等性能，使該技術(shù)優(yōu)于其它分離技術(shù)如硅藻土過(guò)濾、高分子膜過(guò)濾等。其它果汁的澄清（1）紅莓子果汁的澄清：應(yīng)用陶瓷膜進(jìn)行紅莓子果汁的澄清已商業(yè)化。（2）番茄汁生產(chǎn)中的應(yīng)用：集成膜工藝在新型番茄汁的生產(chǎn)和濃縮領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景，在微濾濃縮時(shí)，滲透通量變化不大，濃縮因子可達(dá)到2.5，進(jìn)一步采用反滲透膜可將果汁濃縮到14-15Brix（白利糖度），滲透通量在20 l•m-2•h-1。 2.牛奶工業(yè)中的應(yīng)用技術(shù) 無(wú)機(jī)陶瓷膜在食品領(lǐng)域的第一次工業(yè)規(guī)模化應(yīng)用是乳清蛋白的濃縮，接著是牛奶蛋白的標(biāo)準(zhǔn)化，目前無(wú)機(jī)陶瓷膜在牛奶工業(yè)中的應(yīng)用主要有除菌、乳清蛋白濃縮物的回收、牛乳的濃縮等，目前國(guó)外已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。無(wú)機(jī)陶瓷膜在牛奶工業(yè)中的應(yīng)用主要是超濾和微濾膜。微濾膜截留脂肪、細(xì)菌及大分子酪蛋白，透過(guò)乳蛋白、乳糖、鹽類(lèi)等相對(duì)分子量較小的物質(zhì)，超濾膜截留液中則含有大部分乳蛋白，只有小分子物質(zhì)如乳糖、可溶鹽及非蛋白氮可透過(guò)膜。分離過(guò)程中影響膜通量的主要因素是濃差極化和膜污染，膜污染不僅降低膜通量，而且對(duì)截留液或滲透液的質(zhì)量產(chǎn)生影響。污染物的主要成分是蛋白質(zhì)、脂類(lèi)和鈣鹽，膜污染在很大程度上取決于料液組分與膜面的相互作用，蛋白吸附是膜污染的主要因素之一，膜污染可通過(guò)化學(xué)清洗消除，酸性清洗劑通常采用硝酸（0.5％）或磷酸，堿洗則用氫氧化鈉（0.1％），根據(jù)體系的特點(diǎn)也有采用其它化學(xué)清洗劑如過(guò)氧化氫、次氯酸鈉等進(jìn)行清洗。陶瓷膜在牛奶行業(yè)的應(yīng)用主要在以下幾個(gè)方面： 1、牛奶的微濾除菌 2、全奶或巴氏殺菌奶的濃縮 3、蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化 4、乳清蛋白的濃縮 5、酸奶的濃縮 6、牛初乳除菌中的應(yīng)用 3.啤酒釀造過(guò)程中的澄清和分離技術(shù) 無(wú)機(jī)陶瓷膜應(yīng)用于啤酒生產(chǎn)中主要是菌體去除以澄清啤酒和從罐底沉積物中回收啤酒。細(xì)菌或微生物的存在會(huì)影響啤酒的風(fēng)味并縮短其保質(zhì)期，傳統(tǒng)的過(guò)濾方法是采用硅藻土等進(jìn)行過(guò)濾，該法可以去除酵母和一些細(xì)菌，但對(duì)細(xì)菌的截留去除并不理想，因此，在罐裝前還需要巴氏殺菌以殺死細(xì)菌或微生物，由于涉及高溫?zé)崽幚恚鶎?dǎo)致一些芳香化合物的氧化，影響啤酒的風(fēng)味，同時(shí)殺菌后菌體并未徹底去除。多孔無(wú)機(jī)陶瓷膜的錯(cuò)流微濾技術(shù)在替代巴氏殺菌、直接進(jìn)行啤酒的澄清過(guò)濾方面是一種有廣闊前景的新技術(shù)，采用該技術(shù)可避免啤酒的熱處理，既達(dá)到除菌澄清的目的，又保證了啤酒的風(fēng)味和口感。技術(shù)特點(diǎn)： ▲可以從廢棄的酵母中回收啤酒 ▲可完全去除酒中的各類(lèi)微生物、酵母、果膠、懸浮顆粒及其他影響酒質(zhì)的微生物 ▲產(chǎn)品中極易受損的醇香物質(zhì)又不會(huì)受到任何破壞，可實(shí)現(xiàn)酒類(lèi)的直接罐裝 ▲獲得色澤透亮且具有較長(zhǎng)貨架期和高品質(zhì)的酒產(chǎn)品 ▲使得制酒過(guò)程變得衛(wèi)生、簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì) ▲分離效率高，過(guò)濾效果穩(wěn)定 ▲陶瓷膜耐酸、堿、有機(jī)溶劑及氧化劑，再生性能好，膜使用壽命長(zhǎng) 4.葡萄酒工業(yè)中的應(yīng)用技術(shù) 葡萄酒制作過(guò)程極為復(fù)雜，其中需要幾個(gè)澄清過(guò)程來(lái)穩(wěn)定酒質(zhì)。傳統(tǒng)的分離方法包括傾析、澄清精制、冷處理和過(guò)濾。經(jīng)過(guò)傾析過(guò)程，可除去酒中如葡萄、酵母、蛋白、多肽、果膠、膠、不穩(wěn)定的葡萄顏料、單寧及其它都能導(dǎo)致酒質(zhì)混濁的懸浮膠體粒子，從而增加口感和澄清度。精制澄清用于酒生產(chǎn)過(guò)程中的多個(gè)階段，包括壓榨果汁中酚類(lèi)的去除、發(fā)酵后酒中蛋白質(zhì)的降低以及裝瓶之前新酒的苦澀味的降低。過(guò)去比較好的分離方法是用少量的精制澄清清洗劑吸附粒子或中和帶點(diǎn)粒子使其絮凝和沉降，得到清澈的酒汁，冷處理能使酒食酸氫鉀和酒食酸鈣的晶體沉積，傳統(tǒng)的過(guò)濾步驟包括硅藻土的初過(guò)濾、精過(guò)濾和有機(jī)膜分離菌體。隨著陶瓷膜技術(shù)的發(fā)展，可以采用陶瓷膜錯(cuò)流微濾和超濾技術(shù)代替澄清、除菌和原料酒的穩(wěn)定處理，使制酒過(guò)程變的既簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)又能保持酒的醇香風(fēng)味。和國(guó)內(nèi)葡萄酒生產(chǎn)企業(yè)合作，開(kāi)發(fā)出用于葡萄酒除菌澄清陶瓷膜新技術(shù)。技術(shù)特點(diǎn)： ▲可完全去除酒中的各類(lèi)微生物、酵母、果膠、懸浮顆粒及其他影響酒質(zhì)的微生物 ▲產(chǎn)品中極易受損的醇香物質(zhì)又不會(huì)受到任何破壞，可實(shí)現(xiàn)酒類(lèi)的直接罐裝 ▲獲得色澤透亮且具有較長(zhǎng)貨架期和高品質(zhì)的酒產(chǎn)品 ▲使得制酒過(guò)程變得衛(wèi)生、簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì) ▲分離效率高，過(guò)濾效果穩(wěn)定 ▲陶瓷膜耐酸、堿、有機(jī)溶劑及氧化劑，再生性能好，膜使用壽命長(zhǎng) 5.大豆深加工技術(shù) 大豆深加工主要是指從大豆中提取油脂、大豆異黃酮、大豆分離蛋白、大豆乳清蛋白、大豆低聚糖、大豆磷脂、大豆蛋白肽、脫脂豆粉、食用纖維素等，目前的傳統(tǒng)工藝多采用硅藻土過(guò)濾、板框過(guò)濾或離心分離，這種方法勞動(dòng)強(qiáng)度大，分離精度低，產(chǎn)品收率低，后續(xù)操作水洗量大，廢水排放量大。采用無(wú)機(jī)陶瓷膜過(guò)濾加有機(jī)納濾膜集成技術(shù)用于大豆深加工，克服了以上難題，使產(chǎn)品分離精度大為提高，可充分利用大豆加工副產(chǎn)物（如豆渣、豆皮、大豆乳清水），大大提高大豆產(chǎn)業(yè)鏈的產(chǎn)品附加值，為大豆深加工企業(yè)帶來(lái)新的獲利方式。技術(shù)特點(diǎn)： ▲可從大豆加工副產(chǎn)品中提取大豆異黃酮、大豆分離蛋白、大豆乳清蛋白、大豆低聚糖、大豆磷脂、大豆蛋白肽等 ▲分離精度高，透過(guò)液雜質(zhì)含量少、澄清透明，減輕后續(xù)處理難度 ▲配套納濾濃縮，形成膜集成系統(tǒng) ▲連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，再生簡(jiǎn)單高效 ▲膜元件使用壽命長(zhǎng)，運(yùn)行成本低 ▲全自動(dòng)控制，半自動(dòng)和手動(dòng)系統(tǒng)兼?zhèn)洌瑒趧?dòng)強(qiáng)度低

南京工業(yè)大學(xué) 2021-01-12

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