膜技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用

摘要：近年來(lái)，膜技術(shù)在食品工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，使食品工業(yè)得到了更好的發(fā)展，本文概述了膜技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用，并重點(diǎn)論述了微濾技術(shù)、超濾技術(shù)、納濾技術(shù)及電滲析在食品各行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀，并展望了膜技術(shù)在食品工業(yè)中的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：膜技術(shù)；食品；微濾；超濾；納濾；電滲析

膜技術(shù)又稱膜分離技術(shù)，隨著科研人員的不斷研究開(kāi)發(fā)，膜分離技術(shù)在食品工業(yè)科技進(jìn)步中扮演著重要的角色，由于它的無(wú)相變、節(jié)能及在常溫下分離等特點(diǎn)，一經(jīng)引入食品工業(yè)就受到關(guān)注并取得不凡業(yè)績(jī)。它簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)食品加工工藝；避免了食品加工中的熱過(guò)程，高度保持了食品中的色、香、味及各種營(yíng)養(yǎng)成分；降低和解決了污染物的排放，并使有效成分得以綜合利用和回收；它既可脫鹽、脫除有害物質(zhì)和細(xì)菌，又可防止沉淀物的產(chǎn)生，所有這些先進(jìn)之處都是其他加工方式無(wú)法相比的。

以膜為核心的分離過(guò)程借助于膜在分離過(guò)程中的良好選擇性、滲透作用，使液固顆?；蚧旌弦褐械牟煌肿恿康慕M分得以分離。根據(jù)截留的組分不同，通常將膜過(guò)程分為微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）、反滲透（RO）、滲析（D）、電滲析（ED）、氣體分離（GP）、滲透氣化（PV）等。在食品工業(yè)中有應(yīng)用報(bào)道的膜分離過(guò)程為超濾、電滲析、反滲透、微濾和納濾。

我國(guó)食品工業(yè)中膜技術(shù)的應(yīng)用只是剛剛起步，目前應(yīng)用得比較成功和成熟的項(xiàng)目有：水處理、果汁加工、酒類加工，酶制劑等。對(duì)一些新技術(shù)和熱點(diǎn)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)正在進(jìn)行。

一、微濾在食品工業(yè)中的應(yīng)用

微濾技術(shù)廣泛應(yīng)用于食品行業(yè)，主要用于日本酒、啤酒除菌；礦泉水、制造水除菌；牛奶除菌；簡(jiǎn)化醬油制造工藝；食品制造污水處理等等。

1.微濾在乳品工業(yè)的應(yīng)用

用微濾技術(shù)（MF）除去乳中細(xì)菌和孢子這一舉措，與用加熱殺菌的辦法相比較，過(guò)去在乳品業(yè)界引起了廣泛地興趣。微濾在乳品工業(yè)中有潛在的可以改進(jìn)乳制品質(zhì)量如風(fēng)味、貨架期或是蛋白質(zhì)含量等方面的功效，但由于最先的微濾膜過(guò)濾曾是深度過(guò)濾，它使顆粒和微生物都一同保留在過(guò)濾結(jié)構(gòu)上，因而不適合于從乳中除菌目的的任何工藝過(guò)程。其后，開(kāi)發(fā)出一種真正的微濾膜，它是以均稱的或者是稍微不均稱的聚合物表面過(guò)濾的狀態(tài)出現(xiàn)。在這種膜過(guò)程中依液中所含顆粒的大小，或者通過(guò)，或者被保留在膜上。隨之又開(kāi)發(fā)成功的則是交叉流微濾（CFMF）。它在乳品工業(yè)中最顯著的用途是從乳中除菌，另外的用途是從干酪生產(chǎn)時(shí)使用的鹽水池中鹽水的除菌凈化，以防止二次污染，特別是致病菌。

2.微濾在飲料工業(yè)的應(yīng)用

八十年代初無(wú)機(jī)陶瓷膜已成功在法國(guó)的奶業(yè)和果汁、葡萄酒、蘋果酒、啤酒等行業(yè)得到了推廣應(yīng)用，澄清的果汁品質(zhì)優(yōu)良，比傳統(tǒng)的分離、硅藻土過(guò)濾加巴氏滅菌生產(chǎn)的果汁更具有芳香味。水果壓榨出來(lái)的汁中含有許多懸浮的固形物以及引起果汁變質(zhì)的細(xì)菌、果膠和粗蛋白等，膜分離技術(shù)能夠很好的除去這些物質(zhì)，并且不破壞果汁的顏色和口味，而且可以獲得較高的滲透通量和截留率，可以減少蛋白質(zhì)在膜表面的吸附，減輕膜污染此外由于無(wú)機(jī)膜具有的理化穩(wěn)定性好、抗微生物能力強(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)度大、耐高溫、分離效率高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)以及可以進(jìn)行高壓反沖洗和蒸汽在線消毒，因而在果汁飲料工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用前景。

在茶飲料的生產(chǎn)過(guò)程中， 茶汁的過(guò)濾技術(shù)是影響到茶飲料生產(chǎn)及存放期間澄清度的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)上采用的化學(xué)法和離心沉降及機(jī)械過(guò)濾法在效果和操作上都存在較大缺陷，無(wú)法徹底解決渾濁沉淀問(wèn)題。隨著膜技術(shù)的發(fā)展與完善，一些研究工作者及生產(chǎn)廠家用膜技術(shù)進(jìn)行了嘗試，研究表明，超濾膜對(duì)茶汁能有效除濁，但是，由于超濾膜微孔小，截留分子質(zhì)量常常在幾千至幾萬(wàn)之間道爾頓，在去除機(jī)械性雜質(zhì)的同時(shí)，對(duì)茶汁中的有效成分茶多酚也有較高的截留作用。而且，國(guó)內(nèi)超濾膜材質(zhì)多為聚砜（PS）和聚丙烯腈（PAN），在超濾過(guò)程中膜的污染較為嚴(yán)重，因此，超濾技術(shù)用于茶汁登清并不理想。微濾技術(shù)是以微濾膜組件為分離單元的過(guò)濾技術(shù)，其微孔孔徑介于超濾和精濾之間，微孔尺寸在0。1-0。2μm左右，膜材質(zhì)，隨著微濾膜制造技術(shù)的完善和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，在發(fā)酵、制藥、水的凈化及污水回用等領(lǐng)域應(yīng)用成功，是一種較為理想的溶液除濁、除菌新技術(shù)。劉建力等人用不同孔徑的中空纖維聚偏氟乙烯（PVDF）微波膜及截留分子質(zhì)量為5萬(wàn)u和8萬(wàn)u的超濾膜澄清處理綠茶、紅茶、烏龍茶等茶汁，結(jié)果表明，PVDF微濾膜不僅能有效去除茶汁中的膠體、顆粒、細(xì)菌等雜質(zhì)，使瓶裝茶飲料在保質(zhì)期內(nèi)清澈透明，而且與超濾相比，能保留茶汁的有效成分。

二、超濾在食品行業(yè)中的應(yīng)用

超濾是20世紀(jì)60年代初發(fā)展起來(lái)的新興的膜分離技術(shù)超濾具有常溫低壓，無(wú)相變、能耗低、快速簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，受到世界各國(guó)和各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的普遍關(guān)注。在國(guó)內(nèi)超濾技術(shù)也廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)的加工工藝中，如果蔬汁的澄清與滅菌、乳制品和豆制品的濃縮、調(diào)味品的精制等等。超濾技術(shù)的應(yīng)用不僅改革了傳統(tǒng)的加工工藝，而且提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，增加了產(chǎn)品的品種。

1.果蔬汁的滅菌與澄清

對(duì)于需要澄清的飲料等食品，可以在澄清的同時(shí)做到無(wú)熱除菌。據(jù)師俊玲等的報(bào)道，超濾對(duì)果蔬汁的營(yíng)養(yǎng)成分沒(méi)有負(fù)影響，果蔬汁超濾后維生素C的透過(guò)率平均在86%以上，并能夠大大減少透過(guò)液中的細(xì)菌總數(shù)，從而減少滅菌的負(fù)荷，超濾后的果汁透光度超過(guò)99%，澄清而透明。

果汁在低溫下進(jìn)行超濾澄清，可以有效克服傳統(tǒng)的澄清和加熱滅菌工藝所造成的果汁褐變、后混濁及具有強(qiáng)烈煮熟昧的缺點(diǎn)。經(jīng)過(guò)調(diào)配、脫氣、無(wú)菌灌裝后便成為高質(zhì)量的澄清型果蔬汁。

2.濃縮

（1）乳蛋白濃縮。超濾可截留原料乳中幾乎全部的蛋白質(zhì)，而允許乳糖和灰分通過(guò)。乳蛋白質(zhì)濃縮物亦稱乳濃縮蛋白，利用膜工藝分離并進(jìn)行部分濃縮，蛋白質(zhì)是基于其與乳中其他成分不同的物理特性（分子量）而分離，原始狀態(tài)不會(huì)被打亂并遭破壞，而且工藝參數(shù)可以有選擇地進(jìn)行，盡量使其對(duì)蛋白質(zhì)濃縮物所受到的損降至最小程度。膜分離乳蛋白質(zhì)濃縮物可以保持其原來(lái)的氨基酸含量，采用超濾，酪蛋白與乳清蛋白之比（質(zhì)量比）可以保持其原狀態(tài)，具有產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、功能特性、經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)點(diǎn)、節(jié)省物料等優(yōu)點(diǎn)。

（2）牛乳清濃縮。牛乳清經(jīng)脫去牛乳脂和干酪素后，其乳清中還含有0.6～0.7%的乳清蛋白和4～5%的乳糖，常規(guī)回收乳清有用成分的加工方法是采用多效蒸發(fā)，該法效率低，耗能高，又易造成乳清因熱不穩(wěn)定而變質(zhì)。采用超濾膜分離技術(shù)進(jìn)行牛乳清濃縮回收，可以克服常規(guī)法的缺點(diǎn)。超濾后的蛋白質(zhì)與乳糖之比大大提高。

3.減少蘆薈凝膠汁生物活性物質(zhì)的損失

蘆薈凝膠汁是各種蘆薈產(chǎn)品的基本成分。要保證蘆薈產(chǎn)品的保鍵功能，就必須在加工過(guò)程中盡可能減少蘆薈生物活性物質(zhì)的損失。但是，蘆薈凝膠中的生物活性物質(zhì)絕大多數(shù)屬熱敏性物質(zhì)，在加工過(guò)程中極易降解或失活。超濾過(guò)程是一個(gè)純物理性的分離過(guò)程，特別適用于蘆薈凝膠汁生產(chǎn)。

4.超濾技術(shù)在食品工業(yè)用水處理中的應(yīng)用

通常食品用水主要指的是配制食品的精制無(wú)菌脫鹽水和人工礦泉水。在現(xiàn)代食品工業(yè)制備超純水系統(tǒng)中，采取反滲透預(yù)脫鹽方法，既可減輕離子交換樹(shù)脂負(fù)荷的80%-90%，又可有效地去除水中的中性微粒、細(xì)菌等，從而得到廣泛的應(yīng)用。超濾膜的水通量大，運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)，能較好地去除水中的微粒、細(xì)菌，如應(yīng)用2萬(wàn)分子量的聚風(fēng)中空纖維超濾器能去除自來(lái)水中的95%以上的微粒。

三、納濾技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用

納濾膜（Nanofiltration Membranes）是20世紀(jì)80年代末問(wèn)世的一種新型分離膜，其截留分子量介于反滲透膜和超濾膜之間，約為200-2000。該膜存在著納米級(jí)細(xì)孔，截留率大于95%的最小分子的直徑約為lnm，所以近年來(lái)被命名為納濾（NF）。

1.氨基酸和多肽的分離

利用納濾膜的荷電性，可以分離氨基酸和多肽。某些納濾膜帶有靜電官能團(tuán)，基于靜電相互作用，納濾膜對(duì)離子具有一定的截留率，可以用于分離氨基酸和多肽。Garem等利用無(wú)機(jī)和高分子復(fù)合型納濾膜進(jìn)行了九種氨基酸和三種多肽的分離實(shí)驗(yàn)。

氨基酸和多肽的分離在食品工業(yè)中具有重要意義。如大豆蛋白質(zhì)酶水解物的制備，水解過(guò)程中常產(chǎn)生苦味肽和帶苦味的氨基酸。利用納濾膜技術(shù)有望分離出這些苦味物質(zhì)，這將為大豆蛋白水解物的應(yīng)用開(kāi)辟出一片新天地。

2.低聚糖的分離

在低聚糖生產(chǎn)工藝中，分離出單糖、二糖及高分子聚合糖非常重要。這種分離一直采用高效液相色譜法（HPLC）來(lái)完成。HPLC法處理量小，耗資大，并且需要大量水稀釋，因而使后續(xù)濃縮消耗許多能量，增加了生產(chǎn)成本。低聚糖分子量在1000左右，單糖、二糖及三糖分子量分別為180，342，504，所以用適合孔徑的納濾膜可以從低聚糖的反應(yīng)液中除去單糖、二糖等。且將大大降低操作成本。Matsubara等研究了從加工豆腐蒸制大豆的廢水中提取低聚糖。該方法用超濾分離除去了大分子蛋白，反滲透除鹽，用納濾技術(shù)分離得到濃度22% （W/V）的低聚糖溶液，大大降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

3.油脂中游離脂肪酸的分離

在脂肪和油脂工業(yè)中，將油脂脫酸以適合消費(fèi)者的需要是非常重要的。通常用堿脫去游離脂肪酸，但這種脫酸方法導(dǎo)致大約8%甘油三酸醋的損失。物理精煉法水蒸汽洗提作為一種替代方法，但這種方法又十分耗能，增加生產(chǎn)成本。用膜使蔬菜油脫酸的方法已有許多報(bào)道。Zwijnenberg等進(jìn)行了用納濾膜脫除蔬菜油中游離脂肪酸的研究。用納濾膜技術(shù)脫除蔬菜油中游離脂肪酸，既能夠減少能量消耗，又能降低甘油三酸醋損失，大大地降低了生產(chǎn)成本。

4.在乳制品中的應(yīng)用

納濾膜技術(shù)可以應(yīng)用于牛奶的脫鹽、濃縮、乳清蛋白的濃縮，牛乳中低聚糖的回收等。利用離子易透過(guò)而乳清不易透過(guò)的膜，在操作中可以將除鹽、乳糖與蛋白質(zhì)的濃縮同時(shí)進(jìn)行。研究結(jié)果表明應(yīng)用納濾還能有效地除去脫脂乳在儲(chǔ)藏過(guò)程中產(chǎn)生的各種不良?xì)馕段镔|(zhì)，并不破壞牛奶風(fēng)味，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值也高于其他處理方法。利用納濾膜濃縮的牛乳可以制成口感極佳、風(fēng)味純正的高級(jí)冰淇淋。

四、電滲析在食品工業(yè)中的應(yīng)用

1.通用型電滲析膜

通用型電滲析技術(shù)已有幾十年的發(fā)展歷其設(shè)備組件和分離理論研究也在不斷發(fā)用于海水制氯化鈉，脫鹽乳清生產(chǎn)等。

2.雙極性膜電滲析工藝

雙極性膜電滲析工藝在進(jìn)人90年代后得到了較快發(fā)展，在食品添加劑工業(yè)中，可用于從VCNa制備VC、乳酸制備、氨基酸制備等等。

3.反饋式離子膜分離工藝

反饋式離子膜分離工藝是近年來(lái)作者研究開(kāi)發(fā)并工業(yè)化的一種新型電滲析膜技術(shù)，在食品工業(yè)中可用于氨基酸分離制備等。

4.多元組合電滲析工藝

隨著電滲析應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，對(duì)工藝組合的研究不斷獲得進(jìn)展，利用電滲析膜工藝技術(shù)和反滲透、超濾、微過(guò)濾、電解、擴(kuò)散滲析、鈉濾及離子交換等工藝進(jìn)行二元或多元工藝組合，以不同技術(shù)的自身優(yōu)勢(shì)，呈現(xiàn)出一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的最佳工藝系統(tǒng)。如用于海帶浸泡水中甘露醇的提取。

五、膜技術(shù)在食品工業(yè)的應(yīng)用前景

食品飲料工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展直接關(guān)系到人民生活質(zhì)量改善與提高。由于膜分離技術(shù)作為新興的先進(jìn)的分離方法與常規(guī)分離方法相比具有能耗低、單級(jí)分離效率高、工藝簡(jiǎn)單、集數(shù)個(gè)單元操作于一體、不污染環(huán)境、易于連續(xù)化生產(chǎn)等特點(diǎn)，所以在我國(guó)膜技術(shù)在食品工業(yè)中已經(jīng)顯示出了良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，發(fā)展前景極其廣闊。隨著新型的膜材料、膜組件和膜設(shè)備的研制開(kāi)發(fā)，膜技術(shù)必將在食品工業(yè)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

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