膜分離技術及其在食品工業(yè)中的應用

◎ 張明玉，劉玉青

（漯河食品職業(yè)學院，河南 漯河 462300）

隨著我國科學技術飛速發(fā)展，在生物、化學以及物理等學科領域有了很多科學研究項，并逐漸出現(xiàn)了膜分離技術。膜分離技術的優(yōu)勢非常明顯，在食品工業(yè)中合理應用膜分離技術可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。膜分離技術主要是利用物理原理，不需要加入其他化學物質(zhì)，因此可以節(jié)約大量的能源，而且綠色無污染。膜分離的過程中不會出現(xiàn)相變，可以有效分離和濃縮生物活性物質(zhì)。在食品工業(yè)中應用膜分離技術可以避免營養(yǎng)成分被破壞，很好地保證了食品原有的味道。在實際應用中，要根據(jù)食品加工的具體情況，選擇合適的膜分離技術，提高分離的效率和質(zhì)量。

1 膜分離技術的原理和優(yōu)缺點

膜分離技術的本質(zhì)特征是按照混合物的化學性質(zhì)和物理性質(zhì)的類別，用具有不同選擇透過性的膜將它們分離開。膜分離技術具有很多優(yōu)點：①可以在溫和的條件下操作，而且要求的壓強和溫度比較低，非常適合分離生物活性物質(zhì)，能夠最大程度保障產(chǎn)品的生物活性。②膜分離過程可以實現(xiàn)自動化，操作非常簡單，同時對環(huán)境的污染很小。③膜分離技術的工作效率非常高，消耗的能源很少，通常不會涉及相變。但是，膜分離技術也有一些不足：①膜的耐熱性和耐藥性有一定的局限性，會影響膜的使用范圍和使用效果。②膜非常容易受到外界的污染。被污染后，膜的使用性能會大大降低，甚至喪失濾過能力。

2 膜分離技術的主要類別及其特點

膜分離技術主要有4大類，分別是微濾、超濾、納濾及高濾。現(xiàn)對這4種膜分離技術的特點進行分析，具體如下。

2.1 微濾

微濾技術的膜孔徑大約是0.1 μm，分離過程主要是根據(jù)膜的篩分原理進行壓力驅(qū)動型膜。這樣，在靜壓差的驅(qū)動下，比膜孔徑小的粒子可以透過膜，而比膜孔徑大的粒子會被截留在膜的表面，從而將污染物、微生物以及微米級懸浮物、亞微米級懸浮物等從液相物質(zhì)和氣相物質(zhì)里截留出來，實現(xiàn)分離、凈化以及濃縮的目的。

2.2 超濾

超濾技術的膜孔徑是1 nm～0.05 μm，相對分子質(zhì)量大于500的膠體與大分子都能夠被分離出。將壓力差當作推動力，由于溶液中的溶質(zhì)分子大小不一樣，這樣當溶液通過超濾膜的表面，溶劑與無機鹽類等小分子物質(zhì)就會從膜的表面透過，作為透過液被收集起來，有機膠體等大分子溶質(zhì)會被截留在膜的表面，作為濃縮液被回收。

2.3 納濾

納濾是在壓力差推動力作用下，讓鹽及小分子物質(zhì)透過納濾膜，而截留大分子物質(zhì)的一種液分離方法。納濾膜截留分子量范圍為200～1 000，介于超濾和反滲透之間，主要應用于溶液中大分子物質(zhì)的濃縮和純化。

2.4 高濾

高濾技術也叫反滲透技術，膜孔徑是1 nm，和其他膜分離技術相比，高濾技術的分離過程更加精細，能夠?qū)?.1～1 nm小分子物質(zhì)截留出來。將兩側(cè)的靜壓力當作推動力，讓溶劑透過反滲透膜，從而達到分離混合物的效果。

3 膜分離技術在食品工業(yè)中的應用

3.1 應用于現(xiàn)代果蔬的加工過程中

3.1.1 應用于果蔬的保鮮

在運輸和儲存果蔬的過程中，一定要做好保鮮措施，這樣可以避免果蔬被損壞，減少浪費，同時能夠確保果蔬在市場售賣時的新鮮度。目前，在保存新鮮果蔬時主要利用膜分離制氮技術，相比傳統(tǒng)的保鮮辦法具有明顯的優(yōu)勢。傳統(tǒng)的保鮮辦法一般為采摘完果蔬之后經(jīng)過許多復雜環(huán)節(jié)來進行處理，最后保存。而膜分離制氮技術是對采摘完的果蔬進行滅菌處理，然后放到氮氣環(huán)境中直接運到市場，這樣降低了果蔬的新陳代謝，使果蔬的水分能夠很好地保留下來，保持新鮮感，保持良好的外觀，并且不會丟失果蔬的營養(yǎng)成分。

3.1.2 應用于果蔬汁的加工

將膜分離技術應用在加工果蔬汁的過程中可以濃縮果蔬汁，并且使果蔬汁更加澄清。果蔬汁的濃縮能夠有效避免丟失有益成分，而且可以縮小體積，方便運輸和儲存，因此能夠為企業(yè)節(jié)約很多成本。果蔬汁的澄清能夠?qū)⒓毿〉某恋砦锖蜌堅宄蓛?，這樣可以確保果蔬汁穩(wěn)定、均一，后期不會出現(xiàn)混濁或者變色等現(xiàn)象。在果蔬汁加工中應用膜分離技術，主要是根據(jù)膜兩邊的滲透壓差來實現(xiàn)濃縮。在果蔬汁的濃縮環(huán)節(jié)，將膜分離技術和其他的理論辦法有效結(jié)合在一起，可以保留果蔬汁的原有營養(yǎng)成分，同時能夠減少果蔬汁的生產(chǎn)成本。在果蔬汁的澄清環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的澄清辦法逐漸被膜分離技術代替，主要是應用其中的超濾技術，這樣可以有效避免丟失果蔬汁中的營養(yǎng)成分，確保果蔬汁保持良好品質(zhì)。

3.1.3 應用于果蔬加工后的廢渣利用

在加工完果蔬之后，會留下大量的廢渣，研究人員通過對這些廢渣進行分析，發(fā)現(xiàn)這些果蔬廢渣中一般都含有價值豐富的物質(zhì)，對人體的健康生長能夠起到積極的作用。利用科學的技術能夠有效回收這些物質(zhì)，從而避免浪費，為企業(yè)節(jié)約大量成本。在傳統(tǒng)的果蔬加工技術中，通常都是直接丟掉這些廢渣，造成了大量的浪費。目前，將膜分離技術應用在果蔬加工中，可以從果蔬廢渣中將有益的物質(zhì)進行回收，這樣可有效避免資源的浪費，減少廢渣處理的各項支出，為企業(yè)節(jié)約了大量成本，增加了經(jīng)濟收益，同時可以減少對環(huán)境的污染，符合綠色節(jié)能理念，促進果蔬加工行業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展。

3.2 應用于發(fā)酵產(chǎn)品加工過程中

3.2.1 應用于醋類的加工

醋類加工過程中，涉及的主要環(huán)節(jié)有澄清、除菌以及連續(xù)發(fā)酵等。目前。市場上果醋的發(fā)展前景非常好，種類非常豐富，有蘋果果醋、紅棗果醋、楊梅果醋以及梨果醋等，它們都屬于功能食品，營養(yǎng)價值非常高，而且口感很好。將膜分離技術應用在澄清環(huán)節(jié)，可以保證果醋的營養(yǎng)成分不被破壞。

3.2.2 應用于酒類的加工

將膜分離技術應用在酒類加工過程中，與傳統(tǒng)技術相比具有更多優(yōu)勢。傳統(tǒng)的過濾技術是對發(fā)酵液進行離心預處理，然后通過硅藻土過濾等環(huán)節(jié)最終得到產(chǎn)品。微濾類的膜分離技術可以將多酚復合物、殘渣以及菌體等進行截留，只讓色素、風味物質(zhì)以及碳水化合物通過濾膜，并且可以在低溫條件下過濾，還可以利用蒸汽來消毒，不僅能夠保持原有的營養(yǎng)和味道，還能夠增加酒類的澄清度。

3.3 應用于油脂加工過程中

將膜分離技術應用在油脂加工過程中，與傳統(tǒng)技術相比具有更多優(yōu)勢。傳統(tǒng)技術會消耗很多化學試劑、水和其他能源，而且會破壞營養(yǎng)成分，同時產(chǎn)生的工業(yè)廢水很多。膜分離技術的應用范圍非常廣，可以用在油脂加工過程中的脫色、脫膠、脫氧與回收溶劑和有益成分以及除去微量金屬等方面，能夠降低能源的消耗，而且可以將混合油中的磷脂膠束截留出來，既實現(xiàn)脫膠，還保證了原有的營養(yǎng)成分，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

4 結(jié)語

膜分離技術是沒有添加任何化學成分的節(jié)能環(huán)保的高效分離技術，應用范圍非常廣泛，在食品工業(yè)中應用膜分離技術可以發(fā)揮出重要的作用。膜分離技術能夠降低成本支出，而且提高了工作效率，為企業(yè)增加了大量的經(jīng)濟收益。同時，膜分離技術降低了能源的消耗，減少了廢渣和污水的排出，符合現(xiàn)代的節(jié)能環(huán)保理念，能夠促進食品工業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

[1]張鵬舉，周顯青，張玉榮，等.膜分離技術在食品工業(yè)中的應用[J].現(xiàn)代食品，2016（21）：60-63.

[2]蔡 濤.膜分離技術在工業(yè)節(jié)水和環(huán)保領域中的應用[J].現(xiàn)代食品，2016（11）：43-44.

[3]鄭蓉蓉，石 璐.膜分離技術在鏈霉素提煉生產(chǎn)中的應用[J].煤炭與化工，2015，38（4）：35-37.

[4]姜 峰，李潔艷，周志強.膜分離技術在食品工業(yè)中的應用[J].價值工程，2015，34（1）：327-328.