反渗透膜技术在食品工业中的应用

1、反渗透膜技术在食品工业中的应用因为膜分离过程不需要加热，可防止热敏物质失活、杂茵 污染，无相变，集分离、浓缩、提纯、杀菌为一体，分离效果 高，操作简单、费用低，特别适合食品工业的应用。下面介绍 近年来膜分离技术在食品工业中的应用状况。4.1 澄清澄清工序是澄清汁生产的关键。传统的澄清方法如明胶单 宁法、加热凝聚澄清法、冷冻法、板框过滤法、酶处理法等， 都存在各自的弱点。将膜超滤技术用于食醋、酱油、果蔬汁、 茶汁、啤酒等生产中，在分离致浊组分的同时达到澄清的目 的。因为操作不受温度的影响，不发生相变，可以较好地保存 原有风味，同时具有快速、经济的特点。以水果压榨出汁，制成的果汁饮料中含有许多悬浮

2、的固形 物以及引起果汁变质的细菌、果胶和粗蛋白。应用膜超滤技术 处理甘蔗汁、苹果汁、草莓汁、南瓜汁等汁液，分离澄清效果 良好。陈少州等在南瓜澄清汁加工中分别采用PSA1.5、PSA3.0、等平板超滤膜进行超滤澄清处理，对南瓜汁均有明显 的澄清效果。其透光率(入=420门口由原汁的78.9%分别上升到 99.4%、98.9%，除果胶和蛋白质外，膜截留分子量(MWCO对可溶性固形物、还原糖、pH矿质元素和总酸等含量均无影响。澄清汁贮存4个月后PSA1.5、PSA3.0超滤汁无沉淀现象，稳定 性好。传统的酱油澄清技术是采用巴氏消毒法，板框过滤澄清产 品。产品有沉淀，细菌数偏高，生产强度大，废弃物多，

3、易造 成环境污染。李书申等人用超滤膜技术替代传统的酱油生产中 蒸发、浓缩、澄清、净化等装置，对酱油澄清、除茵、脱色处 理，大幅降低能耗，提高了产品品质。饮料业中的水处理。饮料的主要成分是水，水的质量决定 了饮料的质量，水处理设备 ( 永洁达牌 与最终水质有密切关 系。只用传统的沙滤棒或硅藻土过滤手段，不可能达到精细的 过滤等级和绝对地去除微生物。而应用膜分离手段则可能达到 极好的分离效果。在膜技术发达国家，饮料生产领域95%以上采用微孔滤膜为分离途径之一，在我国，微滤、超滤技术在饮 料生产中都已得到较广泛应用。在饮料行业中要达到净化、澄 清的目的，用0.45 m勺微孔膜过滤元件进行流程过滤即可

4、满足 要求。因为微孔膜过滤后除去的是饮料中的杂质、悬浮物及生 物菌体等，而水中的微量元素和营养物质却毫无损失，所以特 别适用于某些需保持特殊成分或风味的饮料的净化过滤，如天 然饮用矿泉水。应用膜分离过程制备饮用水和超纯水已实现工 业化。据统计， 1988 年世界上应用电渗技术生产饮用水销售额 达 5 亿美元，并按每年 10%的速度增长。茶饮料是目前饮料市场上非常受欢迎的饮品。然而茶提取 液中含有蛋白质、果胶、淀粉等大分子物质，其中的茶多酚类 及其氧化产物等物质形成络合物，使茶汁产生混浊及沉淀，消 除混浊及沉淀是茶饮料生产的关键。传统的方法易使茶汁中许 多有效成分去除，造成风味严重损失。采用超滤

5、法处理绿茶汁 和红茶汁可有效去除茶汁中的大部分蛋白质、果胶、淀粉等大 分子物质，而茶多酚、氨基酸、儿茶素、等含量损失很少，醇 不溶性物质AIS可去除38% 70%使透明度提高92% 95% 茶汁外观清澈透明，口感好，茶汁不易二次浑浊和变质。4.2 浓缩、纯化利用膜的优良的选择性可将溶液中的欲提取组分在与其他 组分分离的同时有效地得到浓缩和纯化。羊栖菜是一种暖温带海藻 . 羊栖菜多糖具有明显的生物活 性，具有抗肿瘤、促进造血功能、防止血栓形成、降血糖、降 胆固醇、防高血压、增强免疫力等功能，是“绿色黄金食 品”。采用中空维超滤膜技术 ( 截留分子量 6000，入口压力 ，出口压力 0.40O.4

6、6MPa 操作温度 13-15C 脱除羊栖菜粗多糖提取液中的盐分，脱除率达99.9%，同时脱除部分色素物质，在保留了粗多糖提取液中生理活性物质的同 时，浓缩了提取液，提高了主要成分褐藻胶与褐藻糖胶的含 量。分离提纯酶解后大豆蛋白粗品制造出具有特定功能性和营 养性的富含大豆蛋白肽的食品，是大豆肽能广泛应用的关键 . 传 统生产技术采用醇法或酸碱法，产品得率低，工艺复杂，废水 排放易造成环境污染 . 陈山等采用德国 Sartorius 产的 VIVAFL0W5型板框超滤器（膜材料为聚砜，截留分子量 5000, 工作压力0.15MPa,温度25C 以全回流方式对大豆肽粗产品进 行处理，分离出纯度达

7、75%的大豆肽。张宁采用截留分子量为 50， 000u 的内压式中空纤维超滤膜 对微生物胞外多糖P3-9415发酵液进行分离浓缩。在 0.05Mpa 下对 3%的料液超滤浓缩至 5.8%的浓缩液，多糖回收率达 82.7%。在0.1Mpa下将0.5%勺料液浓缩至2.95%,浓度提高 4.9 倍。在分离发酵液中残余的培养基组分 （包括糖、含氮物 质、无机盐等 勺同时,浓缩澄清纯化了多糖。果胶是一种由半乳糖醛酸组成勺高分子物质,在食品工业 上用作胶凝剂,增稠剂等,市场需求量很大。目前,生产工艺 主要以柑橘皮等为原料,以稀酸提取,提取液中含大量对胶凝 度无贡献勺有机酸、酚、皮油及色素。后续处理任务繁重

8、,成 本高,产品色深 . 周仲实采用超滤膜装置对提取液进行处理,初 步浓缩除去大部分对胶凝度无贡献勺杂质后,再经电渗析 （ED 脱去大部分盐酸和无机离子,所得提取液可直接干燥获得高品 质勺果胶,且大幅降低了生产成本。初乳是母体分娩后一周内分泌的乳汁，富含多功能因子， 如免疫球蛋白、乳铁蛋白、各种生长因子等，其中乳铁蛋白 (LF 具有许多独特的生理调节功能。 Dulols 采用超滤法得到 5 倍浓缩倍数的乳铁蛋白和免疫球蛋白截留物。目前超滤法是生 产食品级乳铁蛋白的最具工业化前景的方法之一。超滤在乳品工业中的另一重要应用是乳蛋白的浓缩。通过 全过滤 ( 即不断地在截留液中加水重复过滤 可最大程度

9、地去除 乳糖和灰分，制取高蛋白含量的浓缩乳蛋白 ( 蛋白含量 85%。 此项技术还应用于生产高蛋白含量的脱脂奶粉和脱盐、脱乳糖 的乳清粉。还可将超滤和电渗析结合起来生产乳清蛋白浓缩 物。膜技术也带来了乳清产品的迅猛发展。用超滤处理乳清， 提高了产品中蛋白质含量，使其质量得到了根本改善。此技术 现已在美国、新西兰、澳大利亚和法国等广泛应用。目前，国 外乳清蛋白的产量在乳品工业中占有相当大的比重，用超滤回 收并浓缩乳清中的蛋白质，可获得蛋白质含量在35%-85%的乳清蛋白质粉，用无机超滤膜浓缩乳清蛋白制得蛋白的技术也正 在研究之中。除此之外，还广泛用于乳清制品加工，如脱盐、 脱乳糖的乳清粉。国外目

10、前还正在研究将各种膜分离技术和色谱方法及化学 处理、酶处理结合起来，从乳蛋白中分离B -酪蛋白、a -乳清 蛋白及免疫球蛋白的工作。 Maubios 和 Gauthier 都进行了相关 的工作。4.3 食品分析食品中的某些组分含量甚微，不论是对人体有益还是有 害，都需监控其含量。利用膜技术可将微量甚至痕迹量的组分 富集在特定的滤膜上，再选用合适的分析方法进行分析检测， 可大大提高检测灵敏度。锰（11与二溴羟基苯基荧光酮（DBHPE和溴化十六烷基三甲 胺（CTMAB形成配合物，通过微滤膜富集，用二甲亚砜将滤膜及 配合物溶解，在分光光度计上测定吸光度是一种快速富集测定 锰的方法.配合物最大吸收波长

11、592nm表观摩尔吸光系数E 592=4.70 x 10L?mo- 1?cm-1，锰含量 0-12 卩 g/5m1，范围符合 比尔定律。可用于粮食中锰的检验。Amberlyst-26（A-26 是一种强碱性阴离子交换树脂，尤其适用于分析非水溶性的物质。1983年，Needs将A-26树脂应用 于分析乳制品中的游离脂肪酸 . 后国内广泛用于分析肉及肉制品 中的游离脂肪酸，获得良好效果。腊肉加工过程中脂解产生的 游离脂肪酸（FFA对产品的品质和风味有重要影响。针对腊肉加 工过程中游离脂肪酸的变化，傅樱花等用 A-26 离子交换树脂与 游离脂肪酸发生交换，再将纯化的游离脂肪酸甲酯后进行气谱 分析，准

12、确度、精密度好，是一种简单可靠的方法。4.4 除菌传统的食品饮料杀菌方法为巴氏杀菌和高温瞬时杀菌，操 作繁琐，残留细菌多，高温易造成热敏物质失活和产品口味营 养的破坏。用微滤技术取而代之，孔径为纳M级的微滤膜足以阻止微生物通过，从而在分离的同时达到“冷杀菌”的效果。在鲜啤酒生产过程中采用微滤膜常温下处理用水及发酵 液，可有效去除水中的大肠杆菌和谷类杂菌，有效去除发酵液 中的污染微生物和残留的酵母菌。褚良银等人采用孔径为 0.5 m陶瓷膜处理除菌率达100%色截留率仅为3%在谷氨酸发酵液除菌中王焕章等人采用微孔陶瓷膜过滤器 过滤，实现除菌、洗菌、浓缩连续操作，除菌率高于 99.98%， 浓缩倍数

13、达25倍，膜平均通量为80L/m2?h,当加水量达到发 酵液的 0.1 倍时，谷氨酸收率达 99.7%。在牛奶及果酒的除菌过滤中，采用膜孔径为 1 1.5m的微 孔陶瓷膜脱除低脂牛奶中细菌，效率达 99.6%，滤速达 500L- 700L/m2?h,产品在低温下的保存期由未处理前的 6 8天延长 至 16 21 天。芦荟凝胶汁是各种芦荟产品的基础原料 . 要保障芦荟产品的保健功能，在加工过程中尽可能减少生物活性物质的损失. 但这些物质大多属于热敏物质，在传统加工技术中极易降解失活。 钱和等人利用截留分子量为 100, OOOD的聚醚砜（PESB滤膜 （料液浓度为0.2%土 0.05注右，循环速

14、度 0.75m3/h，操作压力 （0.2-O.35MPa在常温下处理芦荟凝胶汁，有效去除了产品中微 生物和部分褐变色素及苦味前体，基本保留了芦荟凝胶汁中的 营养成分，大大改善了产品的品质和口感。4.5 酶的提取酶是一种高效、专一、活性可以调节的催化剂 . 在食品工业 中广泛用于制糖工业、啤酒发酵、蛋白制品加工、水果蔬菜加 工、肉类鱼类加工、食品保藏等方面。常用的提取方法有凝胶 过滤法、疏水层析法、亲水层析法、高效液相层析等，存在着 或分辨率过低，或不适于工业化连续生产等缺陷，而利用膜分 离技术可以很好地解决这些困难。生姜蛋白酶对猪肉、牛肉有良好的嫩化效果，对啤酒、红 葡萄酒亦有良好的澄清效果。

15、传统的生姜蛋白酶的提取方法很 多，但成本高、产量低、操作繁琐，不适于工业化大规模生 产。杭州永洁达反渗透膜产品品质好，纯度高，成本低。溶菌酶能催化细胞壁中肽聚糖的B -1 , 4-糖苷键水解，使细胞溶化，消失，广泛用于食品防腐、医药等方面，市场应用 广泛，需求量大。鸡蛋清是工业生产溶菌酶的主要原料。如何 降低溶菌酶的提纯成本和提高酶的活性是关键。 ( 截留分子量为 30000、操作压力为0.35MPa、温度为15C 超滤进行15min后 进行清洗。酶得率 63%纯度98.5%，酶活14610U/mg或 16831U/m将浓缩液直接进行冷冻干燥即可。而张文会等人以 D52弱酸性离子交换树脂的 N

16、a型和H型树脂混合用于吸附过 程，然后铵溶液洗脱，盐析即可得到较纯净的溶菌酶。每 100 克蛋清可得酶 0.4 克，酶活 lO000u/mg 左右。4.6 酶膜反应器大多数化学反应都是可逆的，使用传统的反应器无法突破 平衡转化率的限制。在膜反应器中，利用膜的选择透过性可连 续脱除某一产物组分，使化学平衡向有利于产物的方向转化。 提高可逆反应的产率，减少未反应物的循环量，有可能使反 应、产物分离、净化等几个单元操作在一个膜反应器中进行， 有可能使反应在较低温度下进行。而酶是高效专一的催化剂， 在生物转化中起到重要作用。将酶固定在膜上，集合成酶膜反 应器。集催化反应、产物分离、提纯等于一体，既提高反应物 的转化率、酶的利用率，又利于连续化生产。当然膜的