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超濾技術(shù)及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用
食安0901班劉艷超2009244040127
超濾是一種新型的膜分離技術(shù)，在所有膜分離手段如微濾、超濾、反滲透、滲透、電滲析及氣體膜分離，超濾的應(yīng)用最為廣泛，也最為成熟。自1977年Heatherball等人利用超濾進(jìn)行蘋果汁的澄清研究以來(lái)，該項(xiàng)技術(shù)獲得了迅速發(fā)展。下面就超濾技術(shù)及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用與前景作一下簡(jiǎn)單的介紹。
1.超濾技術(shù)的原理
超濾是膜分離技術(shù)之一。它操作簡(jiǎn)便，成本低廉，分離效率高，且不引起溫度、離子狀態(tài)及相的變化，但需要外加壓力。近來(lái)廣泛用于生物制品、食品和制藥工業(yè)、三廢處理及其他濃縮、脫鹽及分級(jí)分離過(guò)程，特別是分離一些分子量差別較大的溶液，更顯出它的優(yōu)越性。超濾主要依賴于被分離物質(zhì)分子的大小、形狀和性質(zhì)不同。當(dāng)溶液體系經(jīng)由水泵進(jìn)入超濾器時(shí)，在一定的壓力差下，溶液中的物質(zhì)在濾器內(nèi)的超濾膜表面發(fā)生分離，溶劑和其他小分子質(zhì)量溶質(zhì)透過(guò)具有不對(duì)稱微孔結(jié)構(gòu)的特制濾膜，大于孔徑的溶質(zhì)分子和微粒被濾膜截留，使不同大小的分子得以分離從而達(dá)到分離、提純和濃縮產(chǎn)品的目的。
2.超濾膜材料及其特點(diǎn)
目前用作超濾膜的材料主要有聚砜類、聚砜酰胺、聚丙烯、聚四氟乙烯、醋酸纖維素等。目前制成的超濾膜為中空纖維型濾膜或卷膜，或把中空纖維卷扎成束。超濾膜組件有卷式、膜盒式和中空纖維等。超濾膜一般具有兩層典型的膜結(jié)構(gòu)，上部是致密的分離層，下部是結(jié)構(gòu)較疏松的支撐層，這種膜結(jié)構(gòu)使得液體在分離過(guò)程中大分子溶質(zhì)的微粒隨溶液切向流經(jīng)膜表面時(shí)，由于液體的快速流動(dòng)使得這些物質(zhì)既不能進(jìn)入致密細(xì)孔，引起膜的內(nèi)堵塞，也不會(huì)停留在膜上形成表面的堵塞，即濾餅。決定截留效果的主要因素是膜的表面活性層上孔的大小與形狀。然而，超濾膜既具有孔結(jié)構(gòu)的重要特性，同時(shí)還具有膜表面的化學(xué)性質(zhì)。超濾膜的性能指標(biāo)有滲透通量和截留率。一般用截留分子量方法表示膜產(chǎn)品的分離能力。
3.影響流率的幾個(gè)因素
流率可用在一定壓力下每分鐘通過(guò)單位面積膜的液體量來(lái)表示，一般用無(wú)離子水進(jìn)行測(cè)定，常用毫升/平方厘米/分鐘表示流率單位。流率大小與膜的結(jié)構(gòu)性質(zhì)有關(guān)，如膜的表觀孔徑大小以及膜的結(jié)構(gòu)類別。此外，流率還受以下因素影響:(1)溶質(zhì)的分子性質(zhì);(2)溶質(zhì)濃度;(3)壓力;(4)攪拌;(5)溫度;(6)其他因素:溶液pH值、離子強(qiáng)度及溶劑性質(zhì)等?？偟膩?lái)說(shuō)，可以認(rèn)為凡是能夠增加溶質(zhì)溶解或減少溶質(zhì)形成凝膠傾向的因素都能增加超濾的流率。
4.超濾在食品工業(yè)中的應(yīng)用
(1)超濾在果汁生產(chǎn)中的應(yīng)用
采用超濾反滲透技術(shù)在菠蘿汁、柑橘汁、葡萄汁、番茄汁、梨汁等果汁中澄清與濃縮，產(chǎn)品質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益較好。有人采用超濾技術(shù)處理荔枝原汁，澄清過(guò)程中荔枝汁無(wú)相變，較好地去除上述果膠等不穩(wěn)定因素，果汁非常澄清，穩(wěn)定性和均勻性也很好。選擇適宜的截留分子質(zhì)量的膜，不僅可以對(duì)荔枝汁起到冷殺菌的效果，且果汁在低溫下進(jìn)行超濾澄清，可有效克服傳統(tǒng)的澄清和加熱滅菌等工序制備荔枝汁時(shí)所造成的果汁褐變、后混濁及具有強(qiáng)烈煮熟味的缺點(diǎn)，較好地保持了鮮荔枝原有的色香味，大大提高了果汁質(zhì)量。
(2)超濾在乳品加工中的應(yīng)用
乳品工業(yè)的超濾加工就是讓牛乳在一定的壓力下，縱向流經(jīng)帶有微孔的濾膜表面，讓小分子量的水、鹽類和乳糖等穿過(guò)濾膜濾掉，而使大分子量的蛋白質(zhì)和脂肪被截留下來(lái)。超濾技術(shù)應(yīng)用在乳品工業(yè)的優(yōu)點(diǎn)不僅在于能耗小、占地面積小和設(shè)備簡(jiǎn)單，還在于它是又一種有效調(diào)制乳制品成分的手段。國(guó)外的超濾在乳品工業(yè)上主要用于鮮奶的預(yù)濃縮和制造干酪處理乳清，還用于精制乳糖、脫鹽和分離，并提濃乳清蛋白，制造高營(yíng)養(yǎng)的乳制品。如脫脂乳超濾后，經(jīng)噴霧成粉，蛋白質(zhì)含量高達(dá)60%以上，成為蛋白質(zhì)添加劑，可 配制多種高級(jí)營(yíng)養(yǎng)滋補(bǔ)品。
(3)超濾在酒類生產(chǎn)中的應(yīng)用
超濾技術(shù)應(yīng)用于酒類生產(chǎn)，可起澄清、滅菌、濃縮、精制、去酶以及改變酒體口感、風(fēng)味等作用。有人用截留分子量為30000和10000的超濾膜對(duì)生黃酒進(jìn)行過(guò)濾，分析了超濾處理前后的黃酒樣品。結(jié)果表明，這2種規(guī)格的超濾膜對(duì)淀粉酶、糖化酶、蛋白酶都能達(dá)到去除的要求;超濾處理后的黃酒各理化指標(biāo)均符合GB/T13662-2000的指標(biāo)要求，蛋白質(zhì)和氨基酸均有所減少，酒樣顏色變淺，黃酒有新的香味感覺(jué)，具有淡爽感，呈現(xiàn)一種黃酒新品種的風(fēng)味。應(yīng)用超濾技術(shù)可以有效地祛除葡萄酒中引起渾濁、沉淀和苦澀味的物質(zhì)，提高葡萄酒的澄清度，使酒體更加穩(wěn)定，色澤、口感、風(fēng)味更加豐富圓潤(rùn)。
(4)超濾在純化飲用水方面的應(yīng)用
超濾技術(shù)在水處理工業(yè)中也得到廣泛應(yīng)用。超濾法制備超純水，能夠彌補(bǔ)過(guò)去使用離子交換樹脂不能有效除去有機(jī)物、膠體和細(xì)菌的缺點(diǎn)，生產(chǎn)出來(lái)的超純水水質(zhì)和純度都超過(guò)了其他同類產(chǎn)品。
KlausHagen經(jīng)過(guò)2個(gè)試點(diǎn)工廠和5個(gè)微濾和超濾的模塊，通過(guò)2年以上的正確操作證明，盡管原水水質(zhì)有波動(dòng)，仍然能安全徹底清除細(xì)菌和寄生蟲。
ShengjiXia等人研究發(fā)現(xiàn)，具有適度濁度的原水用混凝——超濾處理，能有效地去除濁度;鐵，錳，鋁被完全濾除掉;所有大腸菌群也被完全濾過(guò)。過(guò)濾水中有機(jī)碳總量的減少量符合要求。經(jīng)處理后的水質(zhì)量符合中國(guó)的飲用水準(zhǔn)則。
5.超濾技術(shù)的發(fā)展前景
超濾技術(shù)由于具有在低溫下操作、無(wú)相變、能較好地保持汁液風(fēng)味及營(yíng)養(yǎng)成分等優(yōu)點(diǎn)，使得其在食品行業(yè)中的應(yīng)用不斷擴(kuò)大。但在使用上還有其局限性。制約超濾技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的主要障礙是膜污染。超濾應(yīng)用中的設(shè)備購(gòu)入價(jià)格、膜配件價(jià)格、大功率高壓泵電耗、必需配備的環(huán)境設(shè)施，以及配件采購(gòu)或生產(chǎn)運(yùn)行的高成本制約超濾的大量應(yīng)用。有關(guān)膜污染問(wèn)題，只有通過(guò)定期按照正確方法清洗膜來(lái)加以解決。膜制造工藝的研究，降低造價(jià)，開發(fā)新材料，提高膜的性能是解決超濾應(yīng)用中成本問(wèn)題的關(guān)鍵。超濾技術(shù)將在各行業(yè)的發(fā)展中起巨大作用。國(guó)外膜產(chǎn)品大量涌入中國(guó)市場(chǎng)，將加速國(guó)內(nèi)膜技術(shù)的成熟，膜分離技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也將不斷擴(kuò)大。
