膜技术在果蔬浓缩中的应用.docx

膜技术在果蔬浓缩中的应用 膜分离技术的原理 水果加工是一种高度额外的行业。从原料到加工产品，增值潜力可以达到几十倍或数百倍。有关资料显示:我国水果业的深加工和市场开发每年都能带来几十亿元的收入。尤其是近年来,我国水果产量增长很快,但由于加工技术和产业化滞后,每年约有三成的水果因缺乏贮藏及加工手段而腐烂。众所周知果汁经浓缩后是一种很好的水果贮藏方法,而果汁浓缩传统应用的是多级真空蒸发法或冷冻法,这两种方法由于热导致果汁芳香成分的大量损失,色泽分解和“煮熟味”的产生,不仅消耗大量的能源,而且生产成本高。为了提高产品质量和降低能耗,近几十年来,人们一直致力于研究用膜分离技术替代传统的浓缩法。膜分离技术是指利用高分子半透膜的选择性使溶剂与溶质或溶液中不同组分加以分离的一种方法,其过程有多种,下面对几种主要的膜分离过程及其传质推动力和应用范围作简单的比较,见表1。 膜过程具有节约能源、降低损耗、可在常温下连续操作、过程简单、高效、而且没有相变、分离系数较大等优点,特别实用于热敏性物质的处理,在食品加工、医药、生化技术领域有其独特的实用性。在食品工业中主要应用于有效成分的分离、浓缩、精制及除菌等。较早报导的膜分离技术应用于食品工业是从六十年代初开始的,主要是关于离子交换膜电渗析技术在乳品工业和果汁浓缩加工中的应用。我国的膜技术则是从1958对离子交换膜的研究开始发展起来的,1963年开始反渗透的探索,70年代进入了电渗析、反渗透、超滤、微滤用膜及膜组件的相继开发,80年代进入推广应用阶段,以后,UF、RO技术的应用愈来愈广,近年来NF,OD技术呈现了其突出的技术优势。本文将对超滤、纳滤、渗透蒸馏以及集成膜分离浓缩技术在果汁加工中的最近应用研究现状作简单论述,阐明了各自的特点和现存的技术难题,并对膜技术的应用前景进行了展望。 1 uf超滤功能和果汁浓缩功能 1.1 超滤膜的工作原理 超滤是上世纪60年代初发展起来的新型膜分离技术,它是在常温下以膜两侧的压力差为驱动力对溶质和溶剂进行分离、浓缩和纯化的。超滤膜的孔径在1～2.5nm之间,工作压力为0.05～0.5MPa,膜通量为5m3/(m2·d),用于分离分子量在5×102～1×106范围内的高分子物质。工业用的超滤膜具有不对称的微孔结构,膜的材料有醋酸纤维素、聚酰亚胺、聚丙烯腈、丙烯酸盐与氯乙烯共聚体、聚醋酸乙烯、两性离子交换膜和芳香族高聚物等。 1.2 超滤技术在果汁营养方面的应用 果汁超滤主要目的是除去易引起果汁发生浑浊沉淀的大分子物质如:果胶,蛋白质,多酚等。 自1977年Heatherbell等人利用超滤进行了苹果汁的澄清研究以来,该项技术获得了迅速发展。近年来国内外对超滤澄清苹果、葡萄、猕猴桃、甘蔗、西番莲、桑椹等果汁开展了广泛的研究,但国内仅汇源食品公司等少数企业拥有能够将其真正应用于果蔬汁加工的生产线,大部分企业仍然应用传统的澄清方法,这通常包括压滤、精滤和添加大量助滤剂如皂土和硅藻土,以除去果汁中的悬浮物、果胶、蛋白质以及多酚类等物质,不仅消耗大量的能量,而且助滤剂的残留会影响果汁的风味。据报道:超滤替代传统的离心分离、硅藻土或纸析过滤等澄清工艺,时间可缩短50%,得率可提高5%～10%,不仅减少了助滤剂的消耗和排放,而且费用节省60%以上,较好地保留了果汁的风味。 王熊等研究了利用超滤技术替代传统的酶解法澄清山楂汁的工艺,由于山楂果胶含量高,酸度高,色素热稳定性差,用传统的酶解法澄清,酶异味及酶解温度过程对果汁的成分、风味及色泽都有不良影响,而超滤是在常温、常压下操作,经研究对山楂果汁中的总糖、总酸、色素和果胶的分离率分别达98.1%、97.0%、98.0%、99.0%,在得到高质量的果胶的同时获得了澄清的果汁,从而提高了山楂加工的综合效益。 蔡同一等进行了不同的超滤膜澄清草莓汁的研究,结果表明PS膜、PS-SPS共混膜对草莓汁澄清效果良好,澄清度可以达到97.8%以上,对可溶性固形物含量、pH值影响较小,果汁通量分别稳定在54L/(m2·h)、46L(m2·h),适合草莓汁澄清应用,特别是PS-SPS共混膜在果汁通量和清洗后水通量恢复率方面表现出良好的共混特性,清洗后水通量恢复到初始量的73.2%。他们同样开展了利用不同的国产超滤膜澄清苹果汁和葡萄汁的研究,结果表明超滤膜对国光、青香蕉苹果汁和玫瑰香葡萄品种均有明显的澄清作用。 血橙是重要的甜橙品种,除富含维生素C外,还含有丰富的维生素E、β—胡萝卜素、花青素苷和类黄铜等多酚化合物,苏学素等采用管式聚偏氟乙烯超滤膜(PVDF)对血橙进行超滤澄清实验,在室温条件下以800L/h进料速率,0.085MPa的跨膜压差超滤血橙汁,获得了较高的膜渗透通量,较好地保留了营养物质,对VC的保存率约为89%,对花青素苷,几种酚酸及类酮