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1、膜分离发展史 （1）膜分离(membrane separation) 技术是用筛分原理或溶解扩散对均相或非均相体系进行选择性分离的一种当今世界最先进的分离操作单元。根据膜分离材料可分为有机膜、无机陶瓷膜及金属膜。 （2）膜技术虽然已经有200多年的发展历史，但是真正实质性的发展是从上世纪50年代以后才开始开始的，它大致经过了： 50年代的奠定基础阶段、 60-70年代的发展阶段、 以及80年代至今的发展深化阶段。 （3）目前已有商业应用的膜技术主要是微滤、超滤、反渗透、电渗析、渗析、气体膜分离和渗透汽化。前四种液体分离膜技术在膜和应用技术上都相对比较成熟，成为第一代膜技术，20世纪70年代末走
2、上工业应用的气体分离膜技术成为第二代膜技术，80年代开始工业应用的渗透汽化为第三代膜技术。其他一些膜过程，大多处于实验室和中试开发过程。,膜分离技术在食品工业中的应用简介及发展前景,1.膜分离技术简介 膜分离技术(Membrane Separation Technology)是一项新型的高新分离技术。自上世纪五十年代以来，微滤膜、离子交换膜、反渗透膜、超滤膜、气体膜分离等相继得到广泛应用。成为世界各国研究的热点。已被国际公认为本世纪最有发展前途的重大高新生产技术之一。西欧是膜技术用于食品工业起步最早、应用最广的地区，目前已扩展到发酵和生物工程的应用，各种动、植物蛋白的加工，各种食用胶的加工以及
3、氨基酸、多糖和咖啡、茶的加工等各个方面。 而利用膜分离技术生产的食品称为膜分离食品。膜分离食品技术以其优越性得到了食品工业依赖；用以乳品加工领域的牛奶浓缩、乳清分离和软干酪制造；发酵工业领域的微滤除菌、酒及酒精饮料的超滤精制、提高葡萄糖的甜度；饮料生产领域的苹果汁、番茄汁等果汁和蔬菜汁的澄清和浓缩；还在茶叶、甜菊糖、大豆蛋白、酱油、醋的加工方面有很好的应用。,2.特点 （1）膜分离过程不发生相变化，因此膜分离技术是一种节能技术； （2）膜分离过程是在压力驱动下，在常温下进行分离，特别适合于对热敏感物质，如酶、果汁、某些药品的分离、浓缩、精制等； （3）膜分离技术适用的范围极广，从微粒级到微生物
4、菌体，甚至离子级都有用武之地，关键在于选择不同的膜类型； （4）膜分离技术以压力差作为驱动力，因此采用装置简单，操作方便。,3.膜技术在食品工业中的发展 从60年代初，膜分离技术开始应用于食品工业。较早报道的主要是离子交换电渗析技术用于乳品工业和果汁浓缩，此后，UF、RO技术的应用愈来愈广，NF技术也呈现了其突出的优势，膜技术逐步应用于饮料的无菌过滤、酒类精制、酶制剂提纯浓缩、食品添加剂分离制备、饮用水以及食糖工业、淀粉加工业、动物屠宰加工业等许多方面。西欧是将膜技术用于食品工业起步最早、应用最广的地区，80年代以来，日本对这一方面愈来愈重视，近10年来的进展极为迅速，美、澳、加拿大等国随之紧
5、紧跟上。 由于膜分离技术在食品工业上应用所带来的巨大经济效益，也引起我国科研部门和厂家的浓厚兴趣，已在一些食品工业领域完成产业化。在饮用水、啤酒业等已较广泛地应用了膜技术。在食品添加剂方面，也独创地研究开发了反馈式离子交换膜法分离甘氨酸工业技术等。,膜技术在食品工业中的应用概况 目前膜技术在食品工业中的应用主要包括： 在饮料、果汁、饮用水方面的应用； 在生物制品中的应用； 在食品添加剂工业中的应用； 在制糖、淀粉行业中的应用； 在豆制品和乳制品工业中的应用； 在酿酒业中的应用。,发展方向,反渗透膜分离技术在食品工业中应用： 一、在浓缩和纯化方面的应用 液体分离膜技术的优良选择性可将溶液中的欲提
6、取组分在与其他组分分离的同时有效地得到浓缩和纯化。利用膜分离技术还可以实现酶制剂的提纯与浓缩，不影响食品中酶的活性。 二、在澄清工艺方面的应用 澄清工艺是澄清汁生产的关键环节。将反渗透膜分离技术用于食醋、酱油、果蔬汁、茶汁、啤酒等生产中，在分离导致浑浊组分的同时达到澄清的目的。由于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。 三、除菌方面的应用 反渗透膜分离技术中的纳米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。在谷氨酸发酵液的除菌过程中，采用微孔陶瓷膜过滤器过滤，实现除菌、洗菌、浓缩连续操作，除菌完全，浓缩倍数高，膜平均通量大，谷氨酸收率高。鲜啤酒生产过程
7、中，采用反渗透膜技术常温下处理用水，有效脱除水中的各类细菌。,牛奶浓缩 脱脂奶粉的生产现在使用蒸发法。在生产冰淇淋，雪糕、酸奶等时，为调整固形物浓度，常添加脱脂奶粉。但在脱脂奶粉的生产过程中，蛋白质的变质是不可避免的。近年来，随着消费者对奶制品质量、味觉要求的提高，生产厂家开始追求无蛋白质变质的牛奶浓缩法。膜分离的特征就是在低温下操作，无相变，因而可在不使蛋白质变质的条件下实现牛奶浓缩。此外，牛奶极易腐败，对处理过程的卫生要求很高，如必须设有加热杀菌，设备易于清洗，极力减少设备中料液的残留死角等等。日东电工开发的HG系列反渗透膜(商品名: Thermoplus)具有90热杀菌时的耐热性能、专用
8、的膜压力容器可使膜组件内不残留料液，从而已经成功地用于牛奶浓缩生产中。 除原奶浓缩外，反渗透膜还用于相关的奶制品工业，如脱脂奶浓缩，乳清预备浓缩，稀薄奶回收，还原奶精制等工艺。,MF,UF,RO,脂肪和细菌,脱脂牛奶,UF截留物,UF渗透物,RO浓縮物,水,饮料,生产奶酪,全蛋白,乳糖生产,蒸发,奶罐运输,特殊奶制品,高脂奶油,发酵食品和非食品生产,特殊奶品,干燥,全奶粉,牛奶,在牛奶工业中的应用,香气成分回收 用蒸发法浓缩果汁、咖啡等时，还原时低挥发性的香气成分都蒸发掉了，使得产品质量大为下降。用蒸发法时香气成分几乎都溶存于凝结水中，因含量极低难于回收。而反渗透膜对此类香气成分即使在高浓度领
9、域内仍具有很高的脱除率，因而可用来回收微量的香气成分。,纳滤(NF)膜的应用 纳滤膜是一种特殊而又很有前途的分离膜品种，截留有机物的分子量大约为150500左右，截留溶解性盐的能力为298%之间，对单价阴离子盐溶液的脱盐低于高价阴离子盐溶液。被用于去除地表水的有机物和色度，脱除地下水的硬度，部分去除溶解性盐，浓缩果汁以及分离药品中的有用物质等。 饮用水净化 水污染的日益加剧，使人们对饮用水水质越来越关心。美、欧、日等发达国家都有改善水质的计划，如日本的MAC-21计划和新MAC-21计划，将膜技术作为水净化的最有效手段。欧、美等国也支持了许多膜法(NF)水净化试验，效果明显。特别是NF，可能成
10、为21世纪水净化的首选技术，因为NF可去除消毒的副产物、痕量的除草剂、杀虫剂、重金属、天然有机物及部分硬度、SO2-4和NO-3等。一般的过程为：进水预处理(絮凝、过滤等)MF(UF)NF(备用)其优点是水质好且稳定，化学药剂用量少，占地少，节能，省劳力，易管理和维修，基本上可零排放。,牛奶及乳清蛋白的浓缩 利用纳滤膜浓缩的牛乳可以制成高级冰激淋。因在一般的浓缩乳中，由于存于其中的盐类也被浓缩，所制成的冰激淋口感不佳，面暖和纳举世瞩目膜浓缩的牛乳，盐类减少，使制成的冰激淋口感嫩滑，同时因为没有被加热，制品的奶味格外浓郁。乳粉的贮藏过程中，最易发生的是风味变坏，我们把产生各种不良气味的物质称为杂
11、味物质。利用纳滤分离，可以除这些物质。 由表2可以看到，未经处理的复原脱脂乳中杂味很强，评价较差。使用反渗透浓缩处理的乳，其风味在某种程度上得到改善，但由于盐类和乳糖都被浓缩，咸味与甜味都被增强，使总体评价降低。而使用纳滤膜，选择适当的浓缩比进行处理，不仅除去了乳中的杂味成分，还使脱脂乳具有盐类平衡的良好风味。,超滤(UF)膜的应用 超滤膜是以切割分子量的大小为标准对料液进行分离精制的。在食品工业中，料液除菌是超滤膜的大应用领域。成功的应用实例有清澄果汁生产，蜂蜜精制,蔬菜提取液浓缩，调味料精制、酶精制、发酵液精制、菌体浓缩，高分子单体浓缩等多种9)。在食品加工业方面主要体现在：果汁的澄清、浓
12、缩；乳制品的浓缩、纯化；饮用水的制备；酱油以及米醋的澄清除浊；发酵工业中发酵液的纯化；酒制品的纯化和澄清等。 澄清技术是食品工业同时解决除菌和澄清的关键技术，传统的除菌和澄清技术多采用巴氏消毒法辅之板框过滤澄清，使用该法澄清的米醋和酱油往往达不到国家规定的卫生指标，而且浊度高，在存放过程中常有大量的沉淀物产生。有人曾用微滤技术澄清米醋，可使卫生指标达到国家标准，但不能解决沉淀问题。利用超滤技术，可直接澄清来自发酵罐的米醋和酱油并使之达到卫生标准，而且在长期存放过程中不会有沉淀物产生。,超滤与传统的澄清技术比较,微滤（MF）膜的应用 微滤膜能截留0.1-1微米之间的颗粒。微滤膜允许大分子和溶解性
13、固体（无机盐）等通过，但会截留悬浮物，细菌，及大分子量胶体等物质。微滤膜的运行压力一般为：0.3-7bar。微滤膜过滤是世界上开发应用最早的膜技术，以天然或人工合成的高分子化合物作为膜材料。 对微滤膜而言，其分离机理主要是筛分截留。 随着人们对酒的质量要求越来越高，膜分离技术开始用于造酒行业，特别是低度酒的除浊澄清。采用微滤滤技术对传统工艺的重要变革,不仅能明显提高酒的澄清度, 保持酒的色、香、味，而且可以无热除菌, 提高酒的保存期。用无机微滤膜可去除啤酒中的浑浊漂浮物(酒花树脂、单宁、蛋白质等) , 除去酵母、乳酸菌等微生物，改善啤酒的风味和提高透明度；用反渗透制造低度啤酒或浓缩啤酒, 也可
14、用反渗透复合膜浓缩啤酒；微滤技术用于回收啤酒釜底的发酵残液，使啤酒产量增加。用超滤进行葡萄酒提纯，在无化学试剂下制得透明的葡萄酒，还可降低葡萄酒中的酒精含量。,A：传统工艺 B：膜工艺 传统葡萄酒工艺与膜技术过滤工艺比较,在酿酒工业中的应用,无机陶瓷膜在酱油除杂澄清中的应用 20世纪90年代以后，无机陶瓷膜分离技术开始广泛应用于食品与发酵领域。饮料行业，特别是酱油、食用油、鲜生啤酒、葡萄酒、果酒、果汁、牛奶制品等的加工，为广大企业取得了良好的经济效益和社会效益。无机陶瓷膜过滤使用的是错流过虑方式。 我国酱油的体态（及澄清度）以及酱油的卫生指标，一直是影响酱油产品质量最突出的问题。酱油产生浑浊和
15、沉淀的原因很多，上述提到了国内学者对有机超滤膜澄清酱油的研究，但是有机膜主要的缺点是不耐高温、不耐酸碱、不耐有机溶剂、易堵塞、易被微生物污染、膜通量低、使用寿命短等。而使用无机陶瓷膜过滤法，就可以很大程度地减小和避免这些问题。,单一的膜技术在果汁加工应用中常存在很多问题，所以经常要综合利用几个膜过程相结合才能达到较好的分离目的。如在反渗透浓缩中，由于果蔬汁一般含有果胶、蛋白、纤维素等悬浮性固形物，粘度较大。直接用反渗透浓缩会受到浓缩倍数的限制，极易造成膜污染，可以在反渗透以前，用超滤或微滤除去果汁中的果胶等悬浮性固形物，这样可降低粘度，减少膜污染程度，从而显著提高反渗透的效率。,复合膜技术处理
16、,陶氏化学公司 1897年创建于美国的陶氏化学公司是一家以科技为主的跨国性公司，主要研制及生产系列化工产品、塑料及农化产品，其产品广泛应用于建筑、水净化、造纸、药品、交通、食品及食品包装、家居用品和个人护理等领域。公司业务涉及180个国家和地区，全球员工4.6万人，2003年总销售额达330亿美元，产品类型多达3,500余种。 陶氏化学液体分离部提供FILMTECTM反渗透膜和DOWEX离子交换树脂，它能满足全球范围内对水处理和特种分离应用的需要，涉及的工业领域有制药、精细化工、化工工艺过程、矿产开采、催化反应过程、制糖、饮料和奶制品加工及其它广泛领域。,主要膜产品 FILMTEC反渗透和纳滤膜元件是陶氏公司液体分离部门的产品，其分离技术与解决工业、市政、商业和家庭等方面的净化用水，它是全球公认的先驱。FILMTEC膜元件的特点是：结构性能稳定和产率高，作为反渗透和纳滤膜工业的先驱，FILMTEC公司膜元件将性能可靠、高脱盐滤和抗
