《第三节膜分离在食品工业中的典型应用幻灯片》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第三节膜分离在食品工业中的典型应用幻灯片（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第八章 膜分离技术,第三节 膜分离在食品工业 中的典型应用,一、在乳品工业中的应用,反渗透、超滤技术在食品工业中应用的最主要方面是乳清蛋白的回收、脱盐和牛乳的浓缩。,该技术应用的发展十分迅速。 1981年时，估计有46家工厂日处理乳清14000m3。 1984年，用于处理乳清和牛乳的膜面积达100000m2，其中1/7用于处理牛乳。 1988年底,膜面积已达150000m2，其中1/3用于处理牛乳。另外，用于制作乳酪的膜面积在80年代也迅速增长。 1987年底，约有180000m2在使用中，相当于400000t干酪年，或相当于全世界干酪生产的3。,(一)从乳清中回收蛋白质,乳清中含有高营养价值
2、的蛋白质、乳糖、乳酸、脂肪及矿物质。为了从低分子量组分中分离出蛋白质，通常采用超滤和反渗透处理。图8-21为乳清处理过程流程图。,至下水道,图 8-21,超滤可使体积减少约20。由于小分子的透过，故蛋白质含量提高，如表8-2所示。喷雾干燥后，得到的乳清粉,其蛋白质含量达65，更高的可达80。乳清粉可用于烧烤制品中替代脱脂乳，可用于制作婴儿食品等。由于超滤之后的透过液仍含有高的BOD值,必须经反渗透处理才能排放。反渗透得到的浓缩产物可用作饲料。,8-2,超滤膜的使用条件,超滤膜组件可采用不同型式。用于乳清超滤的膜常是醋酸纤维膜和聚砜膜等。操作时为了在较长时间下运转能限制细菌的生长，通常在10以下
3、运转。50下操作则只能进行短时处理。超滤结束之后，需要每天清洗膜组件。,超滤膜组件清洗的步骤,(1)水冲洗； (2)碱液清洗：pH10-14,温度50 (3)水冲洗； (4)酸液清洗；pH 0-1,温度50 (5)水冲洗； (6)用含游离氯50-l0gm3的次氯酸钠溶液循环消毒，温度30-50,(二)脱脂乳的浓缩,传统干酪生产在制干酪用乳(脱脂乳)中加入发酵剂和凝乳酶，然后进行混合和凝固。这种工艺有25%的乳清蛋白从凝乳中排出丢失在排放的乳清中，如果采用如图8-22所示的流程，不但干酪品质控制得到保证，还可提高干酪产量约20，因为蛋白质损失于乳清中少。,图 8-22,在该加工流程中，脱脂乳首先
4、用超滤来预浓缩。这实际上是一个分馏过程，主要是去除乳糖。不然乳糖将影响干酪的成熟过程及最终产品的密度和风味。浓缩了的脱脂乳其主要成分含量见表8-3。,8-3,二、在饮料工业中的应用,以普通蒸发法浓缩的果汁，在蒸发过程中，原果汁所含水溶性芳香物质及维生素等几乎全部被破坏、损失。,据Mogar等研究，当采用管式反渗透组件在10MPa的操作压力下处理桔子和苹果等果汁，得到固形物损失率小于1%的浓缩果汁(浓度达40)，其芳香物及维生素等得到了很好的保存。,很多研究表明，反渗透主要用于果汁预浓缩，而不可能完全取代蒸发浓缩。原因是： 果汁的渗透压随浓度增加而迅速升高； 浓度高达35以上，醋酸纤维膜对风味物
5、保持的选择性较低(在二级反渗透之后，约60的风味物被保留)。,三、在豆制品工艺中的应用,超滤主要用于果汁的澄清。特别是苹果汁的澄清。靠压榨产生的苹果汁，含有12的固体，其中包括糖、苹果酸、淀粉、果胶和酚类化合物。,1、常规方法与超滤法的对比,（1）常规方法：图8-23(a)所示。常规苹果汁加工中，首先要加入酶以破坏果胶，然后加硅溶胶和明胶，静置后，上层清液加硅藻土过滤，然后加膨润土通过板框压滤机过滤。澄清过程只得到浊度为1.5-3.0NTU的果汁。 （2）超滤法：图8-23(b)所示。在果汁部分脱酸之后，就用超滤法进行澄清。如采用单管式超滤组件，对脱酸25%的果汁，在50下可获得3m3/d的膜
6、透水速率。超滤得到的果汁，浊度为0.4-0.6NTU(散色浊度汁浊度单位)。,8-23,2、超滤的特点,超滤后果汁中的细菌、霉菌、酵母和果胶被去除,所以超滤的果汁具有较长的货架寿命(长达2年)； 超滤的果汁得率为96-98其至98-99且超滤加工时间很短(低于2h)，而常规的澄清到达36小时。因为超滤操作的简便，所以来用超滤法澄清果汁还可节省贮罐设备和人力，但大规模工业生产时，明胶的加入量是一个研究课题。,3、膜分离技术在豆制品生产上的应用,豆制品生产上膜分离的应用主要是从废液中回收蛋白质。废液包括制取大豆蛋白质时的大豆乳清废液，生产豆腐及酱等时的大豆预煮液等。如果不合理处置废液，一方面是浪费
7、，另一方面也会造成环境污染。,芝加哥的Centra1 Soya公司对大豆乳清采用了超滤处理,如图8-24(a)所示。将451kg(固形物含量为1.36)的大豆乳清浓缩15倍变成12.7kg(固形物含量12.0)。由于透过液中仍含有相当数量的可溶性固形物，故又进行反渗透处理，如图8-24(b)所示。,图 8-24,四、在纯水制造工业中的应用,典型的制水工艺流程有四类，是按原水来源来区分的。 第一类原水是湖水、河水以及由它们制得的自来水； 第二类是大江、大河(如长江等)及由它们制得的自来水； 第三类是深井水或由它制得的自来水； 第四类是沿海地区地面水或由它制得的自来水。,这些流程基本上反映了八十年
8、代纯水的制造水平。采用反渗透、超滤微滤技术，使其有效地去除水中的胶体、有机物、颗粒及细菌等杂质，而采用电渗析则主要去除离子。,采用膜技术后，可减小离子交换柱的负荷，延长树脂寿命，缩短树脂再生周期；也使终端过滤器寿命延长，人工管理费用减少，污染减少，产水水质稳定。,膜技术对前处理的要求,采用膜技术进行纯水生产时，前处理须加强，否则对膜设备的使用效率及寿命均有很大影响。,对电渗析，要求浊度1-3，水温5-40，余氯0.2mg/kg。 对中空纤维聚酰胺反渗透膜，要求浊度0.3，pH4-11，水温0-35，余氯0.1mg/kg,SiO2等含量以浓水不产生沉淀为准，Ca2+、SO42-离子浓度以浓水1.
9、910-4mg/kg为宜。 对于卷式醋酸纤维反渗透膜，要求浊度0.5，pH4-6.5，水温0-30，余氯0.5mg/kg，Ca2+、SO42-离子浓度以浓水1.9104mg/kg, SiO2等含量以浓水不产生沉淀即可。,另外，采用膜技术生产纯水时，要注意经常杀菌以防微生物生长。常用的杀菌剂有甲醛、双氧水、次氯酸钠等，以双氧水最为理想。通常选用的浓度为3，处理时间30min以上。当膜设备暂时不使用时，要用0.5%1%的甲醛溶液浸泡，以防微生物生长，污染膜，因为这种污染往往造成膜性能不可恢复。,五、其他食品工业中的应用,(一)淀粉加工 淀粉是一种多糖，是最重要的碳水化合物之一。每年全世界大约生产数
10、干万吨，其中60用于工业，40用于食品。生产淀粉的原料主要原料有四种：玉米、马铃薯、小麦和大米。淀粉生产过程中会产生大量的废水其中含有许多可利用的物质，尤其是蛋白质。若直接排放这些废水，一方面是蛋白资源的损失，另一方面造成环境污染。所以必须处理回收。下面以马铃薯淀粉为例，说明如何采用膜技术进行蛋白质的回收。,如图8-25所示。对马铃薯汁，先采用超滤分离其中的蛋白质等物质，再采用反渗透对超滤后的透过液进行再分离。分离出的浓缩物经再处理后作饲料，透过液则再返磨浆工序。 马铃薯成分：75水 19淀粉 2蛋白质 1.6纤维 1.2灰分(过氧化物汁) 1.1可溶碳水化合物 0.1脂肪,图 8-25,(二
11、)制糖工业废水处理,在糖厂生产中，当用水洗涤过滤机、骨炭吸附塔及离子交换柱时，将产生大量低浓度的含糖液。一般对低浓度(1-2Bx以下)的含糖液多被作为废水排放掉。这一方面是糖分的损失，另一方面造成环境污染。,佐佐木等采用反渗透法对精制糖车间产生的稀糖废液进行了浓缩试验。采用板式膜装置，4MPa下操作，糖的分离率为99.8。而工业的浓缩极限为10-20。Bx。许多试验表明，用反渗透对含糖废液进行处理，糖的分离率较高，回收率也高而且透水率较稳定。 在制糖工业中的其他可能用途还有糖汁或糖液的净化及浓缩，糖汁或糖液的脱盐及去除低分子不纯物质。,(三)动物血液处理,血清常常是利用冷冻升华干燥来处理。由于
12、血清中含水量太高，致使干燥成本过大，故需进行预浓缩，许多国家都在使用超滤达到这一目的。瑞典早在l974年就采用DDS板式超滤，l986年时采用聚丙烯腈管式超滤，膜面积86m2。在30以下操作,蛋白质含量提高2倍,达到13%。扩大膜面积，浓缩倍数可达到3。通量为13-15L/m2h，蛋白质含量提高到13%；8-10L/m2h时，可达20%。荷兰1983年设计了一台工业装置，具有4个循环级，总膜面积73m2，血清浓缩后浓度可达25。据报道，DDSUF36型组件可使血清浓缩到20的总固含量。然后用DDS高浓缩比UF37型组件，可达到30。在30下进行，平均通量为10-12L/m2h。,(四)酒和含酒精饮料的精制,采用超滤方法能有效地去除酒中的酵母菌、杂菌及胶体等，采用反渗透可去除酒中的小分子沉淀物，从而改善酒的澄清度，并获得更好的保存性。以葡萄酒生产为例。由于酒石的存在,酒在贮存期内会产生沉淀，这虽然不影响风味,但却降低感官质量。采用反渗透法处理可使酒的澄清保存期延长，参见图8-26。,图 8-26,
