膜分離技術(shù)主要是利用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化學(xué)位差為推動(dòng)力對(duì)液液、氣氣、液固、氣固等體系中的不同組分進(jìn)行分離、純化、富集的一項(xiàng)新技術(shù)。

 

 

　　膜分離技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)[2]

 

　　膜分離技術(shù)主要有4 大類，分別是微濾、超濾、納濾及高濾?，F(xiàn)對(duì)這4 種膜分離技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行分析，具體如下。

 

　　表1　4種主要的膜分離技術(shù)

　　膜分離技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)：

 

　　①可以在溫和的條件下操作，而且要求的壓強(qiáng)和溫度比較低，非常適合分離生物活性物質(zhì)，能夠最大程度保障產(chǎn)品的生物活性。

 

　　②膜分離過程可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，操作非常簡(jiǎn)單，同時(shí)對(duì)環(huán)境的污染很小。

 

　　③膜分離技術(shù)的工作效率非常高，消耗的能源很少，通常不會(huì)涉及相變。

 

　　但是，膜分離技術(shù)也有一些不足：①膜的耐熱性和耐藥性有一定的局限性，會(huì)影響膜的使用范圍和使用效果。②膜非常容易受到外界的污染。被污染后，膜的使用性能會(huì)大大降低，甚至喪失濾過能力。

 

　　在實(shí)際應(yīng)用中，要根據(jù)食品加工的具體情況，選擇合適的膜分離技術(shù)，提高分離的效率和質(zhì)量。

 

 

　　一）超濾技術(shù)在水果加工中的應(yīng)用

 

　　超濾膜具有不對(duì)稱的微孔結(jié)構(gòu)，在常溫下以膜兩側(cè)壓力差為動(dòng)力，對(duì)水果進(jìn)行分離、濃縮、提純，實(shí)現(xiàn)對(duì)水果大、小分子分離、凈化，超濾澄清可全部去除水果懸浮顆粒、果膠以及部分雜菌，更好地保留糖和維生素。由于超濾膜孔徑在2 ～ 200 nm，超濾加工前可采取粗濾、精濾、酶處理工序，延長(zhǎng)膜的使用壽命，提高超濾的分離速度和效率。

 

　　近些年，超濾技術(shù)被廣泛應(yīng)用于水果加工澄清，采用超濾PVDF 過濾澄清，可降低果汁的濁度且性質(zhì)穩(wěn)定，無二次沉淀，可更好地保留水果微量元素和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

 

　　二）反滲透技術(shù)在水果加工中的應(yīng)用

 

　　反滲透膜分離技術(shù)，可以采用聚酰胺對(duì)水果進(jìn)行濃縮處理，很好地保留水果的風(fēng)味物質(zhì)，與傳統(tǒng)蒸發(fā)濃縮技術(shù)相比，反滲透濃縮技術(shù)可以獲得更好的加工品質(zhì)，在水果加工中利用反滲透技術(shù)，可在P=4.5 MPa，T=40 ℃，S=1 m·s-1 的條件下對(duì)水果進(jìn)行高度濃縮。

 

　　傳統(tǒng)蒸發(fā)技術(shù)濃縮時(shí)溫度低于殺菌溫度，會(huì)導(dǎo)致外界空氣對(duì)水果產(chǎn)生污染，而使用反滲透技術(shù)可對(duì)水果進(jìn)行分級(jí)濃縮，降低生產(chǎn)中的能耗，保證水果殺菌效果，并且有利于提高水果加工產(chǎn)品的新鮮度，膜分離技術(shù)在水果產(chǎn)品加工中采取滅菌處理后，水果產(chǎn)品可放入氮?dú)猸h(huán)境中投放市場(chǎng)，對(duì)水果的水分和新鮮度起到了良好的保障作用，可有效提高了運(yùn)輸與儲(chǔ)藏過程中的水果的新鮮度。

 

　　三）納濾技術(shù)在水果加工中的應(yīng)用

 

　　納膜分離技術(shù)的膜孔徑在納米級(jí)，膜表面常帶正或負(fù)電荷，對(duì)陰離子具有較高的截流率。納濾技術(shù)在水果加工中主要用于水果濃縮，可提高水果濃縮質(zhì)量。

 

　　傳統(tǒng)萃取、蒸餾的方法需要消耗大量的時(shí)間和能源，對(duì)天然色色素的回收較為復(fù)雜，極大地破壞了水果原有的色澤和性質(zhì)；使用納濾技術(shù)，可以充分保留水果的原有的風(fēng)味和色澤，納濾技術(shù)與反滲透技術(shù)的配合使用，可有效突破水果濃縮上限，提高水果產(chǎn)品加工質(zhì)量。

 

　　四）微濾技術(shù)在水果加工中的應(yīng)用

 

　　微濾是在壓力差的作用下，截留細(xì)菌、細(xì)胞、固態(tài)懸浮物的微孔過濾分離，微濾的分離原理與超濾技術(shù)相似，但微濾的膜孔徑較大篩孔為0.1 ～ 20 μm，在水果加工中可替代硅藻土過濾技術(shù)。

 

　　傳統(tǒng)硅藻土過濾和除菌會(huì)有硅藻土殘?jiān)?，?duì)水果產(chǎn)品的風(fēng)味造成破壞，并且硅藻土過濾還要再加一道濾芯過濾工序，操作復(fù)雜，而使用微濾膜分離技術(shù)，可對(duì)水果進(jìn)行冷殺菌，并且0.2 μm 和0.8 μm 孔徑可除去水果中的膠體和細(xì)小懸浮物，在保留原有水果風(fēng)味的同時(shí)，更好地保證了澄清過濾的效果。

 

 

　　一）應(yīng)用于醋類的加工[2]

 

　　醋類加工過程中，涉及的主要環(huán)節(jié)有澄清、除菌以及連續(xù)發(fā)酵等。目前。市場(chǎng)上果醋的發(fā)展前景非常好，種類非常豐富，有蘋果果醋、紅棗果醋、楊梅果醋以及梨果醋等，它們都屬于功能食品，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值非常高，而且口感很好。將膜分離技術(shù)應(yīng)用在澄清環(huán)節(jié)，可以保證果醋的營(yíng)養(yǎng)成分不被破壞。

 

　　二）料酒行業(yè)[4]

 

　　料酒是我國(guó)的傳統(tǒng)特色發(fā)酵產(chǎn)品，由黃酒和香辛料浸提液調(diào)配而成，香辛料中的膠體和黃酒中的蛋白以及雜菌的過度繁殖是影響料酒渾濁與沉淀的主要原因。采用膜過濾能有效截留膠體物質(zhì)，同步實(shí)現(xiàn)除菌除濁，顯著提升料酒的感官質(zhì)量，延長(zhǎng)產(chǎn)品的貨架期。

 

　　調(diào)配料酒的黃酒偏酸，營(yíng)養(yǎng)豐富且微生物易繁殖，因此要求超濾用的膜材料具備抗酸和抗微生物侵蝕、無毒、無化學(xué)變化、對(duì)醇類穩(wěn)定等性能。

 

　　郭澤鑌等選用聚砜（PS）膜、聚氯乙烯（PVC）膜、醋酸纖維素（CA）膜和聚醚砜（PES）膜4種超濾膜材質(zhì)，研究超濾黃酒的最佳用膜和操作條件，結(jié)果表明，PES膜適用于黃酒過濾，最佳超濾條件是截留分子量為50000 Da、壓力為0.30 MPa、溫度為35℃、時(shí)間為13 min，對(duì)雜菌的清除率最高達(dá)到了95.4%，使得黃酒品質(zhì)更高。

 

　　膜過濾與冷凍技術(shù)結(jié)合處理黃酒，在提高黃酒的穩(wěn)定性和保質(zhì)期的同時(shí)，也可以消除酒液的冷渾濁問題。

 

　　高恩麗等將微濾與冷凍技術(shù)結(jié)合，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，形成大顆粒的高分子蛋白質(zhì)被大量去除，濁度從1.87降至0.98，黃酒的穩(wěn)定性明顯提高，口感更為清爽。

 

　　譚佩毅等采用錯(cuò)流過濾技術(shù)，用0.15μｍ的陶瓷膜對(duì)黃酒進(jìn)行過濾，結(jié)果表明，在溫度為20～25℃、壓力為0.2～0.25 MPa時(shí)，黃酒中高分子蛋白質(zhì)的去除率為56.9%，酒體的非生物穩(wěn)定性顯著提高，同時(shí)符合理化指標(biāo)，也保持了黃酒的傳統(tǒng)風(fēng)味。

 

　　三）應(yīng)用于酒類的加工[2]

 

　　將膜分離技術(shù)應(yīng)用在酒類加工過程中，與傳統(tǒng)技術(shù)相比具有更多優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的過濾技術(shù)是對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行離心預(yù)處理，然后通過硅藻土過濾等環(huán)節(jié)最終得到產(chǎn)品。

 

　　微濾類的膜分離技術(shù)可以將多酚復(fù)合物、殘?jiān)约熬w等進(jìn)行截留，只讓色素、風(fēng)味物質(zhì)以及碳水化合物通過濾膜，并且可以在低溫條件下過濾，還可以利用蒸汽來消毒，不僅能夠保持原有的營(yíng)養(yǎng)和味道，還能夠增加酒類的澄清度。

 

 

　　一）特種油脂制備

 

　　郭雄以橡膠籽仁為原料，研究超濾膜法進(jìn)行橡膠籽毛油脫膠及蛋白制備的工藝方法，其橡膠籽毛油脫膠最佳工藝條件為膜孔徑10 kDa、混合液中油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)37%、操作壓力0.23 MPa，此條件下磷脂的截留率可達(dá)96.51%。

 

　　超濾膜法制備橡膠籽蛋白的清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白的截留率分別可達(dá)97.16%、99.09%、97.01%和97.01%；

 

　　李猷以10 000 Da 截留分子量的無機(jī)陶瓷膜為膜材料，采用生物法耦合膜技術(shù)進(jìn)行茶籽油提取，得到了質(zhì)量符合一級(jí)壓榨成品茶籽油國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的茶籽油產(chǎn)品，但其提取率有待提高，其提取條件為進(jìn)口壓力2.0 MPa、出口壓力1.0 MPa、流量65 L/min、溫度90 ～ 95 ℃、提取油脂的磷脂含量1.53 mg /kg，酸價(jià)為0.39 mg /g。

 

　　劉紅波等利用膜分離技術(shù)對(duì)沙棘籽油進(jìn)行精制并考察其適用性，研究發(fā)現(xiàn)分子量30000 Da 的超濾膜適合于沙棘籽油的精制，其磷脂的截留率可達(dá)90%以上，并能在一定程度上降低沙棘籽油的酸值和皂化值，提高其穩(wěn)定性。

 

　　二）油料副產(chǎn)物制備

 

　　劉方波采用無機(jī)膜分離技術(shù)，以飼料級(jí)濃縮磷脂為原料，針對(duì)磷脂工業(yè)化生產(chǎn)中的脫雜、脫色、脫溶、脫油等問題，進(jìn)行高品質(zhì)磷脂產(chǎn)品開發(fā)，建立了高效膜法生產(chǎn)高品質(zhì)食品級(jí)濃縮磷脂和粉末磷脂的技術(shù)；

 

　　李丹利用微濾和納濾技術(shù)分離純化棉籽蛋白酶解液中的多肽，棉籽蛋白多肽經(jīng)微濾除雜后，純度可從86.3%提高至91.3%；對(duì)棉籽蛋白透過液進(jìn)行納濾，得到的最優(yōu)納濾條件為跨膜壓差1.2 MPa、濃縮倍數(shù)為8 倍左右、溫度50 ℃，此條件下無機(jī)鹽和多肽的截留率分別為70%和90%。

 

 

　　在牛奶的生產(chǎn)過程中，膜分離技術(shù)的使用十分之多，主要體現(xiàn)在脫脂和除菌，由于牛奶中的細(xì)菌數(shù)量很多，導(dǎo)致在奶制品的生產(chǎn)過程中，對(duì)細(xì)菌的處理十分困難，而膜分離技術(shù)通過使用可以將細(xì)菌過濾的膜來減少奶制品中的細(xì)菌的數(shù)量。而且在脫脂乳的情況下，脫脂乳的質(zhì)量在微濾之前和之后沒有顯著變化。

 

　　在全脂牛奶的生產(chǎn)中，使用1.8μm 的氧化鋁膜微濾，以2 的因子數(shù)目減少細(xì)菌，而同時(shí)脂肪98%已被移除，蛋白質(zhì)可以通過過濾在牛奶保留。

 

　　膜分離技術(shù)可用于生產(chǎn)干酪，以生產(chǎn)高蛋白質(zhì)含量（＞ 20% ~ 22%）的液體干酪，作為生產(chǎn)軟質(zhì)或半硬質(zhì)干酪的原料。使用超濾膜，除去脂肪和殘留在濃縮物的蛋白質(zhì)，而乳糖、可溶性蛋白，因?yàn)榈V物質(zhì)和其它微量組分留在乳清，蛋白與脂肪到正常水平，奶酪的比率達(dá)到并成為液體標(biāo)準(zhǔn)奶酪。通過超濾制備干酪，干酪產(chǎn)率從10%提高到30%，同時(shí)減少85%的凝乳酶量，并允許連續(xù)生產(chǎn)和自動(dòng)化控制。

 

　　同時(shí)，在用于生產(chǎn)具有脫脂乳或全脂乳乳酸發(fā)酵新鮮乳酪的方法，含有乳糖和無機(jī)物質(zhì)從發(fā)酵酸奶系統(tǒng)中水相，所有的蛋白質(zhì)和脂肪保留在分離中。

 

　　傳統(tǒng)工藝使用蒸發(fā)濃縮或離心分離，不僅消耗大量能量，而且還破壞牛奶中的一些熱敏成分而影響產(chǎn)品質(zhì)量。超濾和反滲透膜技術(shù)已經(jīng)被國(guó)外用于取代蒸發(fā)濃縮或離心過程，這樣就可以產(chǎn)生令人滿意的優(yōu)質(zhì)奶酪和甜酸奶。

 

 

　　膜分離技術(shù)具有常溫操作和高效節(jié)能等優(yōu)勢(shì)，在食品功能性成分的提取上得到了一定程度的應(yīng)用。Nair 等采用膜技術(shù)從整蝦、蝦頭或加工廢水中提取出了富含蝦青素的蝦油。

 

　　徐龍生以低檔的烏龍茶為試驗(yàn)材料，采用多級(jí)膜過濾探索茶多酚的提純與濃縮工藝，考察了超濾、納濾和正滲透對(duì)茶多酚提純與濃縮效果的影響。

 

　　吳劉健分別采用3 500 Da 超濾膜和150 Da 納濾膜進(jìn)行大蒜素的膜分離純化工藝研究，超濾膜分離產(chǎn)品的大蒜素含量和得率分別為5.8%和0.17%，納濾膜分離產(chǎn)品的大蒜素含量和得率分別為13.4%和0.17%，大蒜素透過率達(dá)90%以上。

 

　　王麗萍采用超濾膜技術(shù)對(duì)草魚皮膠原蛋白提純過程進(jìn)行研究，選用聚偏氟乙烯和聚砜為膜材料制備出截留分子量不同的PS 超濾膜，實(shí)現(xiàn)了對(duì)魚皮膠原蛋白的逐級(jí)分離。

 

　　Chen 等采用陶瓷納濾膜對(duì)低聚果糖進(jìn)行提純，分別研究制備了Al2O3和ZrO2等陶瓷納濾膜，對(duì)果糖、葡萄糖、蔗糖、果三糖、果四糖和果五糖等均實(shí)現(xiàn)了一定程度的截留。