淺析膜分離技術在食品發酵工業中的應用

王艷曉，李 峰

（河南質量工程職業學院，河南平頂山 467000）

淺析膜分離技術在食品發酵工業中的應用

王艷曉，李 峰

（河南質量工程職業學院，河南平頂山 467000）

概述了膜分離技術。首先對膜技術進行了介紹，其次著重對不銹鋼管式膜進行了介紹，包括管式膜的制作、特性等，進而分析了膜分離技術在食品發酵工業中的運用原理及與傳統食品工業相比的優勢。

膜分離技術；食品工業；發酵

1 膜技術概述

1.1 膜技術介紹

膜分離技術的關鍵是選擇性透過膜，憑借膜兩側存在的某種力來使需要分離的原料側組透過膜，以達到分離的目的，也往往用于提純。選擇性透過膜根據其過濾孔直徑的大小可以分為∶微慮、超慮、納慮、反滲透。微濾的過濾精度在0.1～10μ；超濾的過濾精度在10-7～10-9m，可以對溶液中的大分子進行截留；納慮過濾的切割分子量為150～1 000，可以截留大分子組分；反滲透在理論上的切割分子量僅為18[2]。膜分離技術根據分離方式可以分為錯流過濾與終端過濾兩種。錯流過濾可以對膜污染進行有效的控制，優勢就是使得過濾可以連續進行而不至于因為更換膜而導致過濾中斷。根據膜材料的不同，膜分離技術又可以分為無機材料膜和有機材料膜兩種。而無機材料膜又能分為∶以不銹鋼為支撐的二氧化鈦過濾膜、以陶瓷為支撐的涂鋁或鈦過濾膜。有機膜通常是高分子材料做成的。有機膜相比于無機膜來說，容易污染而且使用壽命較短。

1.2 不銹鋼管式膜介紹

由于食品工業材料的成分較為復雜多樣，而不銹鋼管式膜又屬于無機膜。所以，其更適合在食品工業中使用。例如∶Hyflux不銹鋼管式膜已經在食品工業中投產，具有廣闊前景。

不銹鋼管式膜的制作主要是選取一些較為獨特的材料，進而采取特殊的加工工藝加工而成。其支撐管主要是由不銹鋼粉組成，在保證支撐管孔徑在1μm之后，在其表面鍍上二氧化鈦。不銹鋼管式膜根據其過濾孔徑大小，主要有分為10～20nm和50～100nm兩種。一般來說，不銹鋼管式膜具有以下特點∶很強的伸縮能力、超好的耐機械性能。很好的伸縮性主要是因為其支撐管是由不銹鋼粉組合而成的，所以其能承受住突然的熱脹冷縮。對于不銹鋼管式膜來說，采取錯流過濾方式較為常見，避免了過濾中的堵塞現象，過濾具有穩定性，易于控制。

2 膜分離技術在食品發酵中的具體運用

2.1 膜分離技術在味精生產中的運用

在食品工業中味精和賴氨酸的發酵一般是由細菌來完成的，而由于細菌的直徑較小，用傳統的食品加工工藝就難以把細菌完全過濾，而且如果通過將發酵液直接等電點結晶就會導致結晶率低和環境污染這兩大問題。結晶率低是因為，由于細菌難以過濾，所以發酵液中存在的細菌影響了一次結晶率，導致加工工藝路線較長，影響效益。易產生環境污染是因為，發酵產品本來就是對水和能源需求巨大，污染也大。廢水中菌體提取廢液較多，水洗排放水也較多，因此易產生環境污染。

Hyflux不銹鋼管式膜作為膜技術在食品工業中運用的典范，其可以有效解決食品發酵工業中結晶率低和環境污染大的問題。首先，該種不銹鋼管式膜是無機膜，膜本身就具有極強的抵抗污染能力，解決了膜污染問題。因為其孔徑范圍在0.05～0.1μm，所以其能很好地對溶液中的菌體等不溶物進行去除，有利于提高結晶率和結晶純度。減少了后續工藝中的用水量，環節了水污染問題。同時，排放的菌體可以制作成為飼料，使得味精生產成本降低了約800元/t，明顯提高了食品生產工業的經濟和環保效益。

2.2 不銹鋼膜分離技術在檸檬酸生產中的運用

2.2.1 在鈣鹽提取工藝中不銹鋼膜分離技術的運用

傳統工藝生產檸檬酸一般所采取的方法是沉淀法∶首先使用板框來過濾發酵物得到過濾溶液，然后采取石灰來對溶液中的檸檬酸進行中和反應，形成檸檬酸三鈣沉淀物。把這些沉淀物析出，進而用少量高溫水對其進行洗滌，之后用濃硫酸進一步溶解檸檬酸三鈣，以獲取檸檬酸溶液。這種工藝由于板框的過濾精度不高，所以濾液質量也就不高。就會影響接下來的加工∶對中和進行影響，耗費大量的石灰，也消耗過多的高溫水，產生污染也較大。導致最終得到的檸檬酸質量難以控制。

實踐證明，采取Hyflux不銹鋼管式膜可以有效過濾細菌等不溶物，使得濾液澄清。有利于對生產進行有效控制，還能減少對環境的污染。其優勢如下∶首先過濾收慮高；其次中和效果好；再次利于環保；還可以提高產品收得率；最后有效避免了生產中的跑、冒等情況，有利于食品發酵工業的標準化管理。

2.2.2 在樹脂法新工藝中不銹鋼膜分離技術的運用

由于鈣鹽法在提取檸檬酸的過程中易產生硫酸鈣廢物，而且對硫酸鈣進行處理十分困難，直接排放或者處理之后排放都會造成經濟損失和環境污染。而采取樹脂法提取檸檬酸，就排除了硫酸鈣產生的可能。樹脂法結合不銹鋼管式膜的優勢十分明顯∶首先，不銹鋼管式膜能過濾出更好的濾液，而且工藝流程少；其次因為濾液質量好，就可以相應地減少樹脂用量，節省成本；第三，高質量溶液可以減少樹脂耗損；最后可以促進最終產品——檸檬酸質量的提高。

[1] 葛毅強，孫愛東.現代膜分離技術及其在食品工業中的應用[J].食品與發酵工業，1998，（2）∶58.

[2] 申雅維.膜分離技術在食品發酵工業中的運用[C].第二屆全國膜分離技術在食品工業中的運用研討會論文集，2006∶53.

Application of Membrane Separation Technology in Food Fermentation Industry

Wang Yan-xiao，Li Feng

Membrane separation technology is introduced.First，the membrane technology is introduced，followed by the introduction of stainless steel tubular film，including the production of tubular film，characteristics and so on.And then analyzed the membrane separation technology in the food fermentation industry in the use of the principle and compared with the traditional food industry advantages.

membrane separation technology；food industry；fermentation我國傳統的食品工業一直具有兩個突出的問題∶其一，采取食品的食品加工方法會導致熱敏性營養活性功能物質和風味物質失去活性，導致食品缺乏天然性和原味性。其二，傳統食品發酵方式造成大量廢水，不僅加劇環境污染，還使得一些營養物質被浪費。而膜分離技術是在低溫環境下的分離技術，同時其具有高效和節能的特點[1]。所以其被充分運用到了我國食品工業之中。

TS205.5

A

1003-6490（2017）02-0053-02

2017-02-03

王艷曉（1985—），女，河南平頂山人，助教，主要研究方向為化學教育，工業工程。