淺析雙極膜在食品工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

張?chǎng)?++王艷曉+++許明先

摘 要：雙極膜應(yīng)用作為食品工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展過(guò)程的重中之重，是一個(gè)必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到食品加工生產(chǎn)的環(huán)保節(jié)能性，能夠保障企業(yè)在最低成本下創(chuàng)造出最大的經(jīng)濟(jì)效益。因此，食品工業(yè)企業(yè)要高效發(fā)揮出雙極膜的作用，充分利用水解離、電滲析等先進(jìn)工業(yè)技術(shù)，推動(dòng)食品工業(yè)領(lǐng)域穩(wěn)定持續(xù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境的共同進(jìn)步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：雙極膜；食品工業(yè)；實(shí)踐應(yīng)用

引言

雙極膜作為一種新型離子交換復(fù)合膜，它的構(gòu)成主要包括了陽(yáng)離子交換層（N型膜）以及陰離子交換層（P型膜），其具備了能耗低、易操作、選擇性良好以及模式化設(shè)計(jì)等特征，被廣泛地應(yīng)用在食品工業(yè)加工生產(chǎn)中，能夠有效幫助食品化工企業(yè)技術(shù)人員解決更多的產(chǎn)品加工難題。基于直流電場(chǎng)作用下，雙極膜能夠有效將水進(jìn)行離解，從而在膜兩側(cè)獲取到陽(yáng)離子H+和陰離子OH-。企業(yè)技術(shù)人員通過(guò)充分利用該特點(diǎn)，能夠組建起科學(xué)的雙極膜電滲析系統(tǒng)，并且該系統(tǒng)應(yīng)用在各種產(chǎn)品加工作業(yè)中，促使企業(yè)降低產(chǎn)品加工過(guò)程的能源損耗，為工業(yè)領(lǐng)域創(chuàng)造出更多的社會(huì)價(jià)值和環(huán)境效益。

1 雙極膜的概述

1.1 雙極膜水解離與電滲析原理。

Frilette在實(shí)踐實(shí)驗(yàn)中最早發(fā)現(xiàn)了陰、陽(yáng)離子交換膜中的水解離現(xiàn)象。該化學(xué)現(xiàn)象的具體結(jié)果會(huì)促使電滲析膜面上產(chǎn)生鈣鎂垢，同時(shí)還會(huì)在溶液中發(fā)生中性擾亂現(xiàn)象。在雙極膜水解離過(guò)程中，離子膜兩側(cè)能夠直接獲得H+和OH-，這樣技術(shù)人員就可以將鹽成功生成相對(duì)應(yīng)的酸和堿。就如下圖1所示，在雙極膜上發(fā)生水解離反應(yīng)[1]。

技術(shù)人員通過(guò)合理應(yīng)用雙極膜水解離與電滲析原理，能夠確保在不融入新物質(zhì)的前提下，有效將水溶液中的鹽轉(zhuǎn)化成需要的酸和堿。所以，雙極膜被廣泛地應(yīng)用在食品工業(yè)領(lǐng)域中。

1.2 雙極膜的納濾特性

雙極膜之所以具備納濾特性，是因?yàn)樵陔p極膜中存在大小不一的孔徑，同時(shí)在陰、陽(yáng)膜上攜帶著不同的電荷，這樣就能夠促使雙極膜具有“荷電效應(yīng)”以及“篩分效應(yīng)”。如果雙極膜左右兩側(cè)的分離推動(dòng)力是壓力差時(shí)，那么雙極膜就會(huì)像其他荷電膜一樣截取水中粒徑為納米級(jí)的顆粒物，從而有效實(shí)現(xiàn)介于超濾與反滲透之間的實(shí)踐操作。

納濾膜應(yīng)用最為明顯的優(yōu)勢(shì)在于操作簡(jiǎn)單、選擇性良好以及通量高，對(duì)離子形式的鹽和有機(jī)分子有著超強(qiáng)的去除能力，企業(yè)無(wú)需投入更多的資金成本，因此，被更多的行業(yè)領(lǐng)域所看好。

2 雙極膜在食品工業(yè)領(lǐng)域中的實(shí)踐應(yīng)用

2.1 大豆分離蛋白的沉淀分離

食品加工企業(yè)技術(shù)人員通過(guò)利用雙極膜電酸化原理，能夠有效促使大豆蛋白沉淀分離。將大豆蛋白質(zhì)溶液循環(huán)流經(jīng)于雙極膜的兩側(cè)，在水解離現(xiàn)象發(fā)生后，生成的H+會(huì)融入到蛋白質(zhì)溶液中，從而有效降低溶液pH達(dá)到等電點(diǎn)，這樣就會(huì)造成蛋白質(zhì)選擇性分離，然后經(jīng)離心沉淀。相關(guān)工作人員在經(jīng)過(guò)對(duì)其水洗沉淀除鹽后，通過(guò)科學(xué)應(yīng)用雙極膜陰離子膜側(cè)水解離產(chǎn)生的NaOH溶解[3]，又或者是蛋白質(zhì)溶液在陽(yáng)離子膜側(cè)電酸化的同時(shí)，此沉淀于雙極膜不同側(cè)循環(huán)而被成功溶解中和。加工技術(shù)人員只需要將蛋白質(zhì)鹽溶液進(jìn)行噴霧干燥操作，就能夠完成分離蛋白質(zhì)的工作。在現(xiàn)代雙極膜電酸化法分蛋白制作中，工作人員無(wú)需在過(guò)程中加入額外的酸和堿，在現(xiàn)場(chǎng)水解離中就能夠合理控制得到酸和堿，這樣能夠確保制取的蛋白質(zhì)不易變形，最大化利用好酸和堿的作用，降低了企業(yè)水資源的損耗[2]。

2.2 回收大豆豆腐乳清中鎂和蛋白質(zhì)

在社會(huì)大眾生活中，人們經(jīng)常吃到的大豆豆腐乳清中含有了大量的蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)、凝結(jié)劑以及糖類(lèi)物質(zhì)。Bazinet等人最早通過(guò)應(yīng)用先普通離子交換膜電滲析再雙極膜電滲析酸化的手段去有效回收豆腐乳清中的蛋白質(zhì)和Mg2+，這樣能夠最大化降低企業(yè)加工成本費(fèi)用，并且有效提高產(chǎn)品的數(shù)量。在大豆豆腐乳清中鎂和蛋白質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3.2%和18.7%，pH大致在5.3-5.6范圍內(nèi)[4]。研究人員通過(guò)使用離子交換膜和10張陰離子交換膜成功構(gòu)成22隔室結(jié)構(gòu)，在實(shí)驗(yàn)中所使用的雙極膜電滲析酸化池的有效電極面積為1dm2，7隔室結(jié)構(gòu)的組成則主要包括了1張陰離子交換膜、3張陽(yáng)離子交換膜以及2張雙極膜，然后將其放置于1A電流環(huán)境下一般電滲析60分鐘，接著又在1A電流下雙極膜電酸化60分鐘，就能夠有效回收10L大豆豆腐乳清中的34.7%蛋白質(zhì)和65%的鎂。

2.3 蘋(píng)果汁的提取生產(chǎn)

為了滿足大眾對(duì)于高品質(zhì)蘋(píng)果汁產(chǎn)品的需求，食品加工企業(yè)要加強(qiáng)對(duì)蘋(píng)果汁的高效生產(chǎn)作業(yè)，采用先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，從而保障蘋(píng)果汁的口感和顏色。為了確保蘋(píng)果汁的原汁原味，加工生產(chǎn)企業(yè)可以通過(guò)加入NaOH把pH值合理控制在3.15。此外，為了避免果汁變成褐色，生產(chǎn)技術(shù)人員可以通過(guò)加入鹽酸將pH值降低至2.1，這樣就可以不可逆的抑制多酚氧化酶的活性。該種方法雖然可以成功抑制蘋(píng)果汁不會(huì)變成褐色，保障其穩(wěn)定性，然而加入的酸堿物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致蘋(píng)果汁稀釋?zhuān)绊懙饺藗兊目诟?。隨著雙極膜在食品工業(yè)領(lǐng)域的大力推廣應(yīng)用，人們發(fā)現(xiàn)雙極膜電滲析法生產(chǎn)出的蘋(píng)果汁，不僅僅具有良好的穩(wěn)定性和顏值，還保證了其不錯(cuò)的口感，受到了眾多消費(fèi)者的青睞。由于在雙極膜的陽(yáng)離子膜層會(huì)產(chǎn)生H+，促使蘋(píng)果汁在陽(yáng)膜外循壞，從而將其pH值從3.15有效降至到2.1；酸化后，蘋(píng)果汁又會(huì)在陰膜外進(jìn)行循壞，并與陰離子OH-相接觸，從而又使蘋(píng)果汁pH值回到3.15。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，為了促進(jìn)我國(guó)食品化工行業(yè)穩(wěn)定持續(xù)的發(fā)展，我們要不斷加強(qiáng)雙極膜的研究應(yīng)用工作，要積極研制出更為先進(jìn)的雙極膜，充分發(fā)揮出雙極膜在食品工業(yè)領(lǐng)域中的重要作用，為人類(lèi)社會(huì)生產(chǎn)出更多高品質(zhì)的食物產(chǎn)品，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的和諧發(fā)展進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1]徐銅文，傅榮強(qiáng)，楊偉華.食品工業(yè)中的雙極膜技術(shù)[J].膜科學(xué)與技術(shù)，2014，23（4）：190-196.

[2]任羽西，陳震，林金火. “三明治”雙極膜的制備及其在降解含酚廢水中的應(yīng)用[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2012（3）：1-9.

[3]徐銅文，楊偉華，何炳林.雙極膜的水解離現(xiàn)象——雙基膜的物理構(gòu)型、離子傳遞及其理論壓降分析[J].中國(guó)科學(xué)B輯，1999，26（6）：481-488.

[4]周挺進(jìn)，陳曉，陳日耀，等.靜電紡絲法制備PVA-SA-CuTsPc納米纖維改性CMC-PVA/CS-PVA雙極膜[J].高分子材料科學(xué)與工程，

2013，29（1）：166-170.

作者簡(jiǎn)介：張?chǎng)?985，9-），女，漢族，河南寶豐縣人，碩士，河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院，食品化工系，助教，研究方向：電化學(xué)。

王艷曉（1985，9-），女，漢族，河南魯山縣人，碩士，河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院，食品化工系，助教，研究方向：化學(xué)教育。

許明先（1986，9-），女，漢族，河南汝州市人，本科，平頂山市神馬萬(wàn)里化工股份有限公司，助理工程師，研究方向：環(huán)己醇生產(chǎn)工藝。