膜分離技術在食品發酵工業中的應用研究

封雪 惠香 呂曉超

摘 要：面對日益增加的市場競爭壓力，諸多食品生產企業逐步加大了對先進技術的應用力度，以期提高食品生產的質量與效率。膜分離技術作為一項高新分離技術，具有設備操作簡便、處理效率高、節省能量等諸多優勢，近年來受到了食品發酵工業領域的廣泛青睞。在膜分離過程中，往往會涉及到發酵、酶催化、廢水處理等生物轉化過程。本文將食品發酵工業生產作為研究對象，分析了膜分離技術在食品發酵工業領域的具體應用，以期為后續研究提供參考。

關鍵詞：膜分離技術;食品發酵工業;應用研究

Application of Membrane Separation Technology in Food Fermentation Industry

FENG Xue， HUI Xiang， LV Xiaochao

（Dalian Product Quality Inspection and Testing Institute Co.， Ltd.， Dalian 116000， China）

Abstract： In the face of increasing market competition pressure， many food production enterprises have gradually increased the application of advanced technology， in order to improve the quality and efficiency of food production. As a high-tech separation technology， membrane separation technology has many advantages， such as simple equipment operation， high treatment efficiency and energy saving. In recent years， it has been widely favored in the field of food fermentation industry.? In the process of membrane separation， fermentation， enzyme catalysis， wastewater treatment and other biological transformation processes are often involved. The food fermentation industry was taken as the research object， and the specific application of membrane separation technology in food fermentation industry were analyzed in this paper， in order to provide reference for subsequent research.

Keywords： membrane separation technology; food fermentation industry; application countermeasures

膜分離技術具有設備操作簡便、處理效率高、節省能量等諸多優勢，在熱敏、物料、無相變等分離過程中發揮了重要作用，且取得了較為明顯的成效。通過將膜分離技術應用到食品發酵工業中，可以對分離、濃縮、分級與純化發酵產品等各個環節進行優化。為了適應時代發展趨勢，充分發揮出膜分離技術的應有價值，推動食品發酵工業行業獲得穩步健康發展，食品發酵行業正不斷加大對膜分離技術的應用研究。

1 膜分離技術概述

膜分離技術在分離雙組分或者多組分的溶質與溶劑方面發揮著重要作用。分離過程的順利進行離不開外界能量位差。在應用膜分離技術時，通常選用高分子薄膜作為膜材料，將溶質與溶劑初步分離作為基礎，并在此基礎上實現分級提純，實現溶劑與溶質間的融合。

膜分離的過程可以視作為篩分過程。在篩分環節，往往會受到諸多因素的影響，如溶質、溶劑分子與膜間會同時存在吸引或者排斥現象，水與溶液對膜的優先吸附，或者一些特殊的負分離等作用[1]。

由于膜分離技術的種類具有多樣性，且不同膜分離技術的機理和適用范圍等也各有不同，因此在應用過程中需要根據實際需求選擇最合適的膜分離技術。在應用實踐中，由于膜分離可以在常溫下進行，整體操作較為便捷，資金投入較低，對環境污染較小，因此在越來越多的生產領域中得到了廣泛應用。

2 膜分離技術在食品發酵工業中的優勢

（1）膜分離技術的節能效果良好。在食品發酵工業中，傳統蒸發法的脫水效果較為顯著，被廣泛應用。但此方法脫水時間較長，主要表現為通過將水加熱，使其變成蒸汽，進而完成蒸發工序，因此能耗較大。通過采用膜分離技術實現脫水操作規避了變相過程，可以大幅度縮減能耗量[2]。

（2）膜分離技術有助于避免原材料中的營養成分流失。食品在加熱蒸發過程中，由于溫度的不斷升高，耐熱性差的營養成分會遭受不同程度的破壞。而膜分離技術無需加熱，可以在常溫下完成脫水操作，避免了食品中的營養成分被大量破壞。因此，將膜分離技術應用到食品發酵中，可以有效保障產品的營養價值。

（3）膜分離技術有助于優化工藝流程，節省操作步驟。對于飲料生產而言，傳統的生產環節多采用巴氏殺菌或者添加化學防腐劑等方式，以確保生產的產品符合食品衛生要求。通過科學合理地應用微濾膜技術，可有效替代巴氏殺菌或者化學防腐[3]。例如，在生產果汁的澄清環節，傳統方法是在反應中加入適量的酶，并通過過濾或者離心分離操作等完成果汁澄清工作。該環節需要投入大量的時間與精力、占地面積大、投入成本高，影響了食品生產者的生產效益。而通過采用超濾技術澄清果汁，不僅能減少反應缸、泵、壓縮機和資金投入，還能從整體上提高果汁產量，增加企業的生產效益。

3 膜分離技術在食品發酵工業中的應用

3.1 富氧空氣除菌

溶解氧是生產菌繁殖或者代謝不可或缺的物質，無菌空氣有助于溶解氧的產生。氣體分離膜可以推動除菌工作順利進行，并提高空氣氧濃度與生化反應器中溶氧系數。

3.2 培養基滅菌

動物細胞培養基存在一些對熱不穩定的激素等物質，此時若采用蒸汽滅菌法，往往成效甚微。通過合理引入膜分離技術，無需加熱即可以實現除菌功效[4]。將膜分離技術應用在連續發酵工藝中，整體的除菌操作較為簡單，能源消耗較小。

3.3 原料預處理操作

濃縮原料奶是干酪生產的重要環節。借助超濾或反滲透技術可以減少運輸環節的資金投入，且可以保證干酪生產質量與產量。在使用乳清發酵或者生產酸乳時，生產者可以借助反滲透技術展開預處理操作，或者在超濾澄清技術的支撐下改善原料質量，從而為發酵工作營造良好的條件。在選取食品工業用水時，生產者可以通過超濾除菌技術與反滲透法，高效地完成水軟化與除菌操作，通過新興的納濾技術可以有效提高水處理操作成效，并提高離子的脫除率。

3.4 合理管控發酵過程

在食品發酵中，發酵生產質量與產量會受到產物濃度等因素的影響。在生產環節，膜生物反應器有助于優化發酵工序。此外，合理應用膜分離技術有利于去除產物或胞外產物，防止菌體或者產物對發酵質量產生負面作用。

3.5 提高下游處理成效

在食品發酵工業中，下游處理工作具有繁雜性，多被細化為產品分離、濃縮與純化3個環節。在多數食品發酵生產中，往往會應用到超濾膜。借助超濾膜，可以去除食品中的懸浮物及蛋白質多糖類大分子物質。借助液膜技術，可以高效地分離氨基酸與有機酸[5]。此外，膜分離技術在黃原膠、味精等提純濃縮處理環節中，可以提高產品的純度與回收率，有效減少了環境污染等問題，提高了產品的生產質量。

3.6 選擇性去除產品中的成分

借助微濾操作可以有效去除啤酒中含有的酵母菌，推動生啤生產工作順利進行。采用反滲透法可以有效把控啤酒或者葡萄酒中的乙醇含量[6]。此外，搭配使用滲透蒸發方法可以將芳香成分回收到一起，從而降低酒精含量，生產出更多符合市場需求的無醇啤酒，或者低度數的葡萄酒。

3.7 推動產品檢測工作有序開展

在食品發酵工業中，膜分離技術可以被應用到產品檢測環節，提高產品檢測結果精準性。在傳統的產品檢測工作中，所采用的微生物分析方法較為煩瑣，且時間具有滯后性[7]。為了滿足大規模工業生產所需，通過將膜分離技術應用到產品檢測中，可以及時發現產品中的細菌總數與大腸桿菌數，進而提高產品檢測結果的精準性與及時性。

3.8 便于副產物回收與廢水處理

超濾與電滲透技術可以有效作用于乙醇等物質中的水解產物。通過運用滲透蒸發方法，可以去除廢水中揮發性的有機物組分[8]。此外，借助滲透蒸發方式可以有效去除廢水中含有的異味物質，并回收廢水中可利用的物質。在實際應用中，膜分離技術有助于減少廢水量，增加可利用物質的回收效率，進而提高資源利用率。

3.9 連續發酵

近年來，隨著膜分離技術的不斷進步，有研究者在合理應用膜生物反應系統后，通過連續發酵的方式成功生產出了二羥基丙酮[9]。與間歇式發酵方式相比，連續發酵方式下的二羥基丙酮體積產率可提高2～3倍，且能明顯縮短發酵時間。此外，有些生產者將膜生物反應器系統應用到靈芝多糖發酵環節，將積累產物對合成過程的影響降到了最低，并大幅度提高了生產質量與效率。

4 膜分離技術在食品發酵工業中的具體應用體現

4.1 膜分離技術在果汁濃縮中的應用

反滲透技術在果汁濃縮生產中得到了廣泛應用。通過將反滲透技術與蘋果、梨、菠蘿等水果汁加工相融合，能大幅度提高生產成效。濃縮是果汁加工中的重要工序，此項工序的生產質量直接影響到果汁質量。傳統果汁濃縮環節常采用蒸發技術，因果蔬的營養物質或者熱敏性物質極易受到高溫的影響，直接降低了果汁濃縮質量。通過引入膜分離技術中的反滲透技術，有效解決了傳統蒸發技術中的不足。將反滲透技術應用到果汁濃縮環節時，便于將分子中的低分子有機物或者有機物水溶液進行高效分離。

4.2 膜分離技術在乳品工業生產中的應用

在乳品工業生產中，通過合理應用反滲透超過濾技術，可大幅度提高乳品生產成效。依托反滲透與超過濾技術可高效濃縮牛乳、回收乳清蛋白。在牛乳與乳品加工中，借助超過濾法可從干酪乳清中高效回收乳清蛋白以及濃縮脫脂牛乳。大量的生產實踐表明，科學合理應用膜分離技術，可以獲取更多的乳制品品種，進而提高產品的生產質量。

5 結語

膜分離技術的價值已得到了食品生產行業的廣泛認可。大量的應用實踐表明，膜分離技術的先進性使其在產品結構調整、能源節約、污染防治等諸多方面發揮出了重要作用。尤其在食品發酵工業中，下游工程在此項技術的支撐下，獲得了良好的發展。與此同時，生物膜與膜反應器在生物反應中也發揮出良好的應用成效。盡管膜分離技術在應用中存在著些許不足，但是其固有的優勢，使其整體的應用范圍呈現出逐步擴大的趨勢。尤其是隨著制膜分離技術的不斷發展及材質范圍的不斷擴大，膜分離技術仍然具有良好的應用前景。本文從富氧空氣除菌、培養基滅菌、原料預處理操作及發酵過程管控等幾個方面分析了膜分離技術在食品發酵工業中的具體應用，希望相關工作者可以從中得到一定的啟發或者幫助，并以此推動我國食品發酵工業獲得有序、持續性發展。

參考文獻

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