膜分離技術在食品發酵工業中的應用策略

楊 宸

（聊城大學東昌學院，山東聊城 252000）

采用膜分離技術進行食品發酵加工的過程中，為充分發揮其技術優勢，相關企業和技術人員需要充分明確膜分離技術，分析其在食品發酵工業中的幾個主要應用方向，并以此為依據研究其具體的應用策略。通過這樣的方式，才可使膜分離技術得以科學應用，從而為食品發酵工業提供科學技術支撐，在提升食品發酵工業生產質量的同時確保食品的質量和安全性。

1 膜分離技術概述

膜分離技術是將分離膜用作組件，從而實現物質濃縮、分離與提純的一種技術形式。此項技術的主要應用原理是篩分，借助于膜具有的選擇透過性，從溶液中分離出一些微粒，但在此過程中，很多因素都在發揮作用，如溶劑、溶質分子會與膜之間發生吸引或排斥作用，溶液和水會優先被膜吸附，同時也包括負分離等很多作用。在膜分離技術的具體應用中，膜組分可按照微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜進行劃分[1]。表1為幾種主要膜組分的過濾精度及其應用功能。

表1 幾種主要膜組分的過濾精度及其應用功能

就目前的膜分離技術來看，已經提出的膜傳質和傳遞模型主要包括微孔擴散模型、溶解擴散模型、吸附控流模型、毛細孔流優先吸附模型、不完全溶解擴散模型和基于熱力學的傳遞模型等。在具體應用中，膜分離技術有很多種類，不同種類的膜分離技術具有不同的作用機理和適用范圍，加之膜分離技術具有操作便捷、不需要使用化學物質、常溫條件下便可實現等諸多優勢，因此在當今的很多工業領域中得到了廣泛應用。尤其是在食品發酵工業中，膜分離技術更體現出顯著的應用優勢。

2 食品發酵工業中的膜分離技術主要應用分析

2.1 檸檬酸發酵工業中的膜分離技術應用

在檸檬酸發酵過程中，傳統的生產工藝通常為沉淀法。在具體生產中，通過板框對發酵物進行過濾，以此來獲得過濾溶液，再通過石灰與溶液中的檸檬酸發生中和反應，從而實現檸檬酸三鈣沉淀物的獲取。析出這些沉淀物，通過少量高溫水洗滌，再通過濃硫酸使其進一步溶解，這樣便獲取到檸檬酸溶液。但由于板框不具備足夠的過濾精度，因此后續的生產加工質量都會受到不利影響，且會伴隨著大量的材料消耗和大量污染的產生。為有效避免這些問題，在檸檬酸發酵工業中，可對不銹鋼管式膜加以合理利用，以此有效過濾細菌等各種不溶物質，從而得到澄清的濾液，使后續生產得以順利有序地進行，避免檸檬酸發酵生產過程中大量材料的浪費，并達到良好的環保效果。不銹鋼管式膜是將不銹鋼作為支撐的一種二氧化鈦過濾膜，其支撐管的主要組成部分是不銹鋼粉，將二氧化鈦鍍在其表面，其耐機械性能和伸縮能力都非常好，具有良好的過濾穩定性，很容易控制[2]。表2為不銹鋼管式膜的主要參數。

表2 不銹鋼管式膜的主要參數

2.2 味精發酵工業中的膜分離技術應用

在味精的生產過程中，其發酵過程通常是由細菌來完成，但由于細菌直徑非常小，因此傳統的加工工藝不能將其完全過濾掉，導致細菌存在于發酵液中，這樣就會導致味精的結晶率降低，延長其工藝路線，從而消耗更多生產成本。同時，由于味精發酵過程中需要應用大量水資源，帶有細菌的廢液排放到廢水中，便會對環境產生一定程度的污染。為有效解決上述問題，也可將不銹鋼管式膜用來進行味精發酵生產工業中的細菌過濾。該種膜的孔徑很小，可將細菌完全過濾除去，加之此種膜屬于無機膜，對污染具有足夠強大的抵抗能力，因此可在有效提升味精結晶率及其純度的同時避免細菌將廢水污染，并有效節約后續工藝的用水量。這對于味精生產企業生產效率的提升和經濟效益的保障都具有非常深遠的意義，同時也可使其周邊的環境效益得到良好保障。

2.3 乳品發酵工業中的膜分離技術應用

在乳品的發酵加工中，通過反滲透超過濾膜分離技術的合理應用，可顯著提升其生產成效。在具體應用中，可將反滲透膜和超濾膜用來進行牛乳濃縮以及乳清蛋白回收，這樣不僅可提升乳品生產質量，同時也可獲取更多乳制品品種。為使膜分離技術在乳品發酵工業中得到良好應用，乳品生產企業與技術人員需要明確乳品中的各種成分分子大小。例如，在牛乳成分中，各種分子大小情況如表3所示。

表3 牛乳成分中的各種分子大小情況

在明確這些成分分子大小及其分子量后，便可根據各種膜組分的過濾功能進行膜的合理選擇，從而使膜分離技術在乳品發酵工業中充分地發揮出其應用優勢[3]。

2.4 果汁濃縮發酵中的膜分離技術應用

在果汁發酵工業中，膜分離技術也具有非常顯著的應用優勢。尤其是在果汁濃縮中，反滲透膜更是得到了非常廣泛的應用。將反滲透膜和菠蘿、梨、蘋果等果汁發酵加工工業程序相融合，可大幅提升其生產效率。在果汁發酵加工中，濃縮是一個關鍵的生產工序，這道生產工序將直接影響果汁的發酵生產效果，并對其產品質量產生直接影響。在傳統的果汁發酵工藝中，通常采取蒸發技術進行果汁濃縮，但在高溫條件下，果蔬中的熱敏性物質以及營養物質都很容易受到不良影響，從而降低濃縮質量。為有效避免此類問題，在果汁發酵工業中，可引入反滲透膜，通過膜分離技術替代傳統的蒸發技術，從而使果汁中的有機水溶液或低分子有機物高效分離，從而確保果汁的生產質量。

3 食品發酵工業中的膜分離技術應用策略分析

3.1 膜分離技術在前期除菌滅菌中的應用策略

在食品發酵工業中，生產加工企業和技術人員可將膜分離技術合理應用到前期的除菌滅菌工藝中。①對富氧空氣進行除菌處理，在發酵工業中，生產菌的繁殖及其代謝都需要應用到溶解氧，而溶解氧的產生則需要無菌空氣。為全面消除富氧空氣中各種細菌，可通過氣體分離膜達到良好的除菌效果，從而進一步提升空氣中的氧濃度，并增加生化反應器內的溶氧系數。②對培養基進行滅菌處理，因動物細胞培養基中的一些激素等物質并不具備良好的熱穩定性，如果通過蒸汽法進行滅菌處理，通常并不能收到良好的處理效果，此時，便可引入膜分離技術。該技術能在不加熱的情況下從動物細胞培養基中分離出細菌，在達到良好除菌效果的同時進一步降低能源消耗。

3.2 膜分離技術在原材料預處理中的應用策略

在食品的發酵生產過程中，通過膜分離技術的合理應用，可使其原材料達到良好的預處理效果。例如，在干酪生產中，最重要的一個環節就是原料奶的濃縮。在此過程中，生產企業便可利用反滲透膜或超濾膜，通過膜分離技術實現原料奶的高效濃縮，以此來確保干酪產量及其質量。在酸乳生產或乳清發酵的過程中，生產企業也可將反滲透膜分離技術應用于預處理工作中，或借助于超濾膜分離技術提升原料質量，從而為其創造良好的發酵條件。在食品發酵工業中的用水選取上，生產企業可合理利用反滲透膜和超濾膜，以達到良好的水質軟化和除菌效果，并通過先進的納濾膜分離技術進一步脫除水中的離子，顯著提升水處理效果[4]。

3.3 膜分離技術在發酵過程控制中的應用策略

在食品發酵工業中，膜分離技術也可用來控制其發酵過程。對于食品發酵而言，產物濃度等各方面的因素都會對其發酵質量產生影響。為避免產物濃度對食品發酵質量的不良影響，生產企業可通過膜分離技術控制整個發酵過程，及時將產物和胞外產物去除，從而降低產物濃度，避免產物和一些菌體對食品發酵的不良影響，確保食品發酵質量。

3.4 膜分離技術在下游處理中的應用策略

食品發酵工業的下游處理是一項比較復雜的工作。就目前來看，其下游處理主要包括3個環節，即產品分離、產品濃縮、產品純化。為有效確保下游處理工作質量，食品生產企業可在下游處理中合理應用膜分離技術。①可通過超濾膜將懸浮在食品中的蛋白質多糖大分子和懸浮物質去除；②通過超濾膜高效分離有機酸和氨基酸；③根據實際生產情況，合理選擇膜分離技術進行下游的提純和回收處理。這樣不僅可顯著提升食品發酵的生產質量，同時也可使食品發酵工業導致的環境污染問題得以良好解決。

3.5 膜分離技術在副產物與廢水處理中的應用策略

在食品發酵工業中，膜分離技術在其副產物回收和廢水處理中也具有非常顯著的應用效果。例如，對于乙醇等水解產物，可通過超濾膜和電滲透技術的結合應用來進行分離和回收，對于溶解在廢水中的揮發性有機物，可通過膜分離技術與蒸發技術的聯合使用進行分離和回收。在廢水處理中，通過膜分離技術和蒸發技術的結合，可將其中的異味物質分離、去除，并使其中的可利用物質得到有效回收[5]。通過這樣的方式，不僅可顯著提升食品發酵工業中的副產物回收效率與資源利用率，同時也可有效減少廢水量。

4 結語

綜上所述，食品發酵是大多數食品生產加工中的一個重要環節。為有效提升食品發酵加工質量，降低各種能源消耗和污染情況，膜分離技術開始被廣泛應用。基于此，相關企業和技術人員一定要充分了解膜分離技術的主要優勢及其應用原理，并科學掌握不同的濾膜特征及其功能，從而使其在食品發酵工業中得以良好應用。這對于膜分離技術的應用、食品加工企業經濟效益的提升與環境保護等都將起到非常積極的促進作用。