膜分离技术在食品工业中的若干应用实例

摘要：膜分离技术在脱盐、饮用水净化及超纯水等领域的应用已取得很大进展1～3)。在食品、化学及制药等领域虽已进行了许多成功的尝试，但可广泛通用的应用实例还并不很多，这是因为与水处理行业相比，在食品行业中，不仅各种料液的性质千差万别，而且生产工艺各不相同，很难建立一套标准的膜应用工艺，只能是个别情况个别处理。

关键词：膜分离 食品工业

　　1. 绪言

　　膜分离技术在脱盐、饮用水净化及超纯水等领域的应用已取得很大进展^1～3)。在食品、化学及制药等领域虽已进行了许多成功的尝试，但可广泛通用的应用实例还并不很多，这是因为与水处理行业相比，在食品行业中，不仅各种料液的性质千差万别，而且生产工艺各不相同，很难建立一套标准的膜应用工艺，只能是个别情况个别处理。

　　日东电工作为分离膜生产厂商，不仅在水处理膜应用领域积累了丰富经验，也长期从事膜技术在其它工业领域的应用开发，经过多年的技术蓄积，已在几个领域取得了一些成功经验^4～5)。本文介绍膜技术在食品工业中的几个应用实例。

　　2. 食品工业的工艺特点

　　在食品加工工业中，膜技术应用的最大障碍是处理料液多种多样，物理性质千差万别。同时食品工业要求膜技术的处理成本十分低廉，在日本通常要求每公斤料液的处理成本为几块美元以下，这就更增加了膜分离技术在食品工业中的应用难度。

　　食品工业要求推广使用膜分离技术的主要理由有以下三点：

　　 1. 提高产品质量；

　　 2. 降低生产成本；

　　 3. 导致新产品开发。

　　目前已有不少报告⁶⁾报道了满足以上要求的应用实例。

　　3. 微滤(MF)膜的应用

　　日东电工生产的板框式微滤(MF)膜组件(NFS-100,101,103)，目前主要用于代替硅藻土过滤和除菌用途。硅藻土过滤技术在食品，制药行业中广泛应用，具有廉价，适于大量处理及过滤前后产品质量变化小等优点。硅藻土过滤技术的缺点在于产生硅藻土残渣等废弃物，难于生产自动化及生产环境恶劣，用户普遍要求寻找替代技术。同时，一般硅藻土过滤后，为了除菌，通常还需加一道滤芯过滤工序。

　　使用横流型微滤膜装置后，不再需要硅藻土，可实现生产自动化并同时除菌，以上工艺效果已成为用户选用膜技术的主要理由。

　　3.1酱油生产工艺

　　图1为酱油生产工艺流程。在此流程中有三个分离工序：

　　 1. 从压榨的生酱油中去除不纯物；

　　 2. 入火后去除一次浊液；

　　 3. 从一次浊液中回收酱油。

　　图1 酱油制造工艺

　　在这三道工序中，入火后经静置分离后的上层澄清液，可用硅藻土过滤，剩余的5～15%的浊液因粘性太高，不能用硅藻土过滤，一般返回前道压榨工序。静置分离工序必须要用沉降槽，除体积大，占地多外，还因需要一定的静置时间，造成生产周期长。日东电工生产的板框式微滤膜分离装置(PF装置)可以改善上述工艺，使酱油生产实现小批量多品种，缩短生产周期，不产生残渣废弃物，生产自动化及改善操作环境^5～8）。

　　图2是入火后酱油过滤PF装置的工艺流程，图3是膜透过通量随膜使用时间的变化关系。从图3中可以看出，使用初期，透过通量随膜的使用次数的增加有所下降（每次处理12m³)，但过滤次数超过100次以后，透过通量趋于稳定。本装置使用的平板式微滤膜片的材质为氟树脂，有很强的耐热，耐化学腐蚀性，膜片的更换周期在2年以上。实用结果表明，由于不使用硅藻土，实现了生产自动化且提高了成品率，取得了相当的经济效果。与硅藻土过滤相比，由于不会产生二次浊物，过滤后的产品颜色不会产生褐变，使得产品质量大为提高。

　　 此装置最早用于脱脂大豆酱油的生产，实用结果表明，现在市场上流行的全成分大豆酱油的生产同样适用于上述流程，从而促进了微滤膜分离装置的应用。

　　3.2食用色素精制工艺

　　在天然色素的生产工艺中，需要脱除萃取过程中产生的不纯物和杂菌，在合成色素的生产工艺中，最后的除菌工序也是必不可少的。通常使用的硅藻土过滤，可在0.02～0.03Pa的低压下产生300～600l/m³·hr的透过量，故作为简便的杂质脱除方法沿用至今。但硅藻土过滤不可完全除菌，还需加一级除菌过滤。

　　使用带有微滤膜的板框式膜分离装置，不仅可得到与硅藻土过滤相同的透过通量，而且具有硅藻土过滤所不具备的除菌功能。因此在食用色素的精制工艺中，PF膜分离装置广泛取代了硅藻土过滤。图4给出了色素生产的基本流程。

　　图4 色素制造工艺

　　在色素生产工艺中PF膜装置的过滤通量是100l/m²·hr，与硅藻土过滤相比亳不逊色，特别是对固形物浓度较低的料液，与采用全过滤方式相比，采用横流过滤方式的PF装置由于料液横流使得膜表面的堵塞大为减少，可提高过滤速率。同时PF装置可同时进行除菌，不需另设除菌过滤工序，达到减化流程、降低成本的目的。此应用例与染料脱盐工艺中的纳滤膜应用一样，是膜分离技术应用的成功事例。

　　在微滤膜的应用实例中，绝大多数产品是利用膜的透过液，但在某些情况下，如生物发酵液中菌体再利用的场合，是利用膜的浓缩液。对利用浓缩液的生产工艺中，膜法更显示独特的优越性。因为硅藻土过滤，不能分离菌体单体，而离心分离又容易损伤菌体。可以预想，今后微滤膜的应用方向将要从传统的全过滤方式向横流过滤方式转换。

　　超滤膜（如日东电工的NTU-3250-C3R）是以切割分子量的大小为标准对料液进行分离精制的。在食品

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