夏泆斌

（甘肃农业大学食品科学与工程学院食品工程专业专业，甘肃 兰州，730070）

摘要：根据国内外大量的应用研究和实例得知, 苹果汁生产中膜技术应用的主要方面是苹果汁浓缩和澄清。而果汁澄清是生产浓缩苹果清汁的一个重要环节。其应用的超滤膜技术是以压力为驱动力, 通过功能性半透膜对液相物质进行浓缩、纯化的分离技术, 其分离过程无相变、无需加热, 在常温下即可完成操作过程。超滤作为新兴的分离技术，具有澄清度高、果汁风味较好、保留VC、截留可溶性蛋白及果胶、褐变程度小等优点，但是不同的超滤膜其澄清效果也不同。

关键词：超滤技术、超滤膜、苹果汁

前言

随着人们生活水平的提高，果汁饮料产业前景十分广阔。在果汁中含有大量的果胶、鞣质、纤维果胶、纤维素、淀粉等大分子和单宁、蛋白质的聚合物等 ,这些物质在汁液中进行缓慢的物理变化和化学反应。若使用传统的加工方法,特别是多级真空蒸发方法来浓缩果汁, 则能耗和生产成本都比较高, 而且风味物质和营养物质(尤其是维生素类和芳香类)的损失严重, 严重降低了果汁的商品及营养价值。

而且果汁在加工和贮藏、销售的过程中容易变色、变浑。因而 ,果汁澄清的效果将直接影响到制品的透光度、粘度和沉积物等主要物理化学指标。果汁澄清过滤常用的方法是酶处理和砂滤棒过滤等 ,但是由于过滤精度不够 ,从而使得果汁澄清效果难以达到理想的地步。而随着现代膜分离技术在食品行业中的逐步应用，逐渐地克服了传统加工方法的不足之处，尤其是超滤技术在果汁的过滤澄清及浓缩方面显示了其独特的优越性 ，具有分离精度高，不影响风味，分离精度高 ,可在常温低压下连续使用和过滤等优点 ，并且具有一定的除菌能力。

本文主要介绍膜分离技术中的超滤(UF)在苹果汁生产中的应用。

1. 超滤技术简介及特点

超滤技术是通过膜表面的微孔结构来实现对物质的选择性分离。即当液体混合物在一定的压力下流经膜表面的时候，小分子溶质能够透过膜，但是大分子物质却被截留，从而使得原液中大分子物质的浓度逐渐提高，从而实现了大、小分子的分离、浓缩、净化的目的。当电泳漆经过超滤膜被过滤时，色浆和高分子树脂分子被截留，小分子物质和水分则透过了分离膜，从而可以达到脱去水份、净化电泳漆的目地。

与传统的分离方法对比，超滤技术具有以下几个特点:

1. 超滤过程是在常温下进行的，条件温和不会破坏成分，因此对热敏感的物质特别适宜，如药物、果汁、酶等的分离、分级、浓缩与富集。

2. 超滤过程不会发生相变化，无需加热，能量消耗少，不用添加化学试剂，没有污染，是一种节能环保的分离技术。

3. 超滤技术分离效率高，对低浓度溶液的浓缩、稀溶液中的微量成分的回收利用都非常有效。

4. 超滤过程采用压力作为膜分离的动力，因此分离装置比较简单、流程较短、操作简单、易于维护和控制。

5. 超滤法也有它的局限性，如它不能直接得到干粉制剂。且对于蛋白质溶液，一般只能得到10%,50,的浓度。

2. 超滤膜装置的使用

2.1膜的清洗

膜装置的清洗包括膜的清洗、管路的清洗及贮藏罐的清洗。

膜的清洗:超滤膜一般采用高强度的化学清洗,以达到膜装置恢复水通量与卫生的目的。一般采用两段式清洗,即结束生产时,先用水冲洗,然后进行第一步:碱洗,Ph10.5循环30min，第二步:碱加次氯酸钠冲洗，活性氯含量200ppm，循环30min后,再用水冲洗干净。

第一步冲洗是为了清除大部分纤维和糖分，但是,它并没有真正将大分子物质,如多酚从膜上清除掉与此,同时,蛋白质、酶等只用碱也很难去除干净。 第二步用活性氛才能真正做到清洗,多酚、蛋白质被氧化,并从膜上除去。 如果以上这两步没有达到目的的话,那有可能是由以下原因所导致的: 1.没有对进料进行有效、彻底的酶处理,致使超滤膜被淀粉或蛋白质等污染; 2.次氯酸钠失活(长时间暴露于高温下或被日光暴晒); 3.用脏水(含有硅、钙、铁等)清洗; 有效的清洗必须使用优质的清洗用水,如经反渗透处理后的水。

酸能去除果胶、钙和铁等,但通常并不是必须的。如果必须要使用酸来恢复水通量,则肯定是有潜在问题存在的。 另外,如果使用时间过长，则必须用特种的酶来清洗。 如果过度使用了化学试剂,特别是含氯的物质，则超滤膜的寿命将会严重缩短。因此要添加一定化学试剂来延长膜的使用寿命。如果对膜系统进行完全正确操作的话,那么超滤膜的使用寿命将会直接与化学试剂的接触时间或化学清洗的次数多少有关。一般情况下,在清洗过程中，随着渗出速度的增大,进口压力会随之降低。

2.2膜的生产

膜超滤进行生产时，操作非常方便简单，通常情况下只需记住氯就好了。它的特点是生产开始的时侯，渗透速度很大，然后迅速降低，最后逐渐趋于平稳，这样就保持了生产的连续性。生产时，速度不仅平稳，而且持续时间较长，达到了将近20小时。

2.3膜的保养和维修

对于超滤膜装置而言，最关键的因素莫过于确认真空开关是否完好。这就表示如果是人工操作的话，必须要每天都使其处于工作状态。这一点可以通过慢慢地开/关循环泵出口阀门来达到目的,而对于自动装置,通常都使用了自动真空开关,并由气体来控制该系统的开启。而对于手工操作设备,操作者必须严格地按操作要求来进行操作。对于所有的阀、开关等必须经常检查一确认其处于正常状态。 另外，当膜达到一定年限时或已经不起作用时，必须及时地跟换。因此，必须有一定的库存量，特别是在生产的高峰时候。

3. 苹果汁膜处理

苹果汁膜处理工艺如下 :

靠压榨产生的苹果汁中,含有部分固体,其中包括淀粉、糖、果胶、苹果酸、和酚类化合物等。在常规苹果汁加工过程中,先是要加入酶用来破坏果胶,然后加入硅溶胶和明胶,静置后,取上层清液加硅藻土进行过滤,然后加入膨润土通过板框压滤机进行过滤。而采用超滤法后,在果汁部分脱酸后,就可以用超滤法进行澄清。如采用单管式超滤组件,对脱酸25 %的果汁,在50摄氏度下可获得3m3/ ( d?m2) 的膜透水速度。经超滤得到的苹果汁,其浊度为0.14,0.16N TU,而用常规方法得到的浊度为1.5,3.0N TU。由于超滤后果汁中的细菌、酵母、霉菌和果胶被去除,因此超滤后的果汁具有较长的货架寿命,可长达两年。超滤的果汁得率96 %,98% ,甚至可以达到98 %,99 % 而且超滤加工的时间很短,少于2小时 ,而常规澄清则要36小时。而且由于超滤操作的简便性,采用超滤法澄清果汁还可以节省贮藏设备和劳动力。研究表明:苹果汁用压滤澄清的价格为11.62$/ m3,而采用超滤澄清的成本只有2.78$/m3。目前,国外已有公司运了生产能力为10000L / h的苹果汁超滤澄清设备，大大提高了生产效率。用醋酸纤维膜管式反渗透装置浓缩苹果汁可以得到高质量的浓缩苹果汁,其氨基酸、维生素C及香气成分的损失都比真空蒸馏浓缩要少很多。 有人研究对比了几种国产超滤膜在苹果汁澄清中的功效,对国产的聚砜 、磺化聚砜、聚砜—磺化聚砜共混膜及聚丙烯腈四种膜进行比较,发现四种超滤膜所得的苹果澄清汁均呈现透明清澈,色泽均匀,没有沉淀,有明显的苹果香味,但经进膜对蛋白质截留能力更强, 聚砜—磺化聚砜共混膜则具有较一步比较, 发现聚砜高的抗污染能力,由此可见这两种膜适用于苹果汁澄清。在对超滤苹果汁贮存期间色泽变化和澄清度的研究表明:随着贮存时间的增加,超滤苹果汁的色泽和澄清度变化均不大,而且质量变化较平稳。

4.展望

水果除了用来鲜食外, 大部分用于加工, 其中以果汁生产为主。果汁由优质的新鲜水果的汁液制作而成，其营养丰富、风味佳美的特点深受广大消费者的欢迎。近几年来，世界果汁加工业迅速发展, 国际果汁贸易量处于快速上升趋势。而苹果是我国的第一大水果, 种植面积和产量均居世界之首。其中苹果汁出口量居世界第一, 出口额占世界总额的1/4。由此可见其在苹果果汁加工中在我国水果果汁加工中的重要地位。 运用膜分离技术生产苹果汁，具有能在低温下操作、 无相变、 能较好地保持汁液风味及营养成分、 降低能耗等优点， 使得其应用不断扩大。虽然膜分离技术在目前还有很多地方不太成熟， 但相信随着膜技术的不断发展， 它在食品工业中的优越性将日益显著， 也必将推动我国料液处理技术的革新。

参考文献

1.【功能性食品】 钟耀广 化学工业出版社

2.【食品工程原理】 杨同舟 中国农业出版社

3.【膜分离技术应用手册】刘茉娥 化学工业出版社

4.【几种国产超滤膜在苹果汁澄清中应用的比较】 张欣等 食品工业与科技

5.【膜科学技术】 朱长乐 浙江大学出版社

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