果汁作為一種純天然綠色食品，以其純正的優(yōu)良口味和高的維生素含量愈來愈為人們所重視。由于我國果汁加工業(yè)起步較晚，人民生活水平相對較低，使得我國人民的果汁消費還沒有成為習慣，另一方面，用傳統(tǒng)蒸發(fā)和真空蒸發(fā)或冷凍濃縮方法生產的果汁加工成本高，也是阻礙果汁這一高營養(yǎng)品迅速占領飲料消費市場的重要原因。
在食品加工業(yè)無機膜技術的應用方面取得了較大的進展，為無機膜技術在食品加工的工業(yè)化應用打下了堅實的基礎。
無機陶瓷膜具有以下幾個突出特點：
1.無機陶瓷膜管是用在1300℃高溫下燒結而成的陶瓷材料作為支撐層，再履蓋上4um厚的三氧化二鋁或氧化鋯致密膜而制成的新型管式膜元件，因此它耐高溫（1000℃以上）、耐高壓（0～16bar）、耐酸堿(pH=1～14)、使用壽命長（一般在8年以上）。
2.無機陶瓷膜具有高通量，其膜組件的平均孔隙率高達30%～40%，0.2um無機膜的理論純水通量為1200L/m2.h.bar。
3.機械強度大，反沖洗易實現，是無機陶瓷膜技術應用于食品加工業(yè)的又一特長。它可用氣、液反沖洗，在系統(tǒng)運行的過程中輕易實現高通量的連續(xù)穩(wěn)定操作，系統(tǒng)的運行周期長。
4.無機陶瓷膜系統(tǒng)設備全部采用不銹鋼材料組裝而成，對食品無任何污染問題。它是由一個膜組件、一個循環(huán)原料泵、一個反沖洗系統(tǒng)和一些輔助管線組成，具有操作簡單，清洗再生容易的特點。膜組件是由無機膜管組成，是該系統(tǒng)的核心部分；循環(huán)原料泵為該系統(tǒng)的動力源；反沖洗系統(tǒng)是系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行的保證。它采用錯流循環(huán)運行方式，最大限度的減少了膜污染，延長了膜的使用壽命和運行周期，降低了運行操作費用。自動化程度高，泵、閥門等均為電磁電路控制。
5.無機陶瓷膜本身不會滋長微生物的生長，同時還能將果汁中的細菌全部截留，使果汁的貯存期延長。
6.無機陶瓷膜根據膜孔徑的不同可分為微濾、超濾和納濾，能適應不同果汁不同加工工藝的需要。
膜分離技術用于果汁加工
目前膜分離用于果汁加工已趨于成熟并工業(yè)化。膜分離在果汁加工中主要用于濃縮、澄清和除菌。
1.蘋果汁
用膜法濃縮蘋果汁，可以得到高質量25Brix的濃縮蘋果汁,Vc、氨基酸及香氣成分的損失均比真空蒸餾濃縮少得多。若用多級膜法濃縮，可以制取40~45 Brix的濃縮蘋果汁。
蘋果汁用傳統(tǒng)壓濾法澄清的價格為每立方米11.62美元，而用超濾澄清的成本僅2.78美元。
2.桔子汁
用膜分離生產高質量桔子汁技術已經成熟。已經可以將桔子汁濃縮到55 Brix。
3.其它果汁
用膜分離濃縮葡萄汁、佛手酣汁、澄清檸檬汁、番茄汁等生產線亦在80年代末先后在國外建立。
無機膜在果汁澄清過濾中的應用實例：
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用途 |
膜特征 |
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澄清預濾的蘋果汁 |
0.2um的ZrO2膜 |
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從蘋果渣內直接提取蘋果汁 |
無機膜 |
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酸果蔓汁的澄清 |
0.45um的Al2O3膜 |
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其它果汁的澄清：梨，菠蘿，桃，胡蘿卜，甜菜根，草莓，番石榴 |
無機膜 |
在果汁澄清方面的應用是無機膜最為成功的例子之一。陶瓷膜用于果汁澄清主要是除去其中很容易引起果汁變質的細菌、果膠、粗蛋白質，得到的果汁品質優(yōu)良，比傳統(tǒng)的過濾巴氏滅菌生產的果汁更具芳香味。傳統(tǒng)的果汁澄清方法需經過多步的過濾，并需要助濾劑等。膜技術的應用對于提高果汁質量、降低操作成本是十分有意義的，無機膜在果汁過濾中逐漸顯示其優(yōu)越性。Anon等人研究認為，碳－氧化鋯膜在蘋果汁的過濾澄清中具有較大的優(yōu)勢，Thomas等用SS－ZrO2膜進行中試規(guī)模的蘋果汁的澄清過濾，得到的蘋果汁的平均通量為120L/m2.h。用氧化鋯陶瓷膜進行蘋果汁的澄清過濾，膜面積已為65m2，采用三級串聯的過濾方式，操作條件為：膜面流速5~6m/s，操作壓力0.5MPa。運轉時間為15天，經過三次洗膜，每次洗膜時間為2小時，可見洗膜可以恢復膜的滲透通量。滲透液透光率大于99%，甚至高達99.9%；折光率一般在9%；色澤一般在70.0左右，最低值為54.0，最高值為88.5。
膜分離技術在食品工業(yè)中應用的先進性
果汁加工中采用膜分離以后，可以做到：⑴節(jié)能；⑵質量好。芳香成分大部分可保留，脂溶性成分全員勞動生產率更多，因此濃縮果汁再生后與鮮果汁無甚差別；⑶保存期長。由于膜的除菌作用，以及濾液中無酸法處理所存在的未分解果膠，所以長期存放一般不會出現二次沉淀。
1.節(jié)能 與食品工業(yè)中應用的傳統(tǒng)方法對比見表1，表2。
表1 3種濃縮法能耗對比
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類型 |
條件 |
能源 |
除去1t水能耗 /Kw.h |
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膜法 |
滲透率(25L/m2.h) |
電 |
8 |
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蒸發(fā) |
四效蒸發(fā)器 |
蒸汽 |
161 |
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冷凍 |
常規(guī)設備 |
電 |
73 |
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表2 各種方法用于食品濃縮脫水價格對比
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脫水方法 |
除去1t水的費用 /美元 |
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反滲透與超濾 |
0.053~1.32 |
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電滲析 |
0.053~1.32 |
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真空蒸發(fā) |
0.106~3.96 |
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噴霧干燥 |
13.21 |
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冷凍干燥 |
0.53~7.93 |
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冷凍濃縮 |
0.12~11.9 |
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離心分離 |
0.08~2.64 |
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膠體過濾 |
6.28~26.4 |
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滲析 |
169.1~264.1 |
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選擇沉淀 |
1.321 |
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轉鼓干燥 |
6.60 |
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2.保持原有的營養(yǎng)成分 不同濃縮對果汁加工的影響（見表3）
表3 濃縮法對果汁（西蓮成分的損失（w/%））
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組分 |
甲酸乙酯 |
乙酸乙酯 |
丁酸乙酯 |
已酸乙酯 |
Vc |
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蒸發(fā) |
20.6 |
94.5 |
99.4 |
100 |
100 |
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膜法 |
0 |
0 |
13.8 |
31.3 |
9.9 |
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3.簡化流程和操作 傳統(tǒng)的飲料生產是用巴氏滅菌和添加化學防腐劑的方法來使產品達到食品衛(wèi)生要求。微濾技術可以代替巴氏滅菌和添加化學防腐劑。微濾的有效范圍是0.05－2.5um，食品加工需要殺滅的微生物大小，多數包括在此范圍內。因此采用微濾膜分離進行無菌過濾是最有效的，它可以把細菌、酵母和霉菌全部截留，而食品中的有效成分都能透過膜。
另外，傳統(tǒng)的果汁澄清先是在反應缸中加酶處理，然后過濾或離心分離，時間長、占地面積大、成本高。用超濾澄清果汁，可以減少反應缸、泵、壓縮機、離心機等設備，節(jié)省硅藻土或其他助濾劑和酶制劑，降低操作費用和人工費用。此外還可提高果汁產量和減少廢渣。
因此，無論從經濟還是技術的角度比較，膜法（特別是無機陶瓷膜）用于食品加工生產過程中，都有其它傳統(tǒng)方法無可比擬的優(yōu)勢，是我國食品加工（果汁加工）業(yè)今后技術改造的最佳應用技術。
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