食品高新技术论文

食品高新技术——超滤08食科姚静摘要：超滤作为一种高新食品加工技术，已得到广泛应用。

简要介绍了超滤技术，综述了超滤在果汁消毒澄清、蛋白浓缩、制备超纯水、在酿造工业中的应用乳品行业、果蔬汁生产等食品加工中的应用状况Ultrafiltration as a high food processing technology, has been widely used. Briefly introduced the ultrafiltration technology, summarized the ultrafiltration clarification in juice disinfection, protein concentrate, preparation pure water, in the brewing industry in the dairy industry, the application of vegetable and fruit juice production, food processing the application conditions关键词：超滤；食品加工；原理;应用正文：1.超滤技术简介超滤是一种新型的膜分离技术, 在所有膜分离手段如微滤、超滤、反渗透、渗透、电渗析及气体膜分离中超滤的应用最为广泛, 也最为成熟。

自1977年HeztherbqH等人利用超滤进行苹果汁的澄清研究以来该项技术获得了迅速发1.1 基本原理超滤是一种机械分离方法, 它用半透性膜从液体中分离固体颗粒或进行浓缩, 只有直径小于0.002 μm的粒子、水、盐、糖和芳香物等能够通过超滤膜, 超滤膜空隙尺寸在15 !~1 000 !, 过滤范围0.002 μm~0.2 μm,采用的滤膜较反渗透的要粗, 类似盐、糖的溶质能够通过滤膜, 而大分子的溶质, 如蛋白质等仍被隔在膜外,超滤和反渗透的差异是由被隔在膜外的溶质分子来定义的, 即分子量的吸收限制( MW切革值) 。

超滤的滤膜分子量吸收限制值在500~几十万道尔顿, 直径大于0.1 μm 的溶质如蛋白质、果胶、脂肪和微生物, 尤其是酵母菌、霉菌不能通过超滤膜[1]。

1.2 超滤的特点1.2.1 操作条件温和由于在超过滤中, 某些小分子物质可通过膜, 所以渗透差小于同种物料在反渗透中形成的渗透压, 所需的工作压力较小, 温度也比较低。

超滤的工作温度在30一40°C也可达50°C, 压力一般在1-10pa最高不超过10pa，对膜片影响很小。

1.2.2 分离环境密闭分离过程在常温密闭环境下进行, 对蛋白质等热敏性物质以及一些挥发性物质几乎没有损害, 而且清洁卫生, 避免了加工中的再污染，绝大多数细菌等微生物被截留, 极大地减轻了杀菌除菌的负担, 提高了产品的质量。

1.2.3 生产效率高, 实用性强利用超滤进行浓缩除去水分, 不发生相变化, 大量节省能源且只是以压力作为推动力,所以装置简单, 操作容易, 易于控制与维修。

2 超滤在食品工业中的应用2.1 果汁等的消毒与澄清在该领域超滤技术可以代替传统的酶解法进行果汁的澄清。

研究发现超滤技术可使果汁、果胶同时实现分离、提纯, 且分离过程短时、常温, 使得果汁的色泽及风味都保持较好。

自80 年代开始, 国外已在苹果汁、橙汁、梨汁、葡萄汁、柠檬汁、番茄汁等果蔬汁的生产加工中采用超滤等膜分离技术, 以实现对其除菌、澄清和浓缩【2】。

与传统的工艺方法相比, 这种工艺的特点是: 降低操作和劳务费用; 保留果蔬汁中的芳香和脂溶性成分, 使其口感接近鲜食风味, 从而提高了产品质量; 能去除微生物和过量的酶, 有助于产品的长期贮存而不会出现沉淀; 由于采用了自动控制, 操作更可靠, 令产品质量更均衡2.2 蛋白的浓缩近年来这方面的研究受到了更多人的重视, 现已较成功地应用于大豆、豌豆和山药粘液等的蛋白质浓缩、分离或提取上清夜。

该技术可以在没有相变的条件下分离提纯和浓缩蛋白, 有效地避免了传统工艺中酸碱调节过程的蛋白变性和盐分的增多, 大大地提高了蛋白纯度和降低了灰份的含量。

2.3 制备超纯水目前一种小型的中空纤维超滤装置, 就是一种典型的利用超滤法制备超纯水的装置。

此法能够弥补过去使用离子交换法时离子交换树脂不能有效地除去有机物、胶体和细菌的缺点, 生产出来的超纯水水质和纯度都超过了其它同类产品。

2.4在酿造工业中的应用目前我国酱油和食醋生产大多采用固态发酵法, 生产通常为敞口手工操作, 产品极易污染使细菌超标，加发酵不完全使淀粉、蛋白质等大分子物质分解不彻底。

造成产品混浊和沉淀。

热灭菌虽可改善卫生指标, 但对风味影响较大，传统过滤尽管可提高澄清度且收效不明显。

国内近年来将超滤用于这方面的研究十分活跃, 一些生产厂已将该技术用于工业化生产, 收到了一定的效果, 但在应用过程中还存在着不少的问题在酿酒工业，酱油和醋制造行业中超滤也起到提纯，澄清，除菌等作用。

实验证明，与传统方法相比，超滤不仅具有简单，操作简单，缩小生产成本特点，还能使得成品酒具有较好清澈度，芳香度，外观更透明[3]。

用超滤膜分离技术进行葡萄酒的提纯，可以在不加化学试剂的情况下制得透明的葡萄酒；还可以降低葡萄酒中乙醇的含量，同时能除去引起葡萄酒褐变的物质，如多酚及造成浑浊的大分子蛋白等[4]。

使酒获得良好的保存性，其风味有所改善，变得清爽而醇香延绵；还能达到除菌目的，省却杀菌操作，避免酒因加热杀菌而形成的浑浊成分的析出[5]。

此外，超滤已应用于白葡萄酒和红葡萄酒中的铅、铜、铁、铝、钙、钾、钠等金属的粒度大小分级[6]。

超滤技术在常温下就能把酱油中的蛋白质等浑浊物及细菌分离出来，从而实现灭菌、澄清同步完成、无需热力杀菌和过滤[7]。

酱油行业中利用外压管式中空纤维膜过滤装置，对生酱油进行除菌除浊,据有关实践数据统计，细菌去除率达99%，不溶性固形物全部除去，氨基酸态氮保留率88.3%，食盐保留率93.74%。

超滤后酱油成品体态澄清，包装后较长时间保持不变质[8]。

2.5 在乳品工业中的应用利用膜技术进行乳蛋白质的标准化。

在乳制品生产中有极大的优点。

最终产品的非脂乳固体组成可以不同于乳中组成、例如在发酵乳、酸奶中增高蛋白质含量可以改善成品的流变学性质。

在干酪的生产中, 由于季节性的乳中蛋白质的变动。

可以消除、其中乳糖含量可以调整到极少, 乳清蛋白中则可以回收。

返人到干酪中以提高产率。

此外, 特别是膜工艺可以生产出许多新产品例如MPC、高强白液体奶、脱脂乳清浓缩蛋白和乳清分离蛋白等。

以供特殊需用。

在国外, 膜分离技术应用于乳品工业始于70 年代末。

目前, 超滤技术主要应用于原奶浓缩、脱脂奶浓缩、乳清预备浓缩、原奶精制、蛋白和肽的分离以及从干酪生产的乳清废液中回收乳糖、脂肪和蛋白质等成分, 具有节省能源、减少蛋白质变性、提高产品质量以及从乳品中制取多种成分等特点, 较传统生产方式有明显的优势, 是传统加工工艺所无法比拟的[9]。

目前我国在乳品和植物蛋白生产中所采用的膜分离技术仅处于研究或试生产阶段, 尚无成熟的工业化生产实例。

下面就以采用超滤法生产乳清粉为例, 介绍一下其在乳品工业中的应用。

多年来, 制造奶酪的副产品一直被用作为饲料, 或是作为废物而排入下水道。

这样既造成浪费, 又污染了环境。

采用超滤法则可以提高产品中蛋白质的含量, 使制得的乳清粉质量得到了根本改善采用超滤法可以从乳清中分离出低分子的水、盐、乳糖, 从而改善了浓缩物中蛋白质、乳糖和盐的比例。

此外, 蛋白浓缩物也不再仅只能加工成粉末状, 而可以是液体状, 然后, 将其掺和入其它产品中或返回奶酪生产过程中, 这样就可以提高原乳的产率2.6 在果蔬汁生产中的应用超滤技术可以代替传统的酶解法进行果汁的澄清。

研究发现超滤技术可使果汁、果胶，同时实现分离、提纯，且分离过程短时、常温，使得果汁的色泽及风味都保持较好[10]。

果汁加工采用超滤和反渗透以后，可以做到节能，质量好，芳香成分、糖类、氨基酸、矿物质和水分等小分子物质则透过超滤膜得以大部分保留，脂溶性成分保留多，因此浓缩果汁再生产后与鲜果汁无多大差别，保存期长。

由于有冷杀菌的效果，以及滤液中没有酶法处理所存在的未分解果胶，所以长期存放一般不会出现二次沉淀。

果汁的色泽，透明度，浑浊度等指标在超滤后较大地提高。

而果汁贮藏中质量退化取决于汁液透明度降低，变浑浊并有沉淀物形成[11]。

因此，经过超滤的果蔬汁不仅质量好，还能得到长期积存。

A.Cassano 等人[12]实验研究了新鲜猕猴桃汁经超滤澄清后的质量。

就总抗氧化性，抗坏血酸含量，悬浮固体，浑浊度和粘稠性为指标，分析得出了超滤过程对新鲜果汁总的悬浮固体和混浊物有良好的净化效果。

新鲜果汁渗透过程中抗坏血酸含量降低16%，但是总抗氧化性的减少率却低于8%。

猕猴桃汁超滤后澄清部分的大部分生物活性化合物的含量回升。

超滤膜对总酚的过滤率为13.5％。

澄清果汁中谷氨酸，叶酸，维生素C 和柠檬酸含量回升。

超滤膜对这些化合物的阻拦率在0%~4.3％[13]。

蔡同一等人[14]以国光苹果为实验材料，以聚砜膜为超滤膜材。

实验结果发现，截留分子量为10，000的聚砜膜对国光果汁中芳香成分保留较好，几乎能完全保留2- 甲基丙醇、丁醇和2- 甲基丁醇。

随着膜通量的增加，果汁中的芳香成分的保留率逐渐降低。

原因是超滤膜对于芳香成分的吸附主要发生在膜表面，非孔面积较大的PS- 80000 膜对芳香成分的影响大于PS- 10000。

他们发现草莓汁经超滤后，芳香成分会有一定的流失，这主要是由于超滤膜的吸附、果汁中大颗粒物质被吸附以及果汁超滤中循环蒸发等因素造成的。

陈颖等人[15]在研究超滤脱色苹果汁的应用工艺中提出用超滤工艺脱色苹果汁，而传统的果蔬汁加工采用活性炭或树脂吸附进行苹果汁脱色，超滤无疑是一种新的工艺手段。

有研究发现，在果汁脱色膜材选择方面，聚醚砜/ 聚乙烯吡咯烷酮膜相比较于再生纤维素膜更能有效减少多酚类物质，减缓变色，流量也显著增大[16]。

3.超滤技术的发展前景超滤技术的优点是显而易见的, 但在使用上还有其局限性, 主要问题是膜的通量和寿命较低, 设备和操作费用较高。

随着科学技术的迅猛发展, 其局限性正在被迅速消除。

事实表明, 膜分离技术在食品工业等领域的运用有着十分光明的前景。

根据膜分离技术的现有应用状况以及科技水平来看, 膜分离技术的发展趋势将是: 制膜技术在国内外的发展将更快, 在现有的有机膜、无机膜、复合膜等制膜材料中无机膜和复合膜将是发展的重点。

此外, 尚需开发能适应各种工艺要求、性能好、寿命长、价格稳定的膜元件。

有待开发出能减少操作中产生的膜浓差极化、凝胶极化, 从而提高膜的通量、分离性能和操作周期的更经济的分离方法。