膜分離技術在果汁行業上的應用

1. 技術背景

果汁作為一種中性飲料，因營養成分豐富（特別是富含品種豐富的維生素），而深受人們的喜歡。人們總是樂意購買完全保有天然風味的產品，而不是發苦發澀，明顯帶有加工痕跡的的果汁、茶、葡萄酒等飲料制品。如何保證產品的天然風味將直接關系到產品市場的存亡，因而這就需要在產品的生產過程中采用更加接近于天然手段的工藝技術——膜分離技術。    膜作為一種在微觀領域具有獨特分離性能的材料，依靠壓力為驅動力，能直接對不同分子量、不同分子尺度的物質進行分離而不發生相變化，也無須添加任何化學成分，使得果汁加工過程更加接近于自然。   例如，微濾/超濾能夠有效地去除果汁中的懸浮物和可能引發后渾濁的果膠等大分子可溶性物質，使產品的澄清度、色澤、香味成分得以控制，使人感覺良好。納濾、反滲透則能夠對絕大多數的物質進行截留，僅讓水和無機鹽透過，不但容易得到理想的濃縮倍數，而且濃縮過程沒有升溫而使原有芳香成分得以最大限度的保持。

2. 果汁除雜濃縮純化的膜分離工藝簡述

1) 傳統果汁生產工藝

榨汁——果膠酶處理——硅藻土過濾/板框過濾——精密過濾器——樹脂或其他吸附方式脫色——蒸發或冷凍濃縮

這種方法存在較大的缺陷：

u 硅藻土/板框過濾只能除去果汁中的果肉，不能完全去除果汁中的果膠和可溶性蛋白，影響清汁的存放時間，會發生沉淀現象。果渣帶走產物較多，過濾收率受影響。添加助濾劑，成本支出高，果渣的綜合利用受限制，若廢棄則污染環境。

u 樹脂和其他吸附方法，脫色后的樹脂色值有一定的波動，對質量控制帶來困難。樹脂脫色要用大量的酸和堿再生，增加處理成本，也給后續的三廢處理增加很大的負荷，費用很高。

u 真空蒸發與冷凍脫水濃縮都存在高溫或低溫相變過程，能耗大，且因果汁中含有大量有機酸，加熱濃縮時容易氧化變質，果汁的原味和營養成分遭到破壞產品質量下降，產品品質低。例如：果汁中的芳香成份在蒸發濃縮過程中幾乎全部失去，冷凍脫水法也只保留大約8%，而反滲透技術則能保留30~60%。

2) 膜技術新工藝用于果汁生產中的工藝說明

A. 陶瓷膜/超濾澄清過濾

細菌將與濾渣一起被膜截留，不必加熱就可除去混入的細菌。相對于酶法而言，濾汁中不存在未分解的果膠，長期貯存極少出現二次沉淀。一次去除果膠、可溶性蛋白及大分子有機物，不必加任何助濾劑，操作過程簡單化，提高過濾收率與質量，減輕后工藝提取難度。陶瓷膜較長的使用壽命以及經陶瓷膜過濾后產品的風味和芳香不變等性能，使該技術優于其他分離技術如硅藻土過濾、板框過濾等。

B. 卷式超濾脫色

通過膜的選擇性透過機理去除果汁含有的多酚類物質及褐變產物。無需任何添加物，且沒有相態變化，因此能最大程度地保留果汁自身的色、香、味。脫色后的果汁色值穩定，變化在5%內。超濾脫色系統可以維持生產的連續性，清洗和維護時間明顯小于樹脂脫色的清洗維護時間，而且清洗中使用的酸堿用量遠遠小于樹脂脫色，對于廢水PH值影響可以忽略。在消耗方面只有泵和電氣部分的少量功率消耗，運行成本也遠遠小于樹脂吸附。

C. 反滲透膜/納濾膜濃縮果汁清汁

此法通過壓力作用下，根據各種分子透過膜的速率差異，將水和其他物質分離開，以達到去除水濃縮果汁的目的。該法無相變，無需加熱，因此處理溫度低，能很好地保護果汁中的營養成分，這給生產帶來很多選擇，低糖度果汁可以作為國內市場或區域市場的產品向市場提供。

由于不需蒸汽，在能量的消耗方面，膜法濃縮也較蒸發濃縮低很多?？梢宰鳛檎舭l濃縮的預濃縮工序。反滲透/納濾預濃縮可以作為快速提高生產產量的方法進行推廣，尤其對于投資能力有限的果汁企業應該是一項很具有吸引力的技術。而冷凍濃縮能耗很大，是膜法濃縮的7倍。

膜法濃縮所產生的透析水同樣可以作為清洗用水，而且水質較蒸發冷凝水更好。

D. 反滲透膜用于洗果廢水回用

反滲透膜系統處理洗果廢水，處理的效果好。適合于處理傳統生化方法難以處理的含酸堿廢水，處理后的水可以達到生產用水標準，既達到了處理廢水的目的，又可以回收部分水。

3) 應用實例

A. 膜分離技術在蘋果汁濃縮加工工業的應用

蘋果——挑選/清洗——榨汁——果膠酶處理——陶瓷膜澄清——卷式超濾脫色（8-9brix%）——納濾/反滲透預濃縮3倍（到22-24brix%）——蒸發濃縮（35-40brix%）

         用陶瓷膜澄清果汁能處理不可溶固型物含量較高的料液時，通量較管式膜系統更大，更穩定，且不容易發生堵膜的現象。能有效地清除果渣及果汁中的各種微生物等雜質，特別是對耐酸耐熱菌的徹底清除（此菌問題已成為濃縮果汁出口的關鍵問題）。卷式超濾脫色可去除果汁中大量的多酚類物質及褐變產物，清除了大部分的色素東西，無相態變化，保留果汁的風味物質。膜法預濃縮能耗小，可在室溫或較低溫度下操作，最大程度保留果汁的營養成分。

B. 膜分離技術在柚子汁濃縮加工工業的應用

柚子——挑選/清洗——榨汁——陶瓷膜澄清——陶瓷膜濾液（3-4brix%）——高壓納濾預濃縮（到18brix%）

3. 綜述

沁浩膜技術不斷致力于工業膜分離技術的應用推廣，在醫藥、化工、食品飲料、環保水處理工業等領域中積累了大量的經驗，可根據客戶的要求開發其特定的分離純化工藝設備。