陶瓷膜在食品工業(yè)中的應(yīng)用

趙 翠, 郭 羽, 李 萍

（遼寧石油化工大學(xué)，遼寧 撫順113001）

陶瓷膜技術(shù)是無機(jī)陶瓷膜技術(shù)的一種，2012年我國發(fā)布的《高性能膜材料科技發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃》中提出的目標(biāo)包括：5～8種關(guān)鍵膜材料實現(xiàn)國產(chǎn)化，性能達(dá)到國際先進(jìn)水平；建成膜生產(chǎn)線3～6條；產(chǎn)業(yè)增長率30%，形成千億產(chǎn)業(yè)；形成10家上市公司等。目前國內(nèi)外學(xué)者對陶瓷膜在除雜澄清方面做出大量的實驗研究，本文主要對陶瓷膜技術(shù)在醬油、果酒、味精等發(fā)面做出說明，并且對以后的發(fā)展提出了相關(guān)意見與建議。

1 陶瓷膜概述

陶瓷膜也稱CT膜，是一種應(yīng)用較為廣泛的無機(jī)膜。具有分離效率高、效果穩(wěn)定、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐酸堿、耐有機(jī)溶劑、耐菌、耐高溫、抗污染、機(jī)械強(qiáng)度高、膜再生性能好、分離過程簡單、能耗低、操作維護(hù)簡便、膜使用壽命長等優(yōu)勢。目前成功應(yīng)用于食品、飲料、植（藥）物深加工、生物醫(yī)藥、發(fā)酵、精細(xì)化工等眾多領(lǐng)域，并且在分離、澄清、純化、濃縮、除菌、除鹽等工藝過程中發(fā)揮著巨大的作用。

2 陶瓷膜在食品工業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 陶瓷膜在醬油生產(chǎn)中的應(yīng)用

陶瓷膜分離技術(shù)可以把醬油生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的沉淀以及渾濁物質(zhì)和細(xì)菌等物質(zhì)分離出來，進(jìn)而達(dá)到提純醬油的目的，此技術(shù)廣泛應(yīng)用于醬油提純中，具有非?？捎^的開發(fā)前景[1]。尹谷余[2]等人將預(yù)處理后的醬油原油（料液）引入到陶瓷膜超濾處理裝置的循環(huán)箱對醬油進(jìn)行超濾處理。并對處理后的無機(jī)陶瓷膜清洗再生。實驗結(jié)果表明經(jīng)過超濾的醬油,其全氮、氨基酸態(tài)氮、無鹽固形物、還原糖、色素等的保持率在 98%以上,體態(tài)清澈,透光率因色素不同最高能達(dá)到70%左右,其菌落總數(shù)<100個/mL。馮杰[3]等人選取膜孔徑為200、450、800 nm的三種陶瓷膜在30 ℃、0.20 MPa、膜面流速為0.6 m/s的條件下進(jìn)行對比實驗，最終得出結(jié)論：溫度在30℃(為了實驗具有可比性,固定為 30 ℃)、操作壓力 0.20 MPa、膜面流速0.6 m/s。過濾后的醬油感官、理化和衛(wèi)生均符合國家釀造醬油標(biāo)準(zhǔn), 避光放置18月以上無返渾現(xiàn)象。目前陶瓷膜除雜滅菌技術(shù)在醬油工藝領(lǐng)域的應(yīng)用中取得了明顯的研究成果,并在廣東某食品有限公司的醬油工藝中得到應(yīng)用推廣,處理能力顯著,近五年來的運行狀況正常,為廠家提供高檔次產(chǎn)品,拓展市場前景廣闊,并且該廠于2007-2008年多次擴(kuò)產(chǎn)。

2.2 陶瓷膜在果汁生產(chǎn)中的應(yīng)用

應(yīng)用陶瓷膜技術(shù)可以把果汁生產(chǎn)中產(chǎn)生的大量細(xì)菌[4]用較為綠色、科學(xué)的方法解決。張敬[5]等人通過對哈密瓜生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的細(xì)菌問題進(jìn)行了研究，實驗選用最佳的工藝參數(shù)：膜孔徑0.2 μm，操作壓力0.2 MPa，進(jìn)料溫度25 ℃的條件下，在此條件下處理的哈密瓜汁透光度可達(dá) 98.8%，濁度為2.61NTU，菌落總數(shù)為 13CFU·mL-1，其中大腸菌群、霉菌、酵母菌均未檢出。李軍[6]等用膜孔徑為100 nm的陶瓷膜對用果膠酶酶解后的鮮榨果汁進(jìn)行細(xì)菌的測定，在跨膜壓力為0.85×105Pa,溫度為50 ℃,膜面流速為 5 m/s；以 0.5%次氯酸鈉和 4%NaOH溶液作為清洗劑，與傳統(tǒng)的加熱方法相比，結(jié)果實驗表明，在相同的時間內(nèi)，經(jīng)過兩種方法相比，通過陶瓷膜處理的果汁中細(xì)菌的數(shù)量明顯減少的更多，而且果汁樣品的透光率、色值、濁度、粘度、可溶性固形物、總酸、pH值、果膠和淀粉等果汁質(zhì)量的重要指標(biāo)進(jìn)行測定后皆表明陶瓷膜效果更好，而且在儲藏期間果汁中沒有微生物檢出。張和禹[7]等在膜孔徑為0.5 μm、壓力為0.15 MPa、相同的溫度和時間下對陶瓷膜方法與傳統(tǒng)的巴氏方法相比，并對桑葚汁的澄清度、除菌效果以及主要理化指標(biāo)進(jìn)行測定,并作感官評價。最后實驗表明經(jīng)過陶瓷膜處理的桑葚汁在澄清度、細(xì)菌總數(shù)上明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的方法。陳晨[8]等人采用0.1 μm 的陶瓷膜流速為80 mL/min有機(jī)膜操作壓力為20 kg條件下生產(chǎn)的白刺果汁與傳統(tǒng)方式下生產(chǎn)的白刺果汁相比較，結(jié)果表明,采用陶瓷膜的白刺汁中其多酚含量與澄清度都比傳統(tǒng)的方法效果明顯，而且口感也純正。總體來說，陶瓷膜技術(shù)在果汁生產(chǎn)中具有很大作用，與傳統(tǒng)方法相比，操作過程簡單、環(huán)保，而且效果明顯，果汁的濁度以及細(xì)菌總數(shù)明顯減少，但是對陶瓷膜的應(yīng)用還不是很廣泛，采用不恰當(dāng)?shù)奶沾赡斐赡の廴尽?/p>

2.3 陶瓷膜技術(shù)在酒類生產(chǎn)中的應(yīng)用

應(yīng)用陶瓷膜技術(shù)可以有效的解決在酒類生產(chǎn)中存在的渾濁度及廢水的問題，陶瓷膜技術(shù)在這些方面都有所作用。單成俊[9]等通過陶瓷膜技術(shù)對黑莓果酒進(jìn)行過濾澄清，采用不同膜孔半徑的陶瓷膜觀察過濾澄清效果以及果酒品質(zhì)變化情況，實驗結(jié)果表明，使用孔半徑為50 nm的陶瓷膜對黑莓酒中的大分子蛋白質(zhì)、以及可溶性固形物有阻擋的作用，過濾后的果酒清澈見底，透光率以及色度都有所增加。傅金祥[10]等人選取某啤酒廠的成品包裝車間洗瓶機(jī)堿液槽進(jìn)行研究，經(jīng)過絮凝沉淀預(yù)處理，使用ZrO2/ TiO2/ Al2O3等多種復(fù)合材料制備的復(fù)合陶瓷膜，0.20%硝酸+0.55%次氯酸鈉+0.15%三聚磷酸鈉復(fù)合清洗再生陶瓷膜，廢堿液中主要污染物質(zhì)為顆粒性雜質(zhì)、鋁系絡(luò)合堿性溶膠和可溶性COD膜通量恢復(fù)率在85%以上。陶瓷膜連續(xù)運行兩個月，清洗再生效果穩(wěn)定，具有工程實用價值。劉麗麗[11]等針對山茱萸果酒制作過程中產(chǎn)生的沉淀和細(xì)菌問題進(jìn)行研究，采用陶瓷膜技術(shù)對經(jīng)葡萄酒高活性干酵母發(fā)酵生產(chǎn)山茱萸保健果酒進(jìn)行澄清和滅菌，實驗結(jié)果表明，經(jīng)過采用孔徑為0.2 μm的陶瓷膜處理的山茱萸果酒，其酒中的酒渣成分被明顯的去除掉，使酒液變得澄清，有效地去除了酒中的有害物質(zhì)，而且保留了酒的香氣成分，使口感也非常的香醇。李梅生[12]等人針對黃酒為對象進(jìn)行研究，采用陶瓷膜，對采用膜處理的黃酒與傳統(tǒng)的方法制作的黃酒技術(shù)相對比，同時也對膜孔徑、膜材質(zhì)、過程參數(shù)處理效果的影響進(jìn)行系統(tǒng)研究，結(jié)果表明，經(jīng)過陶瓷膜技術(shù)處理的生黃酒在非生物穩(wěn)定性和感官上明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的方法，而且在黃酒的細(xì)菌除雜及穩(wěn)定性上也比傳統(tǒng)的方法優(yōu)越?？偟目磥硖沾赡ぜ夹g(shù)在酒的制作和后期的處理中都有著很大的作用，而且使用也較為方便和環(huán)保，有著很大的開發(fā)前景，但是同時使用過程中也存在著膜污染事件，需要謹(jǐn)慎的使用。

2.4 陶瓷膜在食醋中的應(yīng)用

陶瓷膜技術(shù)在在食醋的除菌以及膨脹的方面都發(fā)揮著巨大的作用，可提高食醋的澄清度以及口感。安鳳平[13]等通過對荔枝果醋進(jìn)行研究，原料為來自福州的荔枝，食品級的濃度為15%的酸性硅溶膠，以及食品級的 NaOH，對荔枝進(jìn)行果醋發(fā)酵，然后用陶瓷膜對發(fā)酵的果醋進(jìn)行除菌，結(jié)果表明經(jīng)過陶瓷膜處理的荔枝果醋其中的沉淀都得到去除，果醋的透光率也明顯提高，口感也得到增強(qiáng)。馬凈麗[14]等人以食醋脹桶為研究對象，對食醋進(jìn)行陶瓷膜處理，結(jié)果表明，與其他方法相比，經(jīng)過陶瓷膜處理的食醋，其脹桶和細(xì)菌問題得到明顯的解決，改善了食醋的感官、品質(zhì)以及口感問題，同時也極大的解決了食醋因為脹桶而產(chǎn)生的浪費的問題?？偟目磥?，陶瓷膜技術(shù)在食醋生產(chǎn)中有著重要的應(yīng)用，可以有效的解決食醋的除菌[15]、脹桶問題，有著重要的應(yīng)用，但是陶瓷膜在食醋中的應(yīng)用還有著許多的問題需要解決，陶瓷膜還沒有廣泛的應(yīng)用于食醋的生產(chǎn)中。

2.5 陶瓷膜在味精和茶飲料上的應(yīng)用

陶瓷膜技術(shù)在味精生產(chǎn)上有著廣泛的應(yīng)用，尤其在味精的除菌和體高純度方面效果明顯。任洪艷[16]等以 pH等于 3左右的上清母液為研究對象進(jìn)行研究，其母液中含有豐富的可利用成分，經(jīng)過無機(jī)陶瓷膜技術(shù)處理后，觀察其各項的指標(biāo)。結(jié)果表明，經(jīng)過陶瓷膜技術(shù)處理的電母液其細(xì)菌數(shù)量明顯減少，而且母液中的味精純度也得到明顯提高，對廢物的利用率也得到提高。覃國勉[17]等人以糖蜜味精精致母液為研究對象，討論陶瓷膜技術(shù)對其影響，結(jié)果表明，經(jīng)過陶瓷膜技術(shù)處理的糖蜜味精在去菌除雜的效果上有明顯的作用，而且有利于收率的提高，以及純度的增強(qiáng)，具有長遠(yuǎn)的投資的希望。胡善國[18]等人以速溶型茶飲料為對象，討論陶瓷膜技術(shù)對其生產(chǎn)的影響，結(jié)果表明，茶飲料中的碎末茶和懸浮雜質(zhì)以及純度和透光率經(jīng)過陶瓷膜技術(shù)的處理后都有所解決，而且還具有一定的除菌作用，與傳統(tǒng)的方法相比，陶瓷膜技術(shù)具有很大的優(yōu)勢?？偟膩碚f，陶瓷膜技術(shù)在味精和茶飲料的生產(chǎn)中具有很大的作用，具有較為廣闊的前景。但是，在技術(shù)上還需要一定的探索和開發(fā)，才能使陶瓷膜技術(shù)得到更加的利用。

3 結(jié) 論

陶瓷膜處理技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用是陶瓷膜應(yīng)用的重要課題。本文主要對陶瓷膜技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述，筆者建議以后圍繞陶瓷膜處理技術(shù)在陶瓷膜的除雜和滅菌的方向上加大力度進(jìn)行研究。同時陶瓷膜技術(shù)在治理膜污染上也有較大的作用，所以針對陶瓷膜技術(shù)應(yīng)該進(jìn)行更加具體的研究與開發(fā)，因為目前該技術(shù)還是大部分處在試驗階段，并沒有實現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用，所以還需在陶瓷膜技術(shù)上有更加具體的創(chuàng)新，但是該技術(shù)有非常廣闊的前景，是一個具有非常潛力的項目。

［1］Igor Gaspar. Comparison of ceramic capillary membrane and ceram ic tubular membrane with inserted static mixer[J].Chemical papers,2011,65(5)596-602.

［2］尹谷余，劉偉榮. 無機(jī)陶瓷膜技術(shù)在醬油澄清除雜中的應(yīng)用[J]. 膜分離技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)，2010 ,35(2):24-26.

［3］馮杰, 詹曉北,張麗敏,等. 兩種膜處理生醬油的除菌效果和理化指標(biāo)分析[J]. 生化工程與反應(yīng)研究，2009，28(4):536-543.

［4］Hao Wu, Xiao-Peng Chen, Gong-Ping Liu et al.Acetone–butanol–et hanol (ABE) fermentation using Clostridium acetobutylicum XY16 and in situ recovery by PDMS/ceramic composite membrane [J].Bio process and Biosystems Engineeing,2012,35(7):1057-1065.

［5］張敬，熱合滿·艾拉，艾提亞古麗·買熱甫. 陶瓷膜在哈密瓜汁微濾除菌工藝中的應(yīng)用研究[J]. 膜分離技術(shù)應(yīng)用， 2012,33(13):243-245.

［6］李軍,汪政富,張振華,等. 鮮榨蘋果汁陶瓷膜超濾澄清與除菌的中試試驗研究產(chǎn)品貯藏與加工研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報， 2005,21(1):137-141.

［7］張和禹, 王亞男 ,魏國清,等. 陶瓷膜超濾技術(shù)應(yīng)用于桑椹汁的澄清與除菌加工[J] .現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(蠶桑) ,2010,36(1):149-151.

［8］陳晨，張 琳，劉增根,等. 白刺果汁生產(chǎn)研究[J]. 天然藥物化學(xué), 2 011,32(11):289-291.

［9］單成俊 ,周劍忠, 王英,等.陶瓷復(fù)合膜澄清黑莓果酒工藝研究[J].食品與機(jī)械，2012,28(6):95-97.

［10］傅金祥 ,路京鵬, 唐玉蘭,等.陶瓷膜處理啤酒洗瓶廢堿液的膜污染和清洗再生[J].水體污染控制與治理，2012,30(2)：7-10.

［11］劉麗麗，杜先鋒. 山茱萸酒發(fā)酵工藝研究[J]. 天然產(chǎn)物研究與開發(fā), 2009,30(6):85-89.

［12］李梅生，趙宜江,周守勇,等. 陶瓷微濾膜澄清生黃酒的工藝研究[J].膜應(yīng)用研究, 2009,30(6):164-173.

［13］安鳳平，宋洪波，王慧娟,等.荔枝果醋微濾除菌研究[J]. 食品科學(xué)與工程的研究, 2011,3(30):28-31.

［14］馬凈麗，錢鋒. 解決食醋脹桶問題的探討[J]. 食品微生物在釀造行業(yè)的應(yīng)用、濃口醬油的發(fā)酵工藝、食品添加劑的應(yīng)用, 2010,22 2(9):123-127.

［15］Xiulong Jiang,Fei She,Hong Jiang et al.Continuous phenol hydroxy lation over ultrafine TS-1 in a side-stream ceramic membrane re actor [J]. Korean Journal of Chemical Engineering,2013,30(4):852-859.

［16］任洪艷. 陶瓷膜處理味精等電母液過程的模型[J].環(huán)境低碳技術(shù),2011,32(12):115-127.

［17］覃國勉. 糖蜜味精精制母液膜工藝應(yīng)用探討[J].發(fā)酵科技通訊，20 10,39(4):4-7.

［18］胡善國, 雷攀登 ,袁自春,等. 速溶型固體純茶飲料加工技術(shù)概述[J].茶葉加工技術(shù)方面的研究,2011,33(36):33-36.