綠色食品加工的新“膜”法

成果來(lái)源：中科院過(guò)程所萬(wàn)印華研究團(tuán)隊(duì)

轉(zhuǎn)化作者：馬妍非

醬油和白糖都是我國(guó)傳統(tǒng)的調(diào)味料，有著悠久的發(fā)展歷史。千百年來(lái)，一代代的手工業(yè)者在醬油和白糖的制造工藝上精益求精、不斷創(chuàng)新，才有了如今醬油的鮮美與白糖的甜蜜。近年來(lái)，在醬油和白糖的制作工藝中，科學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)了一種神奇的“膜”法，用它制作出來(lái)的醬油更鮮香、清澈，制作出來(lái)的白糖更清純潔白……此“膜”法究竟有什么咒語(yǔ)？如何施展才能激發(fā)魔力？讓我們來(lái)一探究竟。

醬油變清澈的秘密

醬油起源于我國(guó)，作為開(kāi)門七件事之一，早在周朝時(shí)我們已經(jīng)開(kāi)始制作并食用，至今已有3000多年的歷史。它是一種以大豆或脫脂大豆、小麥或麩皮為原料，經(jīng)微生物天然發(fā)酵制成的具有特殊色、香、味的液體調(diào)味品。目前，雖然我國(guó)生產(chǎn)醬油的廠家達(dá)上千家，產(chǎn)量豐富，但一直以來(lái)真正出口的并不多。究其原因，產(chǎn)品微生物容易超標(biāo)且貨架期二次沉淀等技術(shù)難題是制約行業(yè)發(fā)展的瓶頸。

為了保證品質(zhì)，醬油在灌裝之前需要進(jìn)行滅菌，傳統(tǒng)的醬油滅菌工藝大都采用蒸汽加熱滅菌法，這種方法簡(jiǎn)單易行，但能耗較大。并且由于醬油中的芽孢桿菌耐熱性較強(qiáng)，如果加熱溫度太低，容易導(dǎo)致滅菌不徹底;但如果溫度太高，設(shè)備則容易結(jié)垢，醬油的風(fēng)味物質(zhì)也會(huì)受到一定破壞，從而影響醬油的鮮味。還有一點(diǎn)就是，我們購(gòu)買的醬油包裝上通常會(huì)注明“產(chǎn)品有少量沉淀，不影響其食用”這樣一句話，這說(shuō)明醬油二次沉淀的問(wèn)題在國(guó)內(nèi)普遍存在。這種沉淀雖然沒(méi)有出現(xiàn)在醬油的強(qiáng)制檢驗(yàn)理化指標(biāo)之列，但沉淀物影響了醬油的感官質(zhì)量，大多數(shù)消費(fèi)者會(huì)把瓶子底部的醬油扔掉，這無(wú)疑造成了一定的浪費(fèi)。有實(shí)驗(yàn)曾對(duì)醬油形成的二次沉淀物進(jìn)行分析，結(jié)果表明醬油產(chǎn)生的渾濁和沉淀物成分主要是大分子蛋白和多糖等。在醬油的生產(chǎn)中，控制醬油不產(chǎn)生或少產(chǎn)生沉淀物，使成品醬油澄清透明，一直都是醬油生產(chǎn)的難點(diǎn)。

不過(guò)，近年來(lái)我國(guó)市場(chǎng)上有些醬油特別是生抽變得清澈透明起來(lái)，因?yàn)橐脕?lái)拌涼菜，其衛(wèi)生指標(biāo)也比原先提高了很多，這些都要?dú)w功于膜分離技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展和應(yīng)用。將超濾系統(tǒng)應(yīng)用在醬油加工工藝中，既能去除醬油中的各種微生物、致病菌、大分子沉淀物質(zhì)和膠體，又能很好地保留醬油中的主要成分，如氨基態(tài)氮、還原糖、香氣、色素等物質(zhì)，同時(shí)超濾膜具有耐高溫、耐酸堿性和優(yōu)良的抗氧化性能，使用壽命可達(dá)6個(gè)月以上。經(jīng)超濾工藝加工后的瓶裝醬油在室溫下放置時(shí)，整個(gè)貨架期內(nèi)都能保持澄清、無(wú)沉淀，并且細(xì)菌數(shù)穩(wěn)定。

其實(shí)，早在20世紀(jì)80年代，日本相關(guān)企業(yè)已將超濾技術(shù)應(yīng)用于醬油生產(chǎn)。而在我國(guó)，由于傳統(tǒng)醬油超濾系統(tǒng)存在能耗偏高、自動(dòng)化程度低等不足，特別是由于復(fù)雜物料體系中“濃差極化”現(xiàn)象和膜污染嚴(yán)重，導(dǎo)致連續(xù)生產(chǎn)時(shí)間短，膜使用壽命不高，因此該技術(shù)在醬油的精制提質(zhì)中并未得到廣泛應(yīng)用。

超濾系統(tǒng)的核心是膜，如何選擇和維護(hù)膜是醬油超濾生產(chǎn)中的關(guān)鍵。最近幾年，經(jīng)過(guò)我國(guó)科研人員的不懈努力，國(guó)內(nèi)醬油釀造已打破國(guó)外企業(yè)技術(shù)壟斷，我們也可以用自己的膜過(guò)濾技術(shù)生產(chǎn)出清澈、安全的醬油了。其中，中科院過(guò)程所萬(wàn)印華研究員團(tuán)隊(duì)，開(kāi)發(fā)出以“臨界通量”理論為依據(jù)的高效膜過(guò)程優(yōu)化及控制技術(shù)，以及基于系統(tǒng)水力學(xué)優(yōu)化的膜過(guò)程污染控制技術(shù)，并且研發(fā)了與之配套的膜過(guò)濾系統(tǒng)（中空纖維膜），能有效控制膜過(guò)濾系統(tǒng)的膜污染，顯著提高了過(guò)濾效率，不僅實(shí)現(xiàn)了醬油的精制提質(zhì)，還能節(jié)能降耗。用此技術(shù)生產(chǎn)出來(lái)的醬油清澈透明、鮮味足，能滿足較高的微生物指標(biāo)要求，在給國(guó)人帶來(lái)好產(chǎn)品的同時(shí)，也為醬油產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展、進(jìn)軍國(guó)際市場(chǎng)添了一份力。

“膜”法變出如雪白糖

糖是我們現(xiàn)代食品加工和日常生活中不可或缺的物質(zhì)，它不僅吃著甜，也能讓人心情變得甜蜜。我們吃的白砂糖基本都是用甘蔗制造的，根據(jù)制糖工藝不同，一般分為硫化糖和碳化糖。碳化糖因?yàn)樯a(chǎn)成本較高，沒(méi)有得到廣泛普及;硫化糖則由于工藝流程簡(jiǎn)單在市場(chǎng)上最為普遍。不過(guò)，用亞硫酸法澄清工藝生產(chǎn)的硫化糖質(zhì)量欠佳，久置后會(huì)變黃，且含有二氧化硫等有害物質(zhì)，難以滿足消費(fèi)者日益增長(zhǎng)的對(duì)高端、綠色糖產(chǎn)品的需求。并且在傳統(tǒng)的白砂糖生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量固體廢棄物和廢糖蜜，嚴(yán)重降低了糖的回收率，這對(duì)我國(guó)制糖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展造成了較大的影響。

與醬油一樣，膜分離技術(shù)也顛覆了傳統(tǒng)的制糖工藝。利用分離膜精確的物理篩分作用，對(duì)甘蔗混合汁進(jìn)行除雜、澄清、脫色和濃縮后可得到高純度、顏色潔白、儲(chǔ)存期間不變黃的精糖。但在實(shí)際應(yīng)用中，也出現(xiàn)了一系列問(wèn)題：由于甘蔗混合汁成分復(fù)雜、黏度高，在膜分離過(guò)程中會(huì)造成嚴(yán)重的膜污染和通量衰減，而且目前商業(yè)化膜對(duì)色素、蔗糖和還原糖分子的分離效果欠佳，嚴(yán)重地阻礙了膜分離技術(shù)在制糖行業(yè)的工業(yè)化應(yīng)用。針對(duì)這些難題，中科院工程研究所萬(wàn)印華研究員團(tuán)隊(duì)多年來(lái)一直致力于探索高性能膜的制備、膜過(guò)程集成、膜裝備研制、膜污染控制等技術(shù)，從2014年起先后在廣東、廣西多個(gè)制糖企業(yè)開(kāi)展系統(tǒng)的中試研究及系統(tǒng)優(yōu)化，并于2018年2月在制糖企業(yè)中成功實(shí)現(xiàn)了全套裝置的連續(xù)化穩(wěn)定運(yùn)行，在國(guó)內(nèi)率先試制出首批膜法精糖。利用此項(xiàng)技術(shù)制糖，不僅可以讓我們吃的糖告別硫磺、磷酸及石灰等化工輔料，實(shí)現(xiàn)純綠色生產(chǎn)，也可以消除濾泥、廢糖蜜等副產(chǎn)品在綜合利用時(shí)所產(chǎn)生的污染。

膜法綠色制糖技術(shù)顛覆了全球140多年來(lái)傳統(tǒng)的碳酸法和亞硫酸法制糖工藝，讓消費(fèi)者從此能吃到感官和品質(zhì)均非常好的精制糖，它對(duì)制糖產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的提高都有著重要的意義。