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超滤技术及其在食品工业中的应用
食安0901班刘艳超2009244040127
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，超滤的应用最为广泛，也最为成熟。自1977年Heatherball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展。下面就超滤技术及其在食品工业中的应用与前景作一下简单的介绍。
1.超滤技术的原理
超滤是膜分离技术之一。它操作简便，成本低廉，分离效率高，且不引起温度、离子状态及相的变化，但需要外加压力。近来广泛用于生物制品、食品和制药工业、三废处理及其他浓缩、脱盐及分级分离过程，特别是分离一些分子量差别较大的溶液，更显出它的优越性。超滤主要依赖于被分离物质分子的大小、形状和性质不同。当溶液体系经由水泵进入超滤器时，在一定的压力差下，溶液中的物质在滤器内的超滤膜表面发生分离，溶剂和其他小分子质量溶质透过具有不对称微孔结构的特制滤膜，大于孔径的溶质分子和微粒被滤膜截留，使不同大小的分子得以分离从而达到分离、提纯和浓缩产品的目的。
2.超滤膜材料及其特点
目前用作超滤膜的材料主要有聚砜类、聚砜酰胺、聚丙烯、聚四氟乙烯、醋酸纤维素等。目前制成的超滤膜为中空纤维型滤膜或卷膜，或把中空纤维卷扎成束。超滤膜组件有卷式、膜盒式和中空纤维等。超滤膜一般具有两层典型的膜结构，上部是致密的分离层，下部是结构较疏松的支撑层，这种膜结构使得液体在分离过程中大分子溶质的微粒随溶液切向流经膜表面时，由于液体的快速流动使得这些物质既不能进入致密细孔，引起膜的内堵塞，也不会停留在膜上形成表面的堵塞，即滤饼。决定截留效果的主要因素是膜的表面活性层上孔的大小与形状。然而，超滤膜既具有孔结构的重要特性，同时还具有膜表面的化学性质。超滤膜的性能指标有渗透通量和截留率。一般用截留分子量方法表示膜产品的分离能力。
3.影响流率的几个因素
流率可用在一定压力下每分钟通过单位面积膜的液体量来表示，一般用无离子水进行测定，常用毫升/平方厘米/分钟表示流率单位。流率大小与膜的结构性质有关，如膜的表观孔径大小以及膜的结构类别。此外，流率还受以下因素影响:(1)溶质的分子性质;(2)溶质浓度;(3)压力;(4)搅拌;(5)温度;(6)其他因素:溶液pH值、离子强度及溶剂性质等。总的来说，可以认为凡是能够增加溶质溶解或减少溶质形成凝胶倾向的因素都能增加超滤的流率。
4.超滤在食品工业中的应用
(1)超滤在果汁生产中的应用
采用超滤反渗透技术在菠萝汁、柑橘汁、葡萄汁、番茄汁、梨汁等果汁中澄清与浓缩，产品质量及经济效益较好。有人采用超滤技术处理荔枝原汁，澄清过程中荔枝汁无相变，较好地去除上述果胶等不稳定因素，果汁非常澄清，稳定性和均匀性也很好。选择适宜的截留分子质量的膜，不仅可以对荔枝汁起到冷杀菌的效果，且果汁在低温下进行超滤澄清，可有效克服传统的澄清和加热灭菌等工序制备荔枝汁时所造成的果汁褐变、后混浊及具有强烈煮熟味的缺点，较好地保持了鲜荔枝原有的色香味，大大提高了果汁质量。
(2)超滤在乳品加工中的应用
乳品工业的超滤加工就是让牛乳在一定的压力下，纵向流经带有微孔的滤膜表面，让小分子量的水、盐类和乳糖等穿过滤膜滤掉，而使大分子量的蛋白质和脂肪被截留下来。超滤技术应用在乳品工业的优点不仅在于能耗小、占地面积小和设备简单，还在于它是又一种有效调制乳制品成分的手段。国外的超滤在乳品工业上主要用于鲜奶的预浓缩和制造干酪处理乳清，还用于精制乳糖、脱盐和分离，并提浓乳清蛋白，制造高营养的乳制品。如脱脂乳超滤后，经喷雾成粉，蛋白质含量高达60%以上，成为蛋白质添加剂，可 配制多种高级营养滋补品。
(3)超滤在酒类生产中的应用
超滤技术应用于酒类生产，可起澄清、灭菌、浓缩、精制、去酶以及改变酒体口感、风味等作用。有人用截留分子量为30000和10000的超滤膜对生黄酒进行过滤，分析了超滤处理前后的黄酒样品。结果表明，这2种规格的超滤膜对淀粉酶、糖化酶、蛋白酶都能达到去除的要求;超滤处理后的黄酒各理化指标均符合GB/T13662-2000的指标要求，蛋白质和氨基酸均有所减少，酒样颜色变浅，黄酒有新的香味感觉，具有淡爽感，呈现一种黄酒新品种的风味。应用超滤技术可以有效地祛除葡萄酒中引起浑浊、沉淀和苦涩味的物质，提高葡萄酒的澄清度，使酒体更加稳定，色泽、口感、风味更加丰富圆润。
(4)超滤在纯化饮用水方面的应用
超滤技术在水处理工业中也得到广泛应用。超滤法制备超纯水，能够弥补过去使用离子交换树脂不能有效除去有机物、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他同类产品。
KlausHagen经过2个试点工厂和5个微滤和超滤的模块，通过2年以上的正确操作证明，尽管原水水质有波动，仍然能安全彻底清除细菌和寄生虫。
ShengjiXia等人研究发现，具有适度浊度的原水用混凝——超滤处理，能有效地去除浊度;铁，锰，铝被完全滤除掉;所有大肠菌群也被完全滤过。过滤水中有机碳总量的减少量符合要求。经处理后的水质量符合中国的饮用水准则。
5.超滤技术的发展前景
超滤技术由于具有在低温下操作、无相变、能较好地保持汁液风味及营养成分等优点，使得其在食品行业中的应用不断扩大。但在使用上还有其局限性。制约超滤技术产业化应用的主要障碍是膜污染。超滤应用中的设备购入价格、膜配件价格、大功率高压泵电耗、必需配备的环境设施，以及配件采购或生产运行的高成本制约超滤的大量应用。有关膜污染问题，只有通过定期按照正确方法清洗膜来加以解决。膜制造工艺的研究，降低造价，开发新材料，提高膜的性能是解决超滤应用中成本问题的关键。超滤技术将在各行业的发展中起巨大作用。国外膜产品大量涌入中国市场，将加速国内膜技术的成熟，膜分离技术的应用领域也将不断扩大。
