超滤澄清过滤鲜果汁的创新探究

摘   要：本文研究了采用内压聚偏氟乙烯超滤膜对果汁进行过滤澄清的可行性，考察了膜面流速和膜的操作压力对膜通量的影响。研究了膜对果汁中的色度、浊度、电导率和糖度的影响。结果表明，PVDF超滤膜可以较好的去除果汁的浊度，平均去除率为90％，其透过液在室温保存半年无沉淀生成。其对果汁的色度影响较小，平均去除率为20％，其对电导率和糖度基本没有影响。
关键词：超滤   膜   聚偏氟乙烯   果汁
　　超滤技术用于果汁类的提纯非常普遍,去除果汁类的浊度与不纯物收到良好的效果。此外还在果胶的提纯和浓缩、玫瑰汁的浓缩等方面都取得了成功。果汁和饮料行业的超滤有三种主要作用:分离、澄清和选择浓度。乳清是乳酪生产中的副产品,传统的工艺中被直接排放,造成严重污染和营养成分的损失。采用超滤预浓缩,然后喷雾干燥产生乳清蛋白浓缩物,可用作饮料、冰淇淋等食品的原料。用超滤浓缩鸡蛋蛋白,可降低干燥费用，而且可除去葡萄糖等易引起变质的成分,生产出的干蛋固体料也是许多食品(如糖果蜜饯)的原材料。在果汁和酿酒行业,超滤取代了传统的分离澄清工艺,从而简化了生产工序,并且提高了产品质量,节省了生产费用。　
１   实验规模和鲜果汁的原液指标　
１.１   实验规模。本研究为小试实验研究 用于过滤澄清果汁时超滤膜装置的处理量为15~20Ｌ/ｈ。 　
１.２   澄清果汁的原液指标，如表1：
1.3   超滤膜性能，如表2
2   试验装置和分析方法
2.1   试验装置。试验装置如图1所示：
2.2　运行条件对膜透过通量的影响。①膜水通量随操作压力的变化曲线膜面流速为1.07ｍ/ｓ。
　　据实验可知：膜的水通量随操作压力的变化呈现较强的规律性；在进出口平均压力0.05～0.1MPa的范围内，膜透过液通量随膜面压力的增加而呈线性增加。主要因为膜面的压力越大，膜两侧的推动力就越大，果汁就越容易透过膜，所以通量就越大。但膜面压力过高，很容易使果汁中引起浊度的物质在膜表面沉积和在膜孔内吸附，增加膜的透过阻力，加快膜的污染，缩短膜的清洗周期和使用寿命。
　　②膜水通量随膜面流速的变化曲线。随着膜面流速的增加，膜水通量增加。这主要是因为膜面流速越大，膜面的雷诺数越大，使得膜面的流动由层流向湍流转变，降低了膜面边界层的厚度，增加了水流对膜面的剪切作用，使膜表面的凝胶层的厚度变薄，膜对透过液的阻力减小，膜的水通量增加。从提高膜的透过液量的方面来说，应该加大膜面的流速，但是增大膜面流速使系统的能耗增加，增加了单位时间内所产生的热量使料液的温度很快升高，不利于保留果汁中的营养成分。因此，在实验过程中，我们选择膜面流速为1ｍ/ｓ。 　
3    结果与讨论
3.１   工艺参数　
3.2   超滤膜对原液色度去除率。在相同的膜平均进出口操作压力条件下，膜对果汁原液色度的去除率随运行时间的增长而递减，它的平均去除率为20％，这主要由于新膜的膜孔及表面对果汁中的花色苷（果汁中的显色物质），不断吸附导致透过液的色度小于原液，着这种吸附达到平衡，透过液的色度趋于稳定。在不同的进出口操作压力条件下，膜对色度的去除率无明显的差别，这说明操作压力变化对果汁的色度去除无明显的影响。
３.3   超滤对果汁原液浊度去除率。在相同的进出口平均操作压力条件下，膜的浊度去除率随运行时间的增加逐渐增大，在不同的膜进出口平均操作压力的条件下，膜均具有较高的浊度去除率，并且这种趋势随着运行时间的增加而增加。由于超滤为筛分原理，本实验中膜的截留分子量为，3~5万当膜是新膜时，酒石酸等引起浊度的物质主要通过膜面的大孔透过膜，使透过液的浊度增加，随着操作时间的增加，果汁原液中的胶体，蛋白质等物质在膜大孔上吸附架桥，减小了大孔的孔径，减少了引起浊度物质的通过，同时，随着膜透过液量的稳定，膜面凝胶层的形成，减少了浊度物质的透过，因此膜透过液的浊度表现为上述现象。
3.４   超滤对果汁糖度的影响。由图2可以看出，在相同的操作压力条件下，膜对果汁的糖度没有影响，在不同的操作压力条件下，膜透过液的糖度与原液无明显差别，因为果汁中的糖分主要是葡萄糖等小分子物质，它们不能被膜截留，可以透过膜，而膜透过液起始糖度的降低，主要是因为膜面及膜孔内吸附造成的。
3.5   超滤对果汁的电导率的影响。从图3可见，在不同的操作压力条件下，膜的透过液的电导率基本不发生变化。果汁中的离子不在超滤的截留范围内，所以可以透过膜，因此，透过液与原液的电导率接近，无明显变化。在相同的操作压力条件下，膜透过液的电导率不随运行时间而发生变化。
3.6   膜通量衰减运行考察。由图4可见，在相同的操作压力条件下，膜通量随运行时间的延长而衰减，但是衰减的幅度并不是很大，在不同的操作压力条件下，膜的起始通量随操作压力的增加而增加，但是当操作压力较大时，膜的通量衰减也较快。在图中，操作压力为 0.125ＭＰa时，其通量由最初的22Ｌ/ｍ2ｈ在2个小时的运行后衰减到15Ｌ/ｍ2ｈ而操作压力为0.１ＭＰa时其通量的衰减幅度较小，由最初的18Ｌ/ｍ2ｈ，经过2小时运行后达到16Ｌ/ｍ2ｈ，由此可见，操作压力的选择应适当，不宜过高。 　
4    结论
（1）PVDF中空纤维超滤膜组件用来过滤澄清果汁是可行的，在平均进出口操作压力为0.1ＭＰa和膜面流速为1ｍ/ｓ的条件下，膜的稳定通量为16L/ｍ2ｈ。
（2）在较好的保留果汁的原有风味的情况下，它对果汁的浊度平均去除率为90％，膜透过液在室温保存半年，无沉淀析出，而色度的去除率只有20％，对果汁原液的糖度和电导率基本无影响。
（3）在相同的操作压力条件下，膜通量随运行时间的延长而衰减，但是衰减的幅度并不是很大，在不同的操作压力条件下，膜的起始通量随操作压力的增加而增加，但是当操作压力较大时，膜的通量衰减也较快。

参考文献:
[1] 习艳丽,葛红光.超过滤技术及其应用[J].汉中师范学院学报(自然科学),2001.19(12)71~74.
[2] 夏中明.国外超滤技术的应用及投资分析[J].武汉水利电力大学学报,1996.29(6):114~116.

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