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膜分离技术及其在食品工业中的应用

世界上的物质大多是复杂的混合物,但我们大多数时候希望得到符合我们
要求的混合物或纯净物,所以就有物质分离,膜分离在分离中因廉价,安全,高效等
而倍受青睐.在食品工业中应用越来越广泛.
在很早以前，人们就发现水能自然地扩散到装有酒精溶液的猪膀胱内，后来
经过大量的研究，使膜分离技术从实验室阶段发展到工业化应用。目前膜分离已
应用于海水淡化、果汁牛奶的浓缩、制糖工业废水处理、纯净水制造以及溶液浓
缩、分离和精制等领域。在膜分离的过程中，若通过半透膜的只是溶剂，则溶液
得到浓缩，称之为膜浓缩；若通过半透膜的不仅是溶剂，而且有选择地让某些溶
质组分通过，使溶液中不同溶质得到分离，称之为膜分离。
1．膜分离的概念：

即是以天然或人工合成的高分子薄膜为介质，以外界能量或化学位差为推动
力，对双组分或多组分溶质和溶剂进行分离、提纯和浓缩的方法称之为膜分离法。
2．膜的性能：

膜的性能主要体现在四个方面：
(1)膜的化学稳定性：
膜的化学稳定性主要体现在抗氧化、抗水解性和耐酸碱性等。膜的抗氧化、抗水
解性和耐酸碱性既取决于膜材料的化学结构，又取决于被分离溶液的性质。氧化、
水解的最终结果使膜色泽变深，发硬变脆，使其化学结构与外观形态受到破坏。
(2)膜的物理稳定性：
其主要体现在耐热性和机械强度等方面。膜的耐热性取决于膜材料的化学结
构。故可以采取改变高分子的链节结构和聚集态结构，提高分子链的刚性等措施
来提高膜的耐热性。而膜的机械强度是高分子材料力学性质的体现。在外力作用
下，膜产生剪切蠕变，使膜透过速度下降。外力消失后，若再给膜施加相同外力，
膜的透过速度暂时有所回升随后很快下降。
(3)膜的分离透过性：

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虽然膜具对被分离物具有选择透过性，但它也不可能将某一组分百分之百完
全阻挡，而对另一组分完全透过。膜材料的化学特性、形态结构和分离过程中的
一些操作条件等都会影响膜的分离能力。膜的分离透过性是其处理能力的重要指
标。当膜达到所需的分离率后，其透量愈大愈好。故膜的分离性能和透过性能是
相互依赖的，当膜的分离性能高时其透量就会受到损失，反之其透过率高则分离
率就会降低。
(4)膜的经济实用性：
主要是要求分离所用的膜材料和制造工艺等方面的价格合理，成本不高，便
于制造，方便使用，否则就会严重制约膜分离技术在食品工业中的广泛使用。
3.膜分离技术在食品工业中的应用：
1．在乳制品工业中的应用：
反渗透、超滤技术在乳品工业中的应用的最主要方面是乳清蛋白的回收、脱
盐和牛乳的浓缩。乳清中含有高营养价值的蛋白质、乳糖、乳酸、脂肪及矿物质。
为了从低分子量组分中分离出蛋白质，通常采用超滤和反渗透处理
膜分离技术在乳制品工业中的应用主要有牛奶的冷除菌、牛奶蛋白的标准
化、牛奶的浓缩，乳清蛋白纯化浓缩、乳糖和盐的分离等，代替传统的低温巴氏
杀菌和喷雾干燥及冷冻干燥加紫外杀菌等方法，防止乳清蛋白的变性，脱除乳清
中过剩的无机盐类的同时，保持了浓缩乳糖和蛋白的质量、组织状态、稳定性及
营养价值等。特别适合牛初乳的“冷杀菌”，保持了分离过程中一些功能性组分
的活性，是进行牛初乳除菌的理想手段.工艺流程如下：

2．在饮料工业中的应用：
以普通蒸发法浓缩的果汁，在蒸发过程中，原果汁所含水溶性芳香物质及维

生素等几乎全部被破坏、损失。当采用反渗透设备在10MPa的操作压力下处理柑
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橘和苹果等果汁，得到固形物损失率小于1%的浓缩果汁，其芳香物及维生素等
得到很好的保存。而超滤主要用于果汁的澄清，如靠压榨生产的苹果汁，含有
12%的固体包括糖、苹果酸、淀粉、果胶和酚类化合物。超滤后果汁的得率可达
到96%---98%，且超滤加工时间很短，操作简单，节省人力和储罐设备，同时通
过超滤也除去了果汁中的细菌、霉菌、酵母和果胶等，故超滤后的果汁有较长的
货架寿命（长达2年）

3．在纯水制造业中的应用：

采用膜技术制造纯水在日常生活中应用最广。日常饮用的自来水、纯净水等
均采用该技术，其优点是延长离子交换树酯的寿命，缩短树酯再生周期；使终端
过滤器寿命延长，减少管理费，污染少，产出水质稳定。但采用膜技术生产纯水

时，前处理须加强，要求水浊度小于1—3，水温5--40℃，余氯小于0.2mg/Kg,
且要经常杀菌以防微生物生长，杀菌剂为甲醛、双氧水等，浓度为3%，处理时

间为30分钟。[4]其工艺流程为

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4.啤酒的酿造和生产中的应用
啤酒的酿造和生产过程对工艺均有严格的要求：首先对酿造过程的配置水和
发酵用空气需要达到无菌要求，其次对酿造好的啤酒过滤要求高。酿造好的啤酒
中含有很多悬浮微粒、蛋白、胶质、淀粉、酵母、细菌和其他微生物。传统的过
滤方式是采用硅藻土过滤结合精