納濾膜在食品工業(yè)中的應(yīng)用
1 多糖的分離和精制
米糖脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生物學(xué)活性多樣，可誘生干擾素及腫瘤壞死因了(TNF)，直接或間接激活B淋巴細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞及巨噬細(xì)胞，增強(qiáng)機(jī)體的特異性及非特異性免疫力，而且有效劑量低，一般每公斤體重的劑量?jī)H在納克(ng)數(shù)量級(jí)。
陳正行采用超濾和納濾進(jìn)行了分離濃縮米糖脂多糖提取液的研究。結(jié)果表明，超濾后米糖脂多糖提取液中蛋白和多糖雜質(zhì)含量降低85.5%和89.6%。采用不加水循環(huán)納濾的方式，濃縮倍數(shù)可達(dá)8倍，同時(shí)米糖脂多糖濃縮液中的87.4%的無(wú)機(jī)鹽可除去。Matsubara等研究從大豆廢水中提取大豆低聚糖。他們用超濾分離去除大分子蛋白，反滲透除鹽和納濾精制分離低聚糖。合成低聚糖則通過(guò)蔗糖的酶化反應(yīng)來(lái)制取。為了得到高純度低聚糖，需除去原料蔗糖和另一產(chǎn)物葡萄糖。
通常采用高效液相色譜法(HPLC)分離。但HPLC法處理量小，耗資大，并且需要大量的水稀釋，因而后面濃縮需要的能耗很高。采用納濾膜技術(shù)來(lái)處理可以達(dá)到高效液相分離法同樣的效果，而且大大降低了操作成本。
2 果汁的高濃度濃縮
果汁的濃縮可以減少體積，便環(huán)境貯存和運(yùn)輸，又可提高其貯存的穩(wěn)定性，傳統(tǒng)上是用蒸餾法或冷凍法濃縮，不但消耗大量的能源，還會(huì)導(dǎo)致果汁風(fēng)味和芳香成分的散失。人們考慮利用膜技術(shù)來(lái)濃縮。
在果汁濃縮過(guò)程中，隨著果汁濃度的提高，滲透壓也在提高，因此在利用反滲透進(jìn)行果汁濃縮時(shí)，存在著一個(gè)濃縮上限(一般是30wt%)，使得單一的反滲透法由于滲透壓的限制委難以單級(jí)方式把果汁濃縮到較高濃度。綱濾膜的出現(xiàn)，很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。首先使用只能透過(guò)水的反滲透進(jìn)行預(yù)濃縮，使第一級(jí)濃縮液濃度達(dá)到30%，30%的濃縮液再利用有一定溶質(zhì)透過(guò)量的納濾膜進(jìn)行處理，這時(shí)，由于透過(guò)液中含有溶質(zhì)，使得濃縮液與透過(guò)液之間的滲透壓差減小，第二級(jí)濃縮液濃度達(dá)到40%。因此，即使是在7.0MPa的操作壓力下，也可以進(jìn)行滲透壓為10.2MPa，濃度達(dá)到40wt%的濃縮操作。含有溶質(zhì)的濃縮液再返回第一級(jí)的預(yù)濃縮工序中。這個(gè)系統(tǒng)可適用于各種果汁的濃縮，既可以保證果汁在濃縮過(guò)程中色、香、味不變，又可以節(jié)省大量的能源。
納濾膜還可用超濾膜結(jié)合對(duì)桔子汁和洋李酸浸液進(jìn)行濃縮脫鹽。對(duì)洋李酸浸液，脫鹽率達(dá)54.5%，有機(jī)酸脫除率可達(dá)80%，自身可被濃縮到10倍以上。
3在乳品工業(yè)中的應(yīng)用
3.1 牛奶及乳清蛋白的濃縮
利用納濾膜濃縮的牛乳可以制成高級(jí)冰激淋。因在一般的濃縮乳中，由于存于其中的鹽類也被濃縮，所制成的冰激淋口感不佳，面暖和納舉世矚目膜濃縮的牛乳，鹽類減少，使制成的冰激淋口感嫩滑，同時(shí)因?yàn)闆](méi)有被加熱，制品的奶味格外濃郁。
乳粉的貯藏過(guò)程中，最易發(fā)生的是風(fēng)味變壞，我們把產(chǎn)生各種不良?xì)馕兜奈镔|(zhì)稱為雜味物質(zhì)。利用納濾分離，可以除這些物質(zhì)。
由表2可以看到，未經(jīng)處理的復(fù)原脫脂乳中雜味很強(qiáng)，評(píng)價(jià)較差。使用反滲透濃縮處理的乳，其風(fēng)味在某種程度上得到改善，但由于鹽類和乳糖都被濃縮，咸味與甜味都被增強(qiáng)，使總體評(píng)價(jià)降低。而使用納濾膜，選擇適當(dāng)?shù)臐饪s比進(jìn)行處理，不僅除去了乳中的雜味成分，還使脫脂乳具有鹽類平衡的良好風(fēng)味。
表2利用膜分離進(jìn)行風(fēng)味改變的效果比較
 |
4 氨基酸的分離和純化
氨基酸的分子量?jī)r(jià)了100-1000之間，納濾的截留分子量為200-1000因此納濾分離氨基酸主要靠電荷效應(yīng)起作用。氨基酸帶有離子官能團(tuán)如羧基或氨基，在等電點(diǎn)時(shí)是中性的，納濾膜對(duì)于處于等電點(diǎn)狀態(tài)的氨基酸溶質(zhì)的截留率幾乎為零。當(dāng)高于或低于等電點(diǎn)時(shí)氨基酸帶正電荷或負(fù)電荷，因?yàn)槿苜|(zhì)離子與膜之間產(chǎn)生靜電排斥，使膜對(duì)偏離等電點(diǎn)狀態(tài)的氨基酸溶質(zhì)有較高截留率。調(diào)整溶液的pH值，使不同的氨基酸在不同的pH值時(shí)帶上不同的電荷，利用膜的電荷效應(yīng)分離和純化分子量接近的氨基酸。
根據(jù)上述原理，王曉琳等設(shè)計(jì)了苯丙氨酸和天冬氨酸的納濾分離過(guò)程。當(dāng)pH=8時(shí)，處理質(zhì)量比率為0.15的苯丙氨酸與天冬氨酸混合原料液，操作壓力為1.0MPa，溫度為35℃，料液流量1.22×10-4m3/s，選用有效面積為5.1m2的納濾膜組件進(jìn)行分離操作。結(jié)果使苯丙氨酸與天冬氨酸質(zhì)量比率降為0.04。
5 飲用水凈化
水污染的日益加劇，使人們對(duì)飲用水水質(zhì)越來(lái)越關(guān)心。美、歐、日等發(fā)達(dá)國(guó)家都有改善水質(zhì)的計(jì)劃，如日本的MAC-21計(jì)劃和新MAC-21計(jì)劃，將膜技術(shù)作為水凈化的最有效手段。歐、美等國(guó)也支持了許多膜法(NF)水凈化試驗(yàn)，效果明顯。特別是NF，可能成為21世紀(jì)水凈化的首選技術(shù)，因?yàn)镹F可去除消毒的副產(chǎn)物、痕量的除草劑、殺蟲劑、重金屬、天然有機(jī)物及部分硬度、SO2-4和NO-3等。一般的過(guò)程為：進(jìn)水→預(yù)處理(絮凝、過(guò)濾等)→MF(UF)→NF→(備用)其優(yōu)點(diǎn)是水質(zhì)好且穩(wěn)定，化學(xué)藥劑用量少，占地少，節(jié)能，省勞力，易管理和維修，基本上可零排放。
膜生化反應(yīng)器的開發(fā)
我國(guó)是制糖大國(guó)，糖蜜廢水中含有較高的COD及色度，其中由焦糖色素引起的COD，BOD及色度是一般生物方法不能完全處理的。制糖業(yè)廢水的直接排放將對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。潘巧明等采用膜生物反應(yīng)器(MBR)與納濾(NF)相聯(lián)合的集成膜技術(shù)處理糖蜜廢水，取得了較好的結(jié)果，可達(dá)到國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。廢水回收率大于80%，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。
Jeantet等將納濾膜與CSTR(連續(xù)攪攔反應(yīng)器)耦合組成納濾膜生物反應(yīng)器(NFMBR)用于乳酸的半連續(xù)生產(chǎn)，利用膜截留底物和菌體細(xì)胞而乳酸被不斷移去，得到較高的產(chǎn)率約為7.1g/L.h，乳酸濃度為55g/L。膜反應(yīng)器是一項(xiàng)急待開發(fā)的新型技術(shù)，目前工業(yè)進(jìn)展較慢，但由于它的卓越性能，必將得到廣泛的應(yīng)用。
其他應(yīng)用
納濾膜分離技術(shù)在食品工業(yè)中的其他應(yīng)用：
1)與超臨界萃取結(jié)合，從魚油中分離出甘油三酯。
2)從廢糖液中回收更多的糖
3)濃縮分離1，6—二磷酸果糖
4)分離和純化環(huán)糊精、乳酸酯、酵母、有機(jī)酸等。
5)用于醬油、氨基酸調(diào)味料等的脫色。
結(jié)束語(yǔ)
納濾膜由于截留分子量介于超濾與反滲透之間，同時(shí)還存在Donann效應(yīng)，因此對(duì)低分子量有機(jī)物和鹽的分離有很好的效果，并具有不影響分離物質(zhì)生物活性、節(jié)能、無(wú)公害等特點(diǎn)，在食品工業(yè)得到越來(lái)越廣泛的運(yùn)用。但納濾膜的應(yīng)用同時(shí)也存在一些問(wèn)題，如膜污染等，并且由于食品業(yè)對(duì)衛(wèi)生要求極嚴(yán)，膜需要經(jīng)常的殺菌、清洗等處理，使得該技術(shù)的廣泛使用受到一定的影響。作為一種新興的膜分離技術(shù)，納濾膜獨(dú)特的分離性能存在眾多的優(yōu)越性，是一個(gè)新興的值得矚目的領(lǐng)域，必將會(huì)有廣闊的發(fā)展前景。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
