膜分离技术在果汁行业上的应用

1. 技术背景

果汁作为一种中性饮料，因营养成分丰富（特别是富含品种丰富的维生素），而深受人们的喜欢。人们总是乐意购买完全保有天然风味的产品，而不是发苦发涩，明显带有加工痕迹的的果汁、茶、葡萄酒等饮料制品。如何保证产品的天然风味将直接关系到产品市场的存亡，因而这就需要在产品的生产过程中采用更加接近于天然手段的工艺技术——膜分离技术。    膜作为一种在微观领域具有独特分离性能的材料，依靠压力为驱动力，能直接对不同分子量、不同分子尺度的物质进行分离而不发生相变化，也无须添加任何化学成分，使得果汁加工过程更加接近于自然。   例如，微滤/超滤能够有效地去除果汁中的悬浮物和可能引发后浑浊的果胶等大分子可溶性物质，使产品的澄清度、色泽、香味成分得以控制，使人感觉良好。纳滤、反渗透则能够对绝大多数的物质进行截留，仅让水和无机盐透过，不但容易得到理想的浓缩倍数，而且浓缩过程没有升温而使原有芳香成分得以最大限度的保持。

2. 果汁除杂浓缩纯化的膜分离工艺简述

1) 传统果汁生产工艺

榨汁——果胶酶处理——硅藻土过滤/板框过滤——精密过滤器——树脂或其他吸附方式脱色——蒸发或冷冻浓缩

这种方法存在较大的缺陷：

u 硅藻土/板框过滤只能除去果汁中的果肉，不能完全去除果汁中的果胶和可溶性蛋白，影响清汁的存放时间，会发生沉淀现象。果渣带走产物较多，过滤收率受影响。添加助滤剂，成本支出高，果渣的综合利用受限制，若废弃则污染环境。

u 树脂和其他吸附方法，脱色后的树脂色值有一定的波动，对质量控制带来困难。树脂脱色要用大量的酸和碱再生，增加处理成本，也给后续的三废处理增加很大的负荷，费用很高。

u 真空蒸发与冷冻脱水浓缩都存在高温或低温相变过程，能耗大，且因果汁中含有大量有机酸，加热浓缩时容易氧化变质，果汁的原味和营养成分遭到破坏产品质量下降，产品品质低。例如：果汁中的芳香成份在蒸发浓缩过程中几乎全部失去，冷冻脱水法也只保留大约8%，而反渗透技术则能保留30~60%。

2) 膜技术新工艺用于果汁生产中的工艺说明

A. 陶瓷膜/超滤澄清过滤

细菌将与滤渣一起被膜截留，不必加热就可除去混入的细菌。相对于酶法而言，滤汁中不存在未分解的果胶，长期贮存极少出现二次沉淀。一次去除果胶、可溶性蛋白及大分子有机物，不必加任何助滤剂，操作过程简单化，提高过滤收率与质量，减轻后工艺提取难度。陶瓷膜较长的使用寿命以及经陶瓷膜过滤后产品的风味和芳香不变等性能，使该技术优于其他分离技术如硅藻土过滤、板框过滤等。

B. 卷式超滤脱色

通过膜的选择性透过机理去除果汁含有的多酚类物质及褐变产物。无需任何添加物，且没有相态变化，因此能最大程度地保留果汁自身的色、香、味。脱色后的果汁色值稳定，变化在5%内。超滤脱色系统可以维持生产的连续性，清洗和维护时间明显小于树脂脱色的清洗维护时间，而且清洗中使用的酸碱用量远远小于树脂脱色，对于废水PH值影响可以忽略。在消耗方面只有泵和电气部分的少量功率消耗，运行成本也远远小于树脂吸附。

C. 反渗透膜/纳滤膜浓缩果汁清汁

此法通过压力作用下，根据各种分子透过膜的速率差异，将水和其他物质分离开，以达到去除水浓缩果汁的目的。该法无相变，无需加热，因此处理温度低，能很好地保护果汁中的营养成分，这给生产带来很多选择，低糖度果汁可以作为国内市场或区域市场的产品向市场提供。

由于不需蒸汽，在能量的消耗方面，膜法浓缩也较蒸发浓缩低很多。可以作为蒸发浓缩的预浓缩工序。反渗透/纳滤预浓缩可以作为快速提高生产产量的方法进行推广，尤其对于投资能力有限的果汁企业应该是一项很具有吸引力的技术。而冷冻浓缩能耗很大，是膜法浓缩的7倍。

膜法浓缩所产生的透析水同样可以作为清洗用水，而且水质较蒸发冷凝水更好。

D. 反渗透膜用于洗果废水回用

反渗透膜系统处理洗果废水，处理的效果好。适合于处理传统生化方法难以处理的含酸碱废水，处理后的水可以达到生产用水标准，既达到了处理废水的目的，又可以回收部分水。

3) 应用实例

A. 膜分离技术在苹果汁浓缩加工工业的应用

苹果——挑选/清洗——榨汁——果胶酶处理——陶瓷膜澄清——卷式超滤脱色（8-9brix%）——纳滤/反渗透预浓缩3倍（到22-24brix%）——蒸发浓缩（35-40brix%）

         用陶瓷膜澄清果汁能处理不可溶固型物含量较高的料液时，通量较管式膜系统更大，更稳定，且不容易发生堵膜的现象。能有效地清除果渣及果汁中的各种微生物等杂质，特别是对耐酸耐热菌的彻底清除（此菌问题已成为浓缩果汁出口的关键问题）。卷式超滤脱色可去除果汁中大量的多酚类物质及褐变产物，清除了大部分的色素东西，无相态变化，保留果汁的风味物质。膜法预浓缩能耗小，可在室温或较低温度下操作，最大程度保留果汁的营养成分。

B. 膜分离技术在柚子汁浓缩加工工业的应用

柚子——挑选/清洗——榨汁——陶瓷膜澄清——陶瓷膜滤液（3-4brix%）——高压纳滤预浓缩（到18brix%）

3. 综述

沁浩膜技术不断致力于工业膜分离技术的应用推广，在医药、化工、食品饮料、环保水处理工业等领域中积累了大量的经验，可根据客户的要求开发其特定的分离纯化工艺设备。