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第八章 膜分离技术 第三节 膜分离在食品工业 中的典型应用 一、在乳品工业中的应用 反渗透、超滤技术在食品工业中应用的最主要方面是乳清蛋白的回收、脱盐和牛乳的浓缩。 该技术应用的发展十分迅速。 1981年时,估计有46家工厂日处理乳清14000m3。 1984年,用于处理乳清和牛乳的膜面积达100000m2,其中1/7用于处理牛乳。 1988年底,膜面积已达150000m2,其中1/3用于处理牛乳。另外,用于制作乳酪的膜面积在80年代也迅速增长。 1987年底,约有180000m2在使用中,相当于400000t干酪/年,或相当于全世界干酪生产的3%。 (一)从乳清中回收蛋白质 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。图8-21为乳清处理过程流程图。 超滤可使体积减少约20%。由于小分子的透过,故蛋白质含量提高,如表8-2所示。喷雾干燥后,得到的乳清粉,其蛋白质含量达65%,更高的可达80%。乳清粉可用于烧烤制品中替代脱脂乳,可用于制作婴儿食品等。由于超滤之后的透过液仍含有高的BOD值,必须经反渗透处理才能排放。反渗透得到的浓缩产物可用作饲料。 超滤膜的使用条件 超滤膜组件可采用不同型式。用于乳清超滤的膜常是醋酸纤维膜和聚砜膜等。操作时为了在较长时间下运转能限制细菌的生长,通常在10℃以下运转。50℃下操作则只能进行短时处理。超滤结束之后,需要每天清洗膜组件。 超滤膜组件清洗的步骤 (1)水冲洗; (2)碱液清洗:pH10-14,温度50℃ (3)水冲洗; (4)酸液清洗;pH 0-1,温度50℃ (5)水冲洗; (6)用含游离氯50-l0g/m3的次氯酸钠溶液循环消毒,温度30-50℃ (二)脱脂乳的浓缩 传统干酪生产在制干酪用乳(脱脂乳)中加入发酵剂和凝乳酶,然后进行混合和凝固。这种工艺有25%的乳清蛋白从凝乳中排出丢失在排放的乳清中,如果采用如图8-22所示的流程,不但干酪品质控制得到保证,还可提高干酪产量约20%,因为蛋白质损失于乳清中少。 在该加工流程中,脱脂乳首先用超滤来预浓缩。这实际上是一个分馏过程,主要是去除乳糖。不然乳糖将影响干酪的成熟过程及最终产品的密度和风味。浓缩了的脱脂乳其主要成分含量见表8-3。 二、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。 据Mogar等研究,当采用管式反渗透组件在10MPa的操作压力下处理桔子和苹果等果汁,得到固形物损失率小于1%的浓缩果汁(浓度达40%),其芳香物及维生素等得到了很好的保存。 很多研究表明,反渗透主要用于果汁预浓缩,而不可能完全取代蒸发浓缩。原因是: ①果汁的渗透压随浓度增加而迅速升高; ②浓度高达35%以上,醋酸纤维膜对风味物保持的选择性较低(在二级反渗透之后,约60%的风味物被保留)。 三、在豆制品工艺中的应用 超滤主要用于果汁的澄清。特别是苹果汁的澄清。靠压榨产生的苹果汁,含有12%的固体,其中包括糖、苹果酸、淀粉、果胶和酚类化合物。 1、常规方法与超滤法的对比 (1)常规方法:图8-23(a)所示。常规苹果汁加工中,首先要加入酶以破坏果胶,然后加硅溶胶和明胶,静置后,上层清液加硅藻土过滤,然后加膨润土通过板框压滤机过滤。澄清过程只得到浊度为1.5-3.0NTU的果汁。 (2)超滤法:图8-23(b)所示。在果汁部分脱酸之后,就用超滤法进行澄清。如采用单管式超滤组件,对脱酸25%的果汁,在50℃下可获得3m3/d的膜透水速率。超滤得到的果汁,浊度为0.4-0.6NTU(散色浊度汁浊度单位)。 2、超滤的特点 超滤后果汁中的细菌、霉菌、酵母和果胶被去除,所以超滤的果汁具有较长的货架寿命(长达2年); 超滤的果汁得率为96%-98%其至98%-99%且超滤加工时间很短(低于2h),而常规的澄清到达36小时。因为超滤操作的简便,所以来用超滤法澄清果汁还可节省贮罐设备和人力,但大规模工业生产时,明胶的加入量是一个研究课题。 3、膜分离技术在豆制品生产上的应用 豆制品生产上膜分离的应用主要是从废液中回收蛋白质。废液包括制取大豆蛋白质时的大豆乳清废液,生产豆腐及酱等时的大豆预煮液等。如果不合理处置废液,一方面是浪费,另一方面也会造成环境污染。 芝加哥的Centra1 Soya公司对大豆乳清采用了超滤处理,如图8-24(a)所示。将451kg(固形物含量为1.36%)的大豆乳清浓缩15倍变成12.7kg(固形物含量12.0%)。由于透过液中仍含有相当数量的可溶性固形物,故又进行反渗透处理,如图8-24(b)所示。 四、在纯水制造工业中的应用 典型的制水工艺流程有四类,是按原水来源来区分的。 第一类原水是湖水、河水
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