膜分离过程不发生相变化,因此膜分离技术是一种节能技术;
膜分离过程是在压力驱动下,在常温下进行分离,适合于对热敏感物质,如酶、果汁、某些药品的分离、浓缩、精制等;
膜分离技术适用的范围广,从微粒级到微生物菌体,甚至离子级都有用武之地,关键在于选择不同的膜类型;
膜分离技术以压力差作为驱动力,因此采用装置简单,操作方便。
膜技术在食品工业中的发展
从60年代初,膜分离技术开始应用于食品工业。较早报道的主要是离子交换电渗析技术用于乳品工业和果汁浓缩,此后,UF、RO技术的应用愈来愈广,NF技术也呈现了其的优势,膜技术逐步应用于饮料的无菌过滤、酒类精制、酶制剂提纯浓缩、食品添加剂分离制备、饮用水以及食糖工业、淀粉加工业、动物屠宰加工业等许多方面。西欧是将膜技术用于食品工业起步早、应用广的地区,
80年代以来,日本对这一方面愈来愈重视,近10年来的进展极为迅速,美、澳、加拿大等国随之紧紧跟上。
由于膜分离技术在食品工业上应用所带来的经济效益,也引起我国科研部门和厂家的浓厚兴趣,已在一些食品工业领域完成产业化。在饮用水、啤酒业等已较广泛地应用了膜技术。在食品添加剂方面,也地研究开发了反馈式离子交换膜法分离甘氨酸工业技术等。
无机陶瓷膜在酱油除杂澄清中的应用
20世纪90年代以后,无机陶瓷膜分离技术开始广泛应用于食品与发酵领域。饮料行业,特别是酱油、食用油、鲜生啤酒、葡萄酒、果酒、果汁、牛奶制品等的加工,为广大企业取得了良好的经济效益和社会效益。无机陶瓷膜过滤使用的是错流过虑方式。
我国酱油的体态(及澄清度)以及酱油的卫生指标,一直是影响酱油产品质量的问题。酱油产生浑浊和沉淀的原因很多,上述提到了国内学者对有机超滤膜澄清酱油的研究,但是有机膜主要的缺点是不耐高温、不耐酸碱、不耐有机溶剂、易堵塞、易被微生物污染、膜通量低、使用寿命短等。而使用无机陶瓷膜过滤法,就可以很大程度地减小和避免这些问题。
平板陶瓷膜板面密布微孔,根据在一定的膜孔径范围内,渗透的物质分子直径不同则渗透率不同,以膜两侧的压力差为驱动力,膜为过滤介质,在一定压力作用下,当料液流过膜表面时,只允许水、无机盐、小分子物质透过膜,而阻止水中的悬浮物、胶和微生物等大分子物质通过。陶瓷膜具有分离、效果稳定、化学稳定性好、耐酸碱、耐有机溶剂、耐菌、耐高温、抗污染、机械强度高、再生性能好、分离过程简单、能耗低、操作维护简便、使用寿命长等众多优势,已经成功应用于食品、饮料、植(药)物深加工、生物医药、发酵、精细化工等众多领域,可用于工艺过程中的分离、澄清、纯化、浓缩、除菌、除盐等。
陶瓷膜是由孔隙率30%~50%、孔径50nm~15μm的陶瓷载体,采用溶胶-凝胶法或其它工艺制作而成的非对称复合膜。用于分离的陶瓷膜的结构通常为三明治式的:支撑层(又称载体层)、过渡层(又称中间层)、膜层(又称分离层)。其中支撑层的孔径一般为1~20μm,孔隙率为30%~65%,其作用是增加膜的机械强度;中间层的孔径比支撑层的孔径小,其作用是防止膜层制备过程中颗粒向多孔支撑层的渗透,厚度约为20~60μm,孔隙率为30%~40%;膜层具有分离功能,孔径从0.8nm~1μm不等,厚度约为3~10μm,孔隙率为40%~55%。整个膜的孔径分布由支撑层到膜层逐渐减小,形成不对称的结构分布。
多孔陶瓷膜的构型主要有平板、管式和多通道3种,其中平板膜主要用于小规模的工业生产和实验室研究。管式膜组合起来形成类似于列管换热器的形式,可增大膜装填而积,但由于其强度问题,已逐步退出工业应用。规模应用的陶瓷膜,通常采用多通道构型,即在一圆截面上分布着多个通道,一般通道数为7、19、37等。
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