果汁作为一种纯天然绿色食品，以其纯正的优良口味和高的维生素含量愈来愈为人们所重视。由于我国果汁加工业起步较晚，人民生活水平相对较低，使得我国人民的果汁消费还没有成为习惯，另一方面，用传统蒸发和真空蒸发或冷冻浓缩方法生产的果汁加工成本高，也是阻碍果汁这一高营养品迅速占领饮料消费市场的重要原因。

在食品加工业无机膜技术的应用方面取得了较大的进展，为无机膜技术在食品加工的工业化应用打下了坚实的基础。

无机陶瓷膜具有以下几个突出特点：

1.无机陶瓷膜管是用在1300℃高温下烧结而成的陶瓷材料作为支撑层，再履盖上4um厚的三氧化二铝或氧化锆致密膜而制成的新型管式膜元件，因此它耐高温（1000℃以上）、耐高压（0～16bar）、耐酸碱(pH=1～14)、使用寿命长（一般在8年以上）。

2.无机陶瓷膜具有高通量，其膜组件的平均孔隙率高达30%～40%，0.2um无机膜的理论纯水通量为1200L/m2.h.bar。

3.机械强度大，反冲洗易实现，是无机陶瓷膜技术应用于食品加工业的又一特长。它可用气、液反冲洗，在系统运行的过程中轻易实现高通量的连续稳定操作，系统的运行周期长。

4.无机陶瓷膜系统设备全部采用不锈钢材料组装而成，对食品无任何污染问题。它是由一个膜组件、一个循环原料泵、一个反冲洗系统和一些辅助管线组成，具有操作简单，清洗再生容易的特点。膜组件是由无机膜管组成，是该系统的核心部分；循环原料泵为该系统的动力源；反冲洗系统是系统长期稳定运行的保证。它采用错流循环运行方式，最大限度的减少了膜污染，延长了膜的使用寿命和运行周期，降低了运行操作费用。自动化程度高，泵、阀门等均为电磁电路控制。

5.无机陶瓷膜本身不会滋长微生物的生长，同时还能将果汁中的细菌全部截留，使果汁的贮存期延长。

6.无机陶瓷膜根据膜孔径的不同可分为微滤、超滤和纳滤，能适应不同果汁不同加工工艺的需要。

膜分离技术用于果汁加工

目前膜分离用于果汁加工已趋于成熟并工业化。膜分离在果汁加工中主要用于浓缩、澄清和除菌。

1.苹果汁

用膜法浓缩苹果汁，可以得到高质量25Brix的浓缩苹果汁,Vc、氨基酸及香气成分的损失均比真空蒸馏浓缩少得多。若用多级膜法浓缩，可以制取40~45 Brix的浓缩苹果汁。

苹果汁用传统压滤法澄清的价格为每立方米11.62美元，而用超滤澄清的成本仅2.78美元。

2.桔子汁

用膜分离生产高质量桔子汁技术已经成熟。已经可以将桔子汁浓缩到55 Brix。

3.其它果汁

用膜分离浓缩葡萄汁、佛手酣汁、澄清柠檬汁、番茄汁等生产线亦在80年代末先后在国外建立。

无机膜在果汁澄清过滤中的应用实例：

用途	膜特征
澄清预滤的苹果汁	0.2um的ZrO2膜
从苹果渣内直接提取苹果汁	无机膜
酸果蔓汁的澄清	0.45um的Al2O3膜
其它果汁的澄清：梨，菠萝，桃，胡萝卜，甜菜根，草莓，番石榴	无机膜

 

在果汁澄清方面的应用是无机膜最为成功的例子之一。陶瓷膜用于果汁澄清主要是除去其中很容易引起果汁变质的细菌、果胶、粗蛋白质，得到的果汁品质优良，比传统的过滤巴氏灭菌生产的果汁更具芳香味。传统的果汁澄清方法需经过多步的过滤，并需要助滤剂等。膜技术的应用对于提高果汁质量、降低操作成本是十分有意义的，无机膜在果汁过滤中逐渐显示其优越性。Anon等人研究认为，碳－氧化锆膜在苹果汁的过滤澄清中具有较大的优势，Thomas等用SS－ZrO2膜进行中试规模的苹果汁的澄清过滤，得到的苹果汁的平均通量为120L/m2.h。用氧化锆陶瓷膜进行苹果汁的澄清过滤，膜面积已为65m2，采用三级串联的过滤方式，操作条件为：膜面流速5~6m/s，操作压力0.5MPa。运转时间为15天，经过三次洗膜，每次洗膜时间为2小时，可见洗膜可以恢复膜的渗透通量。渗透液透光率大于99%，甚至高达99.9%；折光率一般在9%；色泽一般在70.0左右，最低值为54.0，最高值为88.5。

膜分离技术在食品工业中应用的先进性

果汁加工中采用膜分离以后，可以做到：⑴节能；⑵质量好。芳香成分大部分可保留，脂溶性成分全员劳动生产率更多，因此浓缩果汁再生后与鲜果汁无甚差别；⑶保存期长。由于膜的除菌作用，以及滤液中无酸法处理所存在的未分解果胶，所以长期存放一般不会出现二次沉淀。

1.节能  与食品工业中应用的传统方法对比见表1，表2。

表1  3种浓缩法能耗对比

类型	条件	能源	除去1t水能耗　/Kw.h
膜法	渗透率(25L/m2.h)	电	8
蒸发	四效蒸发器	蒸汽	161
冷冻	常规设备	电	73

 

表2  各种方法用于食品浓缩脱水价格对比

脱水方法	除去1t水的费用　/美元
反渗透与超滤	0.053~1.32
电渗析	0.053~1.32
真空蒸发	0.106~3.96
喷雾干燥	13.21
冷冻干燥	0.53~7.93
冷冻浓缩	0.12~11.9
离心分离	0.08~2.64
胶体过滤	6.28~26.4
渗析	169.1~264.1
选择沉淀	1.321
转鼓干燥	6.60

 

2.保持原有的营养成分  不同浓缩对果汁加工的影响（见表3）

表3  浓缩法对果汁（西莲成分的损失（w/%））

组分	甲酸乙酯	乙酸乙酯	丁酸乙酯	已酸乙酯	Vc
蒸发	20.6	94.5	99.4	100	100
膜法	0	0	13.8	31.3	9.9

 

3.简化流程和操作  传统的饮料生产是用巴氏灭菌和添加化学防腐剂的方法来使产品达到食品卫生要求。微滤技术可以代替巴氏灭菌和添加化学防腐剂。微滤的有效范围是0.05－2.5um，食品加工需要杀灭的微生物大小，多数包括在此范围内。因此采用微滤膜分离进行无菌过滤是最有效的，它可以把细菌、酵母和霉菌全部截留，而食品中的有效成分都能透过膜。

另外，传统的果汁澄清先是在反应缸中加酶处理，然后过滤或离心分离，时间长、占地面积大、成本高。用超滤澄清果汁，可以减少反应缸、泵、压缩机、离心机等设备，节省硅藻土或其他助滤剂和酶制剂，降低操作费用和人工费用。此外还可提高果汁产量和减少废渣。

因此，无论从经济还是技术的角度比较，膜法（特别是无机陶瓷膜）用于食品加工生产过程中，都有其它传统方法无可比拟的优势，是我国食品加工（果汁加工）业今后技术改造的最佳应用技术。