纯化分离-食品工业中的膜分离技术应用

膜分离技术在食品工业中的应用

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引言

膜技术是一种绿色高效的可起到分离、富集、浓缩及纯化作用的技术，它以高分子分离膜为典型代表，是一种新型的流体分离单元操作技术。虽然该技术在20至30年代已取得很大发展，但一直到60年代反渗透分离技术被成功地运用到海水脱盐及废水处理时，膜技术才真正得到应用。由于膜技术具有诸多优点[1]，比如说浓缩时不会发生相变，因此不需要蒸发器或冷冻设备，节约能源，投资成本低。有由于在分离过程中不需加热，容易保持食品某些原有的风味和营养功效，因此，随着食品工业的不断发展，膜技术在食品领域的应用越来越广泛。

1 膜分离的基本原理

当选择透过性膜的两侧存在某种或某几种推动力时，比如浓度差、压力差、电位差、温度差等时，原料两侧的组分可以选择透过性地透过膜，从而达到分离纯化的目的。分离膜能够使得混在一起的物质分开，主要是通过以下两种机理：

(1)物理性质不同：根据被分离物质的质量、体积大小、几何形态差异，用过筛的办法将其分离。

(2)化学性质不同：根据被分离物质通过分离膜的总速度的差异进行分离。总速度取决于两个步骤，一是从膜表面接触的混合物中进入膜内的速度（溶解速度），其次是进入膜内后从膜的表面扩散到膜的另一表面的速度。若总速度越大，透过膜所需时间越短；总速度越小，则透过时间越长。

2 分离膜应具备的条件

(1) 分离性：分离膜必须对被分离混合物具有选择透过能力，也即具有分离能力。分离的能力要适度，由于膜的分离性能和透过性能相互关联，若分离性能高，就必须牺牲一部分透过量，所以并非越大越好。膜的分离能力主要取决于膜材料的化学特性和分离膜的形态结构，但也与膜分离过程的一些操作条件有关。

(2) 透过性：对被分离的混合物能够进行有选择地透过是最基本的条件。也就是说被除去的物质透过速度越低，通过的物质速度越快则越好，二者的速度之比即为分离效率。而分离膜的透过性能即为其处理能力的主要标志。在达到所需分离率之后，分离膜的透过量越大越好，因为它将增强膜的处理能力，降低运行成本。

(3) 物理、化学稳定性：分离膜的物理化学稳定性质主要由膜材料的化学特性决定，包括其耐热、酸、碱性；抗微生物分解性、抗氧化性；亲水性、疏水性、电性能、毒性、机械强度等。目前所使用的分离膜大多以高聚膜为膜材料，易发生由于形成高聚物长链大分子的解体而引起的膜高聚物的“老化”。此外，膜在使用过程中可能会由于被接触物质中的杂质污染，而减少膜的有效使用面积，或者被某些污染物破坏其高聚物的结构。但由于污染造成的膜性能的衰退大多可以通过清洗的方法使其基本恢复。

(4) 经济性：分离膜的价格取决于膜材料和制造工艺两个方面，不能过高，否则生产上无法采用。