技術(shù)文章
膜分離技術(shù)在果汁加工中的應(yīng)用
時(shí)間：2016.08.31
果汁的加工過(guò)程主要包括四大部分：果汁澄清、果汁濃縮、果汁脫氣，果汁脫酸脫色脫苦，是各種膜分離技術(shù)集成的結(jié)果。
1.果汁澄清
經(jīng)粉碎粗濾處理得到的原果蔬汁是一個(gè)組分復(fù)雜的多相體系，含有果膠（分子量約為5萬(wàn)-30萬(wàn)）、淀粉、維生素等大分子，溶解的離子及細(xì)菌等。由于果膠的存在使果汁整體粘度增大，不利于壓榨時(shí)出汁率的提高，實(shí)際加工時(shí)往往可以采取多種方式除去，包括自然沉降澄清、加熱凝聚澄清、酶處理法澄清等。酶處理法主要加入果膠酶，將果肉內(nèi)的果膠分解為半乳糖醛酸從而達(dá)到分離純化的效果，極大地保留果汁中的氨基酸、維生素和礦物質(zhì)。考慮到初級(jí)果汁中各項(xiàng)組分及果膠粒徑范圍，可以采用一定截留量的超濾膜輔助酶處理法進(jìn)行果汁的澄清操作。即先使用少量果膠酶除去一部分果膠，再用超濾膜分離殘余果膠，這樣不僅節(jié)約了酶用量，增大了超濾操作時(shí)的膜通量，減少膜孔堵塞等問(wèn)題，而且在不加熱的條件下除去了果汁中的大多數(shù)細(xì)菌。
近年來(lái)該法已經(jīng)在實(shí)際果汁加工研究中取得了很好的成效，蔡同一等（1997）使用超濾膜進(jìn)行草莓汁處理，芳香酸與醇得到很好保留，澄清度達(dá)到97.8%以上；師俊玲（1999）采用聚砜材料超濾膜處理獼猴桃汁，VC保留值達(dá)到97.36%。
2.果汁濃縮
實(shí)際生產(chǎn)工藝上為提高果汁中含糖量與酸度，保證不同采摘日期下果汁質(zhì)量風(fēng)味的均一化，同時(shí)為了節(jié)約果汁包裝及運(yùn)輸費(fèi)用，往往對(duì)果汁進(jìn)行濃縮處理。傳統(tǒng)工藝為多級(jí)真空蒸發(fā)濃縮或冷凍濃縮，熱量變化不僅會(huì)使果汁中營(yíng)養(yǎng)成分流失，同時(shí)降低芳香物質(zhì)含量，改變果汁色澤風(fēng)味。相比之下，采用膜分離技術(shù)進(jìn)行果汁濃縮可在常溫下操作，減小能耗的同時(shí)避免有效成分揮發(fā)，保證產(chǎn)品質(zhì)量，可用于果汁濃縮過(guò)程的膜分離技術(shù)有反滲透、納濾和膜蒸餾。
研究顯示使用反滲透膜進(jìn)行果汁濃縮所需能量約為蒸發(fā)濃縮的1/7，冷凍濃縮的1/2。盡管反滲透能夠選擇性透過(guò)水分子，除去其他可溶物，分離效果極佳，然而隨著反滲透濃縮過(guò)程進(jìn)行，料液側(cè)的滲透壓隨濃度增大而逐步增大，所需操作壓力相應(yīng)增大，對(duì)分離設(shè)備的抗壓能力要求也提高。因而在實(shí)際生產(chǎn)中往往采用反滲透與納濾結(jié)合的方式進(jìn)行濃縮，即先通過(guò)反滲透預(yù)濃縮一部分果汁，在料液滲透壓達(dá)到一定程度后改用納濾膜（孔徑很?。┎僮?，截留其他溶質(zhì)、鹽和糖等。例如在葡萄汁的濃縮加工處理時(shí)，由于蘋果酸等對(duì)制得的葡萄酒質(zhì)量影響很大，可以通過(guò)反滲透除去大部分溶解雜質(zhì)，再通過(guò)納濾調(diào)節(jié)組分含量。
果汁濃縮過(guò)程也可通過(guò)滲透蒸餾（膜蒸餾特殊操作形式）完成，滲透蒸餾的遷移機(jī)理如下：
采用微孔疏水膜進(jìn)行處理，膜兩側(cè)分別為待濃縮的料液和濃鹽水，可揮發(fā)組分經(jīng)加熱汽化，通過(guò)擴(kuò)散或?qū)α鞣绞皆谀蓚?cè)遷移，實(shí)現(xiàn)物料的濃縮。據(jù)報(bào)道，采用滲透蒸餾法進(jìn)行果汁（蘋果汁、葡萄汁等）濃縮，果汁中可溶性固形物含量高達(dá)60%以上。此外，滲透蒸餾法排除了反滲透濃縮時(shí)料液滲透壓變化帶來(lái)的操作壓差問(wèn)題，同時(shí)在高倍濃縮時(shí)，對(duì)果汁中某些有效組分（糖、有機(jī)酸等）的截留率可達(dá)100%。
3 .果汁脫氣
果肉細(xì)胞呼吸作用的進(jìn)行使細(xì)胞間隙中存留氧氣、二氧化碳等氣體，加工過(guò)程中容易將果汁中維生素、芳香劑、色素等物質(zhì)氧化，影響果汁風(fēng)味和外觀，同時(shí)造成顆粒物懸浮，因此脫除這部分氣體。采用的有效脫除方式是水相脫氣法（膜蒸餾特殊形式），依據(jù)氣體在水中溶解度與其表面分壓成正比這一原理，逐漸降低氧氣分壓，從而使溶氧逸出。操作時(shí)將微孔膜一側(cè)與果汁接觸，另一側(cè)抽真空，調(diào)節(jié)孔徑可實(shí)現(xiàn)氧氣的選擇性脫除。
4 .果汁脫酸脫色脫苦
原果蔬汁經(jīng)前幾步加工處理后，仍殘留少量有機(jī)酸、苦味物質(zhì)和色素等，往往會(huì)破壞果汁飲用時(shí)的風(fēng)味，降低產(chǎn)品質(zhì)量。
果汁脫酸：據(jù)劉茉娥等人介紹利用電滲析膜（兩側(cè)均用陰膜， 酸根一側(cè)滲出，另側(cè)滲入OH-與H+中和），可以有效脫除果汁中的有機(jī)酸，降低果汁酸度，提高產(chǎn)品質(zhì)量和口感。
果汁脫色：果汁不僅可以使用各種合成樹脂進(jìn)行脫色處理，還可以采用超濾技術(shù)進(jìn)行處理。Borneman等人用聚酯醚砜（PES）/聚乙烯吡咯烷酮（PVP）復(fù)合膜超濾技術(shù)脫除蘋果汁中31%的色素，另有報(bào)道稱截留分子量為20～50KDa的超濾膜對(duì)紅霉果漿廢水中的花青素的回收率達(dá)80。
果汁脫苦：柑橘類果汁柚皮苷、類檸檬苦素等的存在，極大地影響破壞了產(chǎn)品的品質(zhì)和商業(yè)價(jià)值。目前可采取吸附、超臨界CO2脫苦等方式，此外，超濾技術(shù)能有效降低果汁中苦味物質(zhì)含量。例如，Hernandez等人研究了利用超濾和樹脂吸附的聯(lián)合過(guò)程對(duì)葡萄柚汁進(jìn)行脫苦，柚皮苷、類檸檬苦素幾乎完全脫除，分離效果極高，但由于膜性能不夠穩(wěn)定，還沒有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)使用。