膜分离技术与传统的分离方法相 比
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膜分离技术综述一膜分离技术是近三十多年来发展起来的高新技术,是多学科交*的产物,亦是化学工程学科发展新的增长点。
它与传统的分离方法比较,具有如下明显的优点:1.高效:由于膜具有选择性,它能有选择性地透过某些物质,而阻挡另一些物质的透过。
选择合适的膜,可以有效地进行物质的分离,提纯和浓缩;2.节能:多数膜分离过程在常温下*作,被分离物质不发生相变, 是一种低能耗,低成本的单元*作;3.过程简单、容易*作和控制;4.不污染环境。
由于这些优点、使膜分离技术在短短的时间迅速发展起来,已广泛有效地应用于石油化工、生化制药、医疗卫生、冶金、电子、能源、轻工、纺织、食品、环保、航天、海运、人民生活等领域,形成了独立的新兴技术产业。
目前,世界膜市场以每年递增14~30%速度发展,它不仅自身形成了每年约百亿美元的产值,而且有力地促进了社会、经济及科技的发展。
特别是,它的应用与节能、环境保护以及水资源的再生有密切的关系,因此在当今世界上能源短缺、水荒和环境污染日益严重的情况下,膜分离技术得到世界各国的普遍重视,欧、美、日等发达国家投巨资立专项进行开发研究,已取得在此领域的领先地位。
我国在“六五”、“七五”、“八五”、“九五”以及863、973计划中均列为重点项目,给予支持。
关于发展膜分离技术的重要性,美国官方的文件说,“18世纪电器改变了整个工业过程,而20世纪膜技术改变了整个面貌”。
1987年日本东京召开的国际膜与膜过程会议上,曾将“21世纪的多数工业中膜过程所扮演的战略角色”列为专题进行深入讨论,与会的专家一致认为,膜技术将是20世纪末到21世纪中期最有发展前途的高技术之一。
世界著名的化工与膜专家,美国国家工程院院士、北美膜学会主席黎念之博士(我校化工系兼职教授)在1994年应邀访问我国时说“要想发展化工就必须发展膜技术”。
国际学术界一致认为“谁掌握了膜技术,谁就掌握了化工的未来”。
可见,发展膜分离技术对于学科建设和经济发展均具有重要而深远的意义。
膜分离技术的研究及应用现状近年来,随着生物技术、食品工业、医药行业等行业的不断发展,膜分离技术得到了广泛的应用和研究。
膜分离技术以其高效、节能、环保的特点广受好评。
本篇文章将重点介绍膜分离技术的研究现状以及应用现状。
一、膜分离技术的概述膜分离技术是利用特定的膜材料对流体进行过滤、浓缩、分离甚至纯化的技术。
利用膜的分子筛分作用,将大分子、微生物、固体颗粒等物质分离出去,同时残留在膜上的溶质、小分子等物质通过膜材料的选择性通道迅速传递,从而实现分离作用。
膜分离技术的具体分类有微滤、超滤、纳滤、反渗透等,根据膜孔径的不同进行区分。
二、膜分离技术的研究现状随着生物技术、食品工业、医药行业等的不断进步,人们对膜分离技术的研究也在不断深入。
近年来,膜材料的研究中,高通量、高选择性、高耐受性、高透过率的特殊膜材料成为研究热点。
同时,利用纳米技术对膜进行改性以进行特殊过滤成为研究重点之一。
另外,随着膜分离技术的发展,膜脱水技术、膜萃取技术、膜反应器技术、膜析吸合一技术等新的应用领域正在不断涌现。
例如,利用膜脱水技术实现高盐水资源化,将高浓度的盐水进行膜过滤分离,达到资源化利用的效果。
三、膜分离技术在生物制剂制备中的应用生物技术的应用范围非常广泛,包括酶的制备、蛋白质分离纯化、DNA分离等等。
膜分离技术的优势在于可以进行多级、连续、高效的生物制剂分离纯化过程,从而大大提高了生产效率和产品质量。
在这个领域,使用超滤等膜分离技术分离出蛋白质、分离出目标酶等,与传统工艺方法相比,可以节省时间、成本和提高产率。
四、膜分离技术在食品工业中的应用食品工业是一个庞大而重要的产业,食品加工过程中需要精细的处理技术。
膜分离技术在食品加工中的应用日益普及,通过膜技术可以对液体进行过滤、浓缩、分离等处理从而改善产品的质量和纯度。
例如,膜过滤可以用于酸奶、酒类不同物质的分离;利用微过滤的方法检测饮料中的微生物,以及富含蛋白质的食品中去除其他成分等。
膜分离技术的特点
膜分离技术是一种利用不同性质的膜对物质进行分离的技术,其主要特点如下:1. 选择性:膜分离技术能够根据溶质、粒子等不同的特性,通过合适的膜对其中指定的成分进行分离,具有很高的选择性。
2. 高效性:膜分离技术具有高效分离的优势,能够快速将物质分离,分离效率通常很高。
3. 可再利用性:膜分离技术中的膜通常具有一定的耐久性和再利用能力,可以多次使用,减少浪费和成本。
4. 可控性:膜分离技术具有较好的可控性,可以根据需要调整膜的厚度、材料等参数,以及调节操作条件等。
5. 环保性:膜分离技术在分离的过程中,不需要添加化学药剂等外部成分,比传统的分离方法更加环保。
6. 应用广泛:膜分离技术可应用于多种物质的分离,包括水处理、蛋白质分离、溶剂回收、气体分离等领域,具有广泛的应用前景。
综上所述,膜分离技术具有高效、可控、环保等优势,适用于多种物质分离,并且有着广泛的应用前景。
化学工程与工艺中先进分离技术在纯化过程中的应用摘要:本文探讨了化学工程与工艺领域中先进分离技术在纯化过程中的应用。
先进技术如膜分离、超临界流体萃取和离子交换等,为化工行业带来了显著进步。
这些技术不仅提高了产品质量和纯度,还减少了能源消耗并降低了环境污染。
然而,虽然这些技术具有高效、环保的特点,但其高成本、工艺控制和技术选择等方面仍面临挑战。
随着技术不断发展完善,先进分离技术将在化工工业中发挥越来越重要的作用,推动其可持续发展。
关键词:化学工程与工艺;先进分离技术;纯化过程;应用引言在当今化学工程与工艺领域,先进分离技术的应用日益成为重要话题。
这些技术在纯化过程中扮演着关键角色,为提高产品质量、能源效率和环境可持续性带来了新的可能性。
从传统的蒸馏、萃取到如今的膜分离、超临界流体萃取和离子交换,技术不断演变,为化工产业带来了革命性的改变。
本文将深入探讨先进分离技术的多样性、应用场景以及它们在提高纯度、减少废物排放和能源消耗方面的重要作用。
通过对这些技术的综述和案例分析,我们将探讨其在化工领域中的前景和挑战,以及对工艺流程和环境可持续性的积极影响。
一、先进分离技术的概述先进分离技术是指利用各种物理、化学或生物学原理,对混合物中的成分进行有效分离和纯化的一系列技术手段。
传统的分离技术包括蒸馏、萃取、结晶和过滤等,而先进技术则包括膜分离、超临界流体萃取、离子交换和超声波提取等。
二、先进分离技术在化工领域的应用(一)膜分离技术膜分离技术是基于半透膜的一种分离方法,能有效地将混合物分离为不同的组分。
微滤、超滤、纳滤和反渗透是常见的膜类型。
在化工生产中,膜分离技术被广泛应用于水处理、酒精精馏、药物纯化等领域。
其高效能和节能特性为工艺流程提供了重要支持。
微滤用于去除悬浮物,超滤则可分离较大分子,而纳滤和反渗透则可分离离子和溶质。
这些膜技术提供了高度可控的分离过程,减少了能源消耗和化学品使用,并降低了处理过程中产生的废物量,从而对提高产品质量和减少环境影响起到了关键作用。
膜分离技术处理有机废气1.技术介绍及应用领域膜分离是以选择性透过膜为分离介质,在外力推动下对混合物进行分离、提纯、浓缩的一种新型分离技术。
目前,膜分离纯化技术包括微滤、超滤、反渗透、纳滤、气体分离、渗透气化、电渗析等等。
与传统分离技术相比,膜技术分离过程具有如下特点:无相变、高效、节能、无污染、工艺简单、常温操作,因此已经广泛应用于水处理、石油化工、冶金、环境保护、生物及食品工业、纺织、医药等诸多领域。
该法是一种新型高效分离技术,装置的中心部分为膜元件,常用的膜元件为平板膜、中空纤维膜和卷式膜,又可分为气体分离膜和液体分离膜等。
气体膜分离技术利用有机蒸气与空气透过膜的能力不同,使二者分开。
该法已成功地应用于许多领域,用其它方法难以回收的有机物,用该法可有效地解决。
用该法回收有机废气中的丙酮、四氢呋喃、甲醇、乙腈、甲苯等(浓度为50%以下),回收率可达97%以上。
膜分离法最适合于处理VOCs浓度较高的物流,对大多数间歇过程,因温度、压力、流量和VOCs浓度会在一定范围内变化,所以要求回收设备有较强的适应性,膜系统正能满足这一要求。
近几年来,国外的实验室研究分离VOCs使用得最多的膜分离材料是聚二甲基硅氧烷PDMS。
它从结构上看属半无机、半有机结构的高分子,具有许多独特性能,是目前发现的气体渗透性能好的高分子膜材料之一。
研究人员大多是采用聚枫PS、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚间苯二甲酸乙二酯PEI等材料作为支撑层,使用PDMS涂层堵孔,作为选择性分离层,选择性分离VOCs/N2或空气体系,都取得了理想的实验结果。
目前,我国采用膜分离法回收VOCs的工作刚刚开始研究,离实现工业化应用还有一段距离。
现在世界上已有近60套膜分离VOCs的装置。
在美国大部分装置用来回收CFCs、HCFCs、氯乙烯等高价值产品:在欧洲和日本主要从石油运输操作中,回收碳氢化合物。
用膜法几乎可以用来回收各种高沸点的挥发有机物,如三苯、丁烷以上的烷烃、氯化有机物、氟氯碳氢化合物、酮、酯等,可用于各种行业,如PVC加工中回收VCM,聚烯烃装置中回收乙烯、丙烯单体;制冷设备、气雾剂及泡沫生产中产生的CFCs和HCFCs的回收,印刷中产生的甲苯等的回收。
膜分离法污水处理技术膜分离法污水处理技术一、引言随着人口和工业的不断增长,污水成为一个日益严重的环境问题。
传统的污水处理方法往往存在着处理能力低、占地面积大、能源消耗高等问题。
而膜分离法作为一种高效、节能、环保的污水处理技术,正逐渐受到人们的关注和应用。
二、膜分离法概述膜分离法是指利用微孔膜或渗透膜对污水中的有害物质进行过滤、分离和浓缩的技术。
根据膜材料的不同,可以将其分为微孔膜和渗透膜两种类型。
微孔膜是一种孔径较小的膜,可以通过物理或化学方法将污水中的悬浮物、胶体、微生物和部分有机物去除。
而渗透膜则是依靠分离层的选择性渗透效应将污水中的溶解物、无机盐和有机物分离。
三、常用膜分离法污水处理技术1. 微滤膜法微滤膜法是一种利用孔径为0.1-10μm的微孔膜进行过滤的技术。
通过微滤膜可以有效去除污水中的悬浮物、胶体和微生物等大颗粒物质。
微滤膜法具有工艺简单、设备操作方便、膜寿命较长等优点,适用于饮用水的预处理、医药行业的水质净化等领域。
2. 超滤膜法超滤膜法是一种利用孔径为0.001-0.1μm的超滤膜进行分离的技术。
超滤膜可以有效去除污水中的胶体、蛋白质、微生物等物质,同时还能保留溶解物和低分子量有机物。
超滤膜法被广泛应用于饮用水的处理、垃圾渗滤液的处理、印染废水的处理等领域。
3. 逆渗透膜法逆渗透膜法是一种利用孔径为0.0001-0.001μm的逆渗透膜进行分离的技术。
逆渗透膜具有较高的选择性,可以除去污水中的溶解物、无机盐、有机物等物质。
逆渗透膜法被广泛应用于海水淡化、工业废水处理、饮用水处理等领域。
四、膜分离法的优势与挑战1. 优势:膜分离法具有高效、节能、环保等优点。
相比于传统的沉淀、过滤等处理方法,膜分离法处理效果更好,剩余浸出物也更干净,且所需能源较少。
2. 挑战:膜分离法的挑战主要来自于膜污染问题。
由于污水中存在有机物、微生物和胶体颗粒等,在膜表面容易形成污垢,影响膜的通量和使用寿命。
膜分离技术有哪些优点及不足
与许多传统的生物水处理工艺相比,膜分离技术有很多的优势,下面,小编就为您介绍一下MBR 膜分离的主要特点。
一、出水水质优质稳定
由于膜的高效分离作用,分离效果远好于传统沉淀池,处理出水极其清澈,悬浮物和浊度接近于零,细菌和病毒被大幅去除。
同时,膜分离也使微生物被完全被截流在生物反应器内,使得系统内能够维持较高的微生物浓度,不但提高了反应装置对污染物的整体去除效率,保证了良好的出水水质,同时反应器对进水负荷(水质及水量)的各种变化具有很好的适应性,耐冲击负荷,能够稳定获得优质的出水水质。
二、剩余污泥产量少
该工艺可以在高容积负荷、低污泥负荷下运行,剩余污泥产量低(理论上可以实现零污泥排放),降低了污泥处理费用。
三、占地面积小,不受设置场合限制
膜生物反应器内能维持高浓度的微生物量,处理装置容积负荷高,占地面积大大节省; 该工艺流程简单、结构紧凑、占地面积省,不受设置场所限制,适合于任何场合,可做成地面式、半地下式和地下式。
黄酮类化合物的提取分离纯化和含量测定方法的研究进展一、本文概述黄酮类化合物,作为一类具有广泛生物活性的天然产物,近年来在医药、食品、化妆品等领域引起了广泛关注。
这些化合物因其独特的抗氧化、抗炎、抗癌等生物活性,成为了科学研究的热点。
黄酮类化合物的提取、分离纯化以及含量测定方法的研究,对于深入了解其生物活性、开发新的应用领域以及实现黄酮类化合物的有效利用具有重要意义。
本文旨在全面综述黄酮类化合物提取、分离纯化以及含量测定方法的最新研究进展。
通过对不同提取方法(如溶剂提取、微波辅助提取、超声波提取等)的优缺点进行比较分析,探讨各种方法在提取黄酮类化合物中的应用前景。
本文还将关注分离纯化技术的发展趋势,如色谱技术、薄层色谱、高效液相色谱、超临界流体萃取等,分析这些技术在黄酮类化合物分离纯化中的应用及优缺点。
本文还将对黄酮类化合物含量测定方法的研究进展进行综述,包括光谱法、色谱法、免疫法等,为黄酮类化合物的质量控制和定量分析提供理论支持。
通过对黄酮类化合物提取、分离纯化以及含量测定方法的研究进展进行全面梳理和分析,本文旨在为相关领域的研究人员提供有价值的参考信息,推动黄酮类化合物的研究与应用取得更大进展。
二、黄酮类化合物的提取方法研究进展黄酮类化合物作为一类重要的天然产物,其提取方法的研究一直是黄酮类化合物研究领域的热点之一。
近年来,随着科学技术的进步和提取技术的不断创新,黄酮类化合物的提取方法取得了显著的进展。
传统的黄酮类化合物提取方法主要包括溶剂提取法、超声波辅助提取法、微波辅助提取法等。
这些方法虽然在一定程度上能够实现黄酮类化合物的提取,但存在提取效率低、时间长、溶剂消耗大等问题。
近年来,随着绿色化学和可持续发展的理念日益深入人心,新型的黄酮类化合物提取方法不断涌现。
其中,超临界流体萃取技术以其高效、环保、低能耗等特点,在黄酮类化合物的提取中表现出巨大的潜力。
超临界流体萃取技术利用超临界状态下的流体(如二氧化碳)作为萃取剂,通过调节压力、温度和流体组成等参数,实现对黄酮类化合物的选择性萃取。
膜分离技术膜分离技术是一种通过特殊材料的筛选作用,将混合物中的不同成分分离出来的一种分离技术。
该技术广泛应用于化工、制药、食品、环保等领域。
本文将对膜分离技术进行详细介绍。
一、膜分离技术概述膜分离技术是一种物理分离方法,它是利用膜对混合物进行分离、浓缩、纯化等过程。
通过膜的选择性渗透,可以将溶液中的化合物隔离出来,从而达到分离的目的。
膜分离技术相对于传统的分离技术,具有分离效率高、分离速度快、操作简单等优点。
二、膜分离技术的分类根据膜的性质和材质不同,膜分离技术可以分为以下几种类型:1. 逆渗透膜分离技术逆渗透膜分离技术是指利用一种半透膜,使水分子和溶质分子在压力作用下分别通过膜,从而实现水和溶质的分离。
逆渗透膜具有高的选择性,可对不同分子大小的物质具有不同的分离效果。
逆渗透膜广泛应用于饮用水处理、海水淡化、食品加工、医药制品等领域。
2. 超滤膜分离技术超滤膜分离技术是指利用具有一定孔径大小的多孔膜,用于从混合物中分离出溶质粒子。
超滤膜的分离效果与分子的大小、形状、电荷等因素有关。
超滤膜分离技术广泛应用于制浆造纸、制药、食品、环境保护等领域。
3. 离子交换膜分离技术离子交换膜分离技术是指利用离子交换膜,可实现离子的去除、富集和分离。
离子交换膜具有良好的化学稳定性和热稳定性,可对不同离子具有不同的吸附效果。
离子交换膜分离技术广泛应用于制药、化学工业、电子行业等领域。
4. 气体分离膜分离技术气体分离膜分离技术是指利用膜的选择性,将混合气体中的组分分离出来。
气体分离膜主要用于气体纯化和分离。
该技术被广泛应用于石油化工、石油天然气、空气分离等领域。
三、膜分离技术的应用1. 工业应用膜分离技术在工业上应用广泛,主要应用于纯化、浓缩、分离等领域。
例如,在糖果制造中,膜分离技术可用于果汁的浓缩和分离;在制药过程中,膜分离技术可用于分离纯化药品;在化工生产中,膜分离技术可用于溶液的分离和浓缩等。
2. 环境保护膜分离技术在环境保护中也有广泛的应用,主要用于污水的处理和饮用水的净化。
膜分离技术与传统的分离方法相比,具有节能、几乎无污染、不会产生健康危险、不需要助滤剂、使用灵活等优点,因此,在工业发展中有着极其重要的价值[1] 。
此外,逐步完善的环境保护法也为膜分离技术的发展提供了新的机遇。
膜是具有选择性分离功能的材料,利用膜的选择性可以实现料液不同组分的分离、纯化和浓缩。
膜可以在分子范围内进行分离,且这一过程是物理过程,不需发生相的变化和添加助滤剂。
膜的孔径一般为微米级。
根据其孔径(或截留分子量)的不同,可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等[2] 。
根据材料的不同,可分为无机膜和有机膜,无机膜主要是微滤级别的膜,如陶瓷膜和金属膜;有机膜是由高分子材料做成的,如醋酸纤维素、聚醚砜、聚氟聚合物等等。
根据其构件的不同,可分为平板膜、卷式膜、管式膜。
膜分离技术已在传统酿酒行业中得到广泛的应用,并表现出巨大的应用前景。
1 用反渗透膜生产无醇或低醇酒反渗透法生产无醇或低醇酒因几乎不改变风味而成为主流方法。
国外基本都使用反渗透法生产无醇啤酒和低醇葡萄酒。
反渗透又名逆渗透,是一种以压力差为推动力,从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。
即对膜一侧的料液施加高压,当压力超过它的渗透压时,溶剂会逆着自然渗透的方向,作反方向渗透。
饮料酒中的各种成分,对膜的渗透能力相差很大:水最易透过;酒精次之;浸出物最困难,这样即可达到脱醇的目的。
目前,国内已经研究开发出了反渗透法生产无醇啤酒的方法和设备,可得到酒精度< 0.5% (v/v)的无醇啤酒,反渗透法脱醇前后酒的理化指标分析见表1[3] 。
从表1可看出,经过反渗透,酒精度下降89.7% ,反映啤酒中总浸出物的真正浓度几乎不变,表明反渗透膜对乙醇的透过率比啤酒中的其他物质大得多,用反渗透的工艺来制备无醇啤酒是可行的。
此外,反映啤酒醇厚性的总蛋白质、多酚、葡聚糖3项指标经脱醇后确有下降,但下降仅在3.3% 以内,因此在酒体的醇厚性及黏稠度上,脱醇酒与原酒是基本一致的。
与限制发酵、蒸馏脱醇方法相比,反渗透法能克服限制发酵法造成的无醇啤酒产品中的残糖含量高、蒸馏法使得无醇啤酒产品有蒸煮味等风味缺陷,能够得到高品质的无醇啤酒产品。
表1 啤酒脱醇前后理化指标的分析结果项目原酒脱醇酒色度/EBC 5.0~5.5 5.0~5.5浊度/EBC 0.24 0.30粘度/ (mPa ·s) 1.52 1.53酒精度/% (v/v) 3.39 0.35真正浓度/% (w/w) 2.69 2.67原浓/% (w/w)7.96 3.23外观浓度/% (w/w) 1.59 2.74pH值 4.19 4.17总酸/ (mL·100mL -1)0.88 0.80总还原糖/ (g·100mL -1)0.90 0.87总多酚/ (mg·L -1 )74.62 72.16总蛋白质/(mL·100mL -1)58.07 56.21α-氨基酸态氮/ (mg·L -1)66.52 65双乙酰/ (mg·L -1 )0.072 0.065浙江古越龙山绍兴酒股份有限公司与江南大学生物工程学院合作,对绍兴黄酒进行反渗透膜脱醇的中试表明,酒精度从16%~18%下降为10%~12% (v/v),几乎能保持绍兴黄酒风味和理化指标不变.2 膜过滤在纯生酒酿造中的应用国外从20世纪60年代开始,将膜分离技术用于啤酒过滤除菌生产纯生啤酒,目前已在工业上广泛应用。
国内已经有十几个品牌的纯生啤酒上市,对比同一个啤酒品牌,纯生啤酒的口味比熟啤酒好。
我国啤酒行业协会已经将纯生啤酒列为今后啤酒行业的主要发展方向之一。
与传统啤酒生产过程中的巴氏杀菌方式不同,纯生啤酒采用低温膜过滤除菌,实现了“冷杀菌”,可避免加热过程中造成风味物质及营养成分被破坏,保持了鲜啤酒的新鲜口味。
生产纯生啤酒的微孔过滤膜是用生物稳定性、化学稳定性很强的合成纤维制成,常用的材料有醋酸纤维、聚酯、聚矾、聚丙烯、尼龙66等。
滤膜完全用其表面截流粒子,故具有过滤速度高,化学稳定性好、耐高温、可加热灭菌、可用酸或碱清洗,机械强度高、柔韧性好、可折叠等优点。
生产纯生啤酒采用折叠式筒状薄膜滤芯,它具有表面积大、过滤面积大、流量大的优点。
可按照要求对滤芯进行组合以获得不同流量,多的可为40~50根滤芯。
滤芯的寿命主要取决于过滤啤酒的量及再生情况,一般情况下可于使用前对滤芯进行完整性测试,以防止微生物滋生穿透薄膜而进入清酒。
目前,国内啤酒厂配备的膜过滤系统以Sartorius、Pall和Seitz公司的产品较多[4] 。
膜过滤是纯生啤酒生产的关键性技术,膜过滤后啤酒中的细菌总数关系到最终纯生啤酒的生物稳定性。
膜过滤孔径一般为0.45 μm 。
如此小的孔径能够把酒中的细菌和酵母细胞滤除干净,达到纯生啤酒在一定保质期内的生物稳定性要求。
生产中膜的清洗一般按照下列过程:过滤结束后先用水漂洗,以除去附着在膜上的蛋白质、酒花树脂等杂质,接着按照顺序用热水、热碱、热水、冷水分别冲洗,最后用热水杀菌后排空背压待用。
清洗膜所用水除了保证无菌,还必须保证无杂质、硬度低,防止杂质和热水中的钙盐堵塞膜的微孔。
此外,日本采用低温膜过滤除菌生产出纯生清酒,进Sartorius公司膜过滤设备成功生产纯生黄酒。
此外,日本采用低温膜过滤除菌生产出纯生清酒,深受市场欢迎;3 啤酒酿造中膜过滤代替硅藻土过滤长期以来,啤酒过滤这一过程需通过添加硅藻土来完成的,但啤酒行业希望寻找一种新的绿色环保的方法来取代现有的硅藻土过滤工艺。
啤酒行业已开始实施膜过滤技术在啤酒生产中的应用研究。
在德国已有啤酒厂实现了用膜处理代替硅藻土过滤,中国的珠江啤酒公司也已经成功采用膜过滤技术替代了硅藻土过滤。
膜过滤与硅藻土过滤相比,具有无粉尘、不会产生健康危险、不需要助滤剂、使用更加灵活方便、膜的寿命更长等优点。
由于膜的孔径非常细微,容易控制粒子的通过。
但是膜处理的缺点是易堵塞,需要用化学试剂来清洗膜。
在啤酒过滤时,膜的性能非常重要。
过去一直认为,造成膜堵塞、过滤性能下降的主要原因是β-葡聚糖,事实上,Paul等[5]研究表明阿拉伯木聚糖对黏度和过滤性能的影响不亚于β-葡聚糖。
Stewart和Hawthorne等[6] 也证实啤酒的黏度和膜的过滤性能和阿拉伯木聚糖的含量密切相关,而β-葡聚糖仅与啤酒的黏度有关,与膜的过滤性能无关。
除此之外,蛋白质———单宁复合物、多酚、微生物和微粒物质也对膜过滤有很大的影响。
为了提高过滤性能,可在过滤前添加絮凝剂,除去大分子粒子。
通常添加PVPP (聚乙烯吡咯烷酮)除多酚,用硅胶沉淀除蛋白,有时两者联合使用,操作时关键要有足够的沉淀时间,否则它们对膜的影响比不添加更加糟糕,会有更大的粒子存在于膜系统中。
膜过滤时不同的堵塞导致膜性能下降,从而使渗透量减少。
孔堵塞会增加膜的阻力,而滤饼层的形成产生了新的附加阻力,可以对膜进行反冲洗以减少膜堵塞从而改善其性能。
采用错流膜过滤技术也可减少膜的堵塞。
目前全世界采用错流膜过滤的啤酒厂仅有五六家,且大多数处于生产线试验阶段。
在我国几乎所有的啤酒生产中均采用硅藻土过滤,珠江啤酒集团公司于2003年与国际知名的膜过滤设备制造商——瑞典阿法拉伐公司合作,开展错流膜过滤取代硅藻土过滤技术试验研究,并成功研制出错流膜过滤技术。
采用这一技术后,酒损减少到0.3%。
以珠啤150万kL的产量来看,仅酒损每年便可节约1.8万kL。
4 错流膜过滤提高黄酒非生物稳定性黄酒的非生物混浊沉淀是困扰黄酒行业的老大难问题。
影响黄酒非生物稳定性的因素有蛋白质、多酚、糊精、戊聚糖、焦糖色等。
下胶、冷冻、过滤是目前提高发酵酒非生物稳定性较普遍采用的方法。
下胶效果受下胶温度、澄清剂用量等因素的影响。
由于黄酒生产的特殊性,要控制适当的下胶温度和澄清剂用量有一定难度,因而较难达到满意的效果,使其在黄酒中的应用受到制约。
比较而言,冷冻和过滤效果稳定、操作方便。
膜过滤靠筛分作用截留大于滤膜微孔的微粒和大分子物质,能保证定量截留。
膜过滤分静态过滤和错流过滤。
浙江古越龙山绍兴酒股份有限公司1999年引进M illipore公司0.45 μm静态膜过滤系统,应用于黄酒的终端过滤,取得一定效果,但过滤成本较高;错流过滤能够过滤混浊度较高的液体,其作用方式是液体以切线方向流过膜表面,经过膜表面时产生的剪切力可使沉积在膜表面的混浊颗粒扩散回主体流,从而使膜表面污染层保持在一个较薄的稳定水平,防止出现快速堵塞。
谢广发等[7] 以错流膜过滤装置进行黄酒过滤试验,证明,经孔径0.18 μm膜过滤后,黄酒蛋白质含量下降17.3% ,OD值下降16.0% ,总多酚略有下降,黄酒的非生物稳定性明显提高,且理化指标符合标准要求,保持了黄酒的传统风味。
目前速冻加错流膜过滤已在浙江古越龙山绍兴酒股份有限公司推广应用,效果显著。
并正在与国外公司合作进一步完善黄酒的错流膜过滤系统。
5 葡萄酒除酒石葡萄酒中存在一定浓度的酒石酸盐类,其主要的酒石酸氢钾和酒石酸钙在葡萄酒存放过程中常因各种原因造成溶解度降低,形成沉淀而析出,俗称酒石,影响葡萄酒的稳定性。
酒石酸盐沉淀的预防有冷冻法、离子交换法、加入偏酒石酸法等[8] 。
但是这些方法均具有缺点。
解决此难题的有效方法是反渗透膜分离法。
通过酒石酸氢钾和酒石酸钙在葡萄酒存放过程中常因各种原因造成溶解度降低,形成沉淀而析出,俗称酒石,影响葡萄酒的稳定性。
酒石酸盐沉淀的预防有冷冻法、离子交换法、加入偏酒石酸法等[8] 。
但是这些方法均具有缺点。
解决此难题的有效方法是反渗透膜分离法。
通过反渗透膜分离法使葡萄酒浓缩造成饱和溶液状态,从而加速酒石的结晶而除祛酒石。
采用反渗透膜分离技术,首先将葡萄酒分离成2部分,其中60%为透过液,另外40%为浓缩液。
由于在浓缩液中的酒石呈过饱和状态,因而会加速酒石的结晶而析出沉淀,将酒石分离除去后的浓缩液和60% 的透过液进行混合,就能得到酒石稳定的葡萄酒,再长期放置也不会析出混浊物,有效地提高了葡萄酒的稳定性。
6 展望膜分离技术在酿酒行业中日益显示出其强大的生命力和竞争能力。
不但节能、优质、几乎无污染、不会产生健康危险、不需要助滤剂、使用更加灵活,而且可以生产出高品质的无醇或低醇酒、纯生酒、可以提高酿造酒的非生物稳定性。
但目前,膜技术的发展受到了制约:一是膜产品的价格还是比较高;二是膜污染后的清洗,再者就是膜分离性能还有待进一步提高。
如果这些的问题能得到更好的解决,膜分离技术将会在酿酒行业中发挥更加重要的作用。