超滤在果蔬汁澄清中的应用

出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《软饮料工业手册》第344页（1859字）

超滤在果蔬汁加工中主要用于澄清，这项研究始于20世纪70年代初期，目前已成功用于苹果汁、梨汁、菠萝汁、柑橘汁、葡萄汁、猕猴桃汁、樱桃汁、草莓汁等果汁和番茄、芹菜、冬瓜等蔬菜汁的澄清。

超滤在果汁加工中应用最为广泛的是苹果汁的澄清。采用果胶酶等酶制剂澄清苹果汁，过滤后往往还含有少许胶体物质、蛋白质和单宁，经过加热杀菌或在贮存过程中，常会出现浑浊或沉淀，影响果蔬汁的品质。而且酶法脱胶时间长，需在45～50℃温度下反应，是一种不连续的批量生产方式。而且酶脱胶后还要进行离心分离和硅藻土、薄板过滤等操作。在澄清化过程中往往会引起果蔬汁的变质、褐变和香气散失等现象。

在水果榨汁后，用超滤可以一举取代酶化脱胶、澄清和过滤的工序，大大简化了苹果汁的澄清过程。用超滤取代传统澄清方法的工艺流程参见图2－1－9，利用膜技术澄清果汁的理想目标是用超滤取代果汁澄清中的脱胶工序，一方面使果蔬汁得到澄清，同时被截留的果胶可以进一步提纯利用。可是鉴于现有的技术水平，超滤在果汁加工方面的应用还有一定的限制。为了提高膜的效率，同时提高汁的透过率，增加汁的稳定性，目前普遍采用的生产工艺是用酶法脱胶和超滤澄清相结合的方法。一般在超滤装置前配备一个容积约20m³的循环罐，循环罐同时又是待滤汁的贮罐。苹果初滤榨汁在酶反应罐内于50℃左右温度下反应2～3h，脱胶果汁泵入循环罐内进行超滤，透过膜的清汁送入缓冲罐，并送往蒸发工序进行浓缩，被截留的浑汁由循环泵送回循环罐内，并重新进行超滤，如此循环，罐内汁中的浑浊物的含量不断增加。另一方面，在超滤的同时，不断向循环罐内添加待超滤的新鲜果汁，其添加速度与超滤速率大致相同。在此情况下，从宏观看酶法脱胶与超滤澄清成为一个连续过程，整个操作过程可持续20～24h。当循环罐中的浑浊物达到限定值，即将停止超滤操作以前，向循环罐内加入果汁蒸发时的二次蒸汽的冷凝水，将浑浊物浓度高的果汁稀释，再行超滤，最后再停止超滤操作，这种方法称稀释超滤法。停止操作后将罐内的残液和沉淀的固体渣滓排出罐外，重新开始下一循环的超滤工作。

图2－1－9 超滤法生产苹果浓缩汁的生产工艺流程

超滤系统见图2－1－10，可用于果蔬汁澄清的超滤膜有管式膜、平面膜和空心纤维膜三种类型，常用管式膜组件，截留相对分子质量1～30万。超滤膜材料目前仍以有机膜，例如聚砜为主，但也有用陶瓷和碳材料等制造的无机膜。与有机膜相比，无机膜更耐清洗，并可进行反清洗。陶瓷膜用二氧化锆(ZrO₂)或氧化铝(Al₂O₃)等材料制造，机械强度较高，且耐酸碱，在－180～+300℃温度范围内均很稳定。

图2－1－10 果汁超滤系统图

表2－1－46为使用截留相对分子质量3万的超滤膜时，苹果汁超滤液的分析结果。由表可见，超滤可以在保持其他有用成分的情况下，去除果胶和悬浮固形物微粒，果汁透明度可达0．3NTV。

表2－1－46 苹果汁超滤液的性质

超滤法澄清果汁的成本较传统方法降低1／3，时间仅为硅藻土过滤的1／4。采用超滤法澄清果蔬汁的优点如下：

①果蔬汁产量可提高5%～7%；

②不用硅胶等澄清剂和硅藻土等助滤剂，节省原材料费用；

③与传统法相比，酶制剂用量可节省70%；

④可减少传统法酶反应罐的容量，设备占地面积小；

⑤超滤无相变过程，果蔬汁的营养成分、色泽和原有风味等不受影响，果汁透明度高，贮藏稳定性好。

超滤法用于果蔬汁澄清时，一个主要问题是膜污染，透过膜的通量随操作时间而迅速下降，造成膜污染的主要原因是浓差极化和一些大分子的有机物、悬浮颗粒和杂质等在膜面吸附沉积和堵塞。浓差极化等内容详见水处理膜技术一节。