膜分离技术在食品发酵工业中的应用研究

封雪 惠香 吕晓超

摘 要：面对日益增加的市场竞争压力，诸多食品生产企业逐步加大了对先进技术的应用力度，以期提高食品生产的质量与效率。膜分离技术作为一项高新分离技术，具有设备操作简便、处理效率高、节省能量等诸多优势，近年来受到了食品发酵工业领域的广泛青睐。在膜分离过程中，往往会涉及到发酵、酶催化、废水处理等生物转化过程。本文将食品发酵工业生产作为研究对象，分析了膜分离技术在食品发酵工业领域的具体应用，以期为后续研究提供参考。

关键词：膜分离技术;食品发酵工业;应用研究

Application of Membrane Separation Technology in Food Fermentation Industry

FENG Xue， HUI Xiang， LV Xiaochao

（Dalian Product Quality Inspection and Testing Institute Co.， Ltd.， Dalian 116000， China）

Abstract： In the face of increasing market competition pressure， many food production enterprises have gradually increased the application of advanced technology， in order to improve the quality and efficiency of food production. As a high-tech separation technology， membrane separation technology has many advantages， such as simple equipment operation， high treatment efficiency and energy saving. In recent years， it has been widely favored in the field of food fermentation industry.  In the process of membrane separation， fermentation， enzyme catalysis， wastewater treatment and other biological transformation processes are often involved. The food fermentation industry was taken as the research object， and the specific application of membrane separation technology in food fermentation industry were analyzed in this paper， in order to provide reference for subsequent research.

Keywords： membrane separation technology; food fermentation industry; application countermeasures

膜分离技术具有设备操作简便、处理效率高、节省能量等诸多优势，在热敏、物料、无相变等分离过程中发挥了重要作用，且取得了较为明显的成效。通过将膜分离技术应用到食品发酵工业中，可以对分离、浓缩、分级与纯化发酵产品等各个环节进行优化。为了适应时代发展趋势，充分发挥出膜分离技术的应有价值，推动食品发酵工业行业获得稳步健康发展，食品发酵行业正不断加大对膜分离技术的应用研究。

1 膜分离技术概述

膜分离技术在分离双组分或者多组分的溶质与溶剂方面发挥着重要作用。分离过程的顺利进行离不开外界能量位差。在应用膜分离技术时，通常选用高分子薄膜作为膜材料，将溶质与溶剂初步分离作为基础，并在此基础上实现分级提纯，实现溶剂与溶质间的融合。

膜分离的过程可以视作为筛分过程。在筛分环节，往往会受到诸多因素的影响，如溶质、溶剂分子与膜间会同时存在吸引或者排斥现象，水与溶液对膜的优先吸附，或者一些特殊的负分离等作用[1]。

由于膜分离技术的种类具有多样性，且不同膜分离技术的机理和适用范围等也各有不同，因此在应用过程中需要根据实际需求选择最合适的膜分离技术。在应用实践中，由于膜分离可以在常温下进行，整体操作较为便捷，资金投入较低，对环境污染较小，因此在越来越多的生产领域中得到了广泛应用。

2 膜分离技术在食品发酵工业中的优势

（1）膜分离技术的节能效果良好。在食品发酵工业中，传统蒸发法的脱水效果较為显著，被广泛应用。但此方法脱水时间较长，主要表现为通过将水加热，使其变成蒸汽，进而完成蒸发工序，因此能耗较大。通过采用膜分离技术实现脱水操作规避了变相过程，可以大幅度缩减能耗量[2]。

（2）膜分离技术有助于避免原材料中的营养成分流失。食品在加热蒸发过程中，由于温度的不断升高，耐热性差的营养成分会遭受不同程度的破坏。而膜分离技术无需加热，可以在常温下完成脱水操作，避免了食品中的营养成分被大量破坏。因此，将膜分离技术应用到食品发酵中，可以有效保障产品的营养价值。

（3）膜分离技术有助于优化工艺流程，节省操作步骤。对于饮料生产而言，传统的生产环节多采用巴氏杀菌或者添加化学防腐剂等方式，以确保生产的产品符合食品卫生要求。通过科学合理地应用微滤膜技术，可有效替代巴氏杀菌或者化学防腐[3]。例如，在生产果汁的澄清环节，传统方法是在反应中加入适量的酶，并通过过滤或者离心分离操作等完成果汁澄清工作。该环节需要投入大量的时间与精力、占地面积大、投入成本高，影响了食品生产者的生产效益。而通过采用超滤技术澄清果汁，不仅能减少反应缸、泵、压缩机和资金投入，还能从整体上提高果汁产量，增加企业的生产效益。

3 膜分离技术在食品发酵工业中的应用

3.1 富氧空气除菌

溶解氧是生产菌繁殖或者代谢不可或缺的物质，无菌空气有助于溶解氧的产生。气体分离膜可以推动除菌工作顺利进行，并提高空气氧浓度与生化反应器中溶氧系数。

3.2 培养基灭菌

动物细胞培养基存在一些对热不稳定的激素等物质，此时若采用蒸汽灭菌法，往往成效甚微。通过合理引入膜分离技术，无需加热即可以实现除菌功效[4]。将膜分离技术应用在连续发酵工艺中，整体的除菌操作较为简单，能源消耗较小。

3.3 原料预处理操作

浓缩原料奶是干酪生产的重要环节。借助超滤或反渗透技术可以减少运输环节的资金投入，且可以保证干酪生产质量与产量。在使用乳清发酵或者生产酸乳时，生产者可以借助反渗透技术展开预处理操作，或者在超滤澄清技术的支撑下改善原料质量，从而为发酵工作营造良好的条件。在选取食品工业用水时，生产者可以通过超滤除菌技术与反渗透法，高效地完成水软化与除菌操作，通过新兴的纳滤技术可以有效提高水处理操作成效，并提高离子的脱除率。

3.4 合理管控发酵过程

在食品发酵中，发酵生产质量与产量会受到产物浓度等因素的影响。在生产环节，膜生物反应器有助于优化发酵工序。此外，合理应用膜分离技术有利于去除产物或胞外产物，防止菌体或者产物对发酵质量产生负面作用。

3.5 提高下游处理成效

在食品发酵工业中，下游处理工作具有繁杂性，多被细化为产品分离、浓缩与纯化3个环节。在多数食品发酵生产中，往往会应用到超滤膜。借助超滤膜，可以去除食品中的悬浮物及蛋白质多糖类大分子物质。借助液膜技术，可以高效地分离氨基酸与有机酸[5]。此外，膜分离技术在黄原胶、味精等提纯浓缩处理环节中，可以提高产品的纯度与回收率，有效减少了环境污染等问题，提高了产品的生产质量。

3.6 选择性去除产品中的成分

借助微滤操作可以有效去除啤酒中含有的酵母菌，推动生啤生产工作顺利进行。采用反渗透法可以有效把控啤酒或者葡萄酒中的乙醇含量[6]。此外，搭配使用渗透蒸发方法可以将芳香成分回收到一起，从而降低酒精含量，生产出更多符合市场需求的无醇啤酒，或者低度数的葡萄酒。

3.7 推动产品检测工作有序开展

在食品发酵工业中，膜分离技术可以被应用到产品检测环节，提高产品检测结果精准性。在传统的产品检测工作中，所采用的微生物分析方法较为烦琐，且时间具有滞后性[7]。为了满足大规模工业生产所需，通过将膜分离技术应用到产品检测中，可以及时发现产品中的细菌总数与大肠杆菌数，进而提高产品检测结果的精准性与及时性。

3.8 便于副产物回收与废水处理

超滤与电渗透技术可以有效作用于乙醇等物质中的水解产物。通过运用渗透蒸发方法，可以去除废水中挥发性的有机物组分[8]。此外，借助渗透蒸发方式可以有效去除废水中含有的异味物质，并回收废水中可利用的物质。在实际应用中，膜分离技术有助于减少废水量，增加可利用物质的回收效率，进而提高资源利用率。

3.9 连续发酵

近年来，随着膜分离技术的不断进步，有研究者在合理应用膜生物反应系统后，通过连续发酵的方式成功生产出了二羟基丙酮[9]。与间歇式发酵方式相比，连续发酵方式下的二羟基丙酮体积产率可提高2～3倍，且能明显缩短发酵时间。此外，有些生产者将膜生物反应器系统应用到灵芝多糖发酵环节，将积累产物对合成过程的影响降到了最低，并大幅度提高了生产质量与效率。

4 膜分离技术在食品发酵工业中的具体应用体现

4.1 膜分离技术在果汁浓缩中的应用

反渗透技术在果汁浓缩生产中得到了广泛应用。通过将反渗透技术与苹果、梨、菠萝等水果汁加工相融合，能大幅度提高生产成效。浓缩是果汁加工中的重要工序，此项工序的生产质量直接影响到果汁质量。传统果汁浓缩环节常采用蒸发技术，因果蔬的营养物质或者热敏性物质极易受到高温的影响，直接降低了果汁浓缩质量。通过引入膜分离技术中的反渗透技术，有效解决了传统蒸发技术中的不足。将反渗透技术应用到果汁浓缩环节时，便于将分子中的低分子有机物或者有机物水溶液进行高效分离。

4.2 膜分离技术在乳品工业生产中的应用

在乳品工业生产中，通过合理应用反渗透超过滤技术，可大幅度提高乳品生产成效。依托反渗透与超过滤技术可高效浓缩牛乳、回收乳清蛋白。在牛乳与乳品加工中，借助超过滤法可从干酪乳清中高效回收乳清蛋白以及浓缩脱脂牛乳。大量的生产实践表明，科学合理应用膜分离技术，可以获取更多的乳制品品种，进而提高产品的生产质量。

5 结语

膜分离技术的价值已得到了食品生产行业的广泛认可。大量的应用实践表明，膜分离技术的先进性使其在产品结构调整、能源节约、污染防治等诸多方面发挥出了重要作用。尤其在食品发酵工业中，下游工程在此项技术的支撑下，获得了良好的发展。与此同时，生物膜与膜反应器在生物反应中也发挥出良好的应用成效。尽管膜分离技术在应用中存在着些许不足，但是其固有的优势，使其整体的应用范围呈现出逐步扩大的趋势。尤其是随着制膜分离技术的不断发展及材质范围的不断扩大，膜分离技术仍然具有良好的应用前景。本文从富氧空气除菌、培养基灭菌、原料预处理操作及发酵过程管控等几个方面分析了膜分离技术在食品发酵工业中的具体应用，希望相关工作者可以从中得到一定的启发或者帮助，并以此推动我国食品发酵工业获得有序、持续性发展。

参考文献

[1]陈龙祥，由涛，张庆文，等.膜分离技术在发酵及食品工业中的应用[J].中国酿造，2009（3）：1-4.

[2]罗世龙，张中，韩坤坤，等.膜分离技术在食品工业中的应用研究进展[J].安徽农业科学，2021，49（6）：43-45.

[3]贺颖，吴添伟，金泽彬，等.微生物发酵技术在食品领域中的应用[J].吉林医药学院学报，2021，42（6）：453-455.

[4]韦剑思，林莹，韦剑欢，等.发酵乳制品及其保鲜技术的研究进展[J].轻工科技，2021，37（10）：12-15.

[5]陈震，苗馨，孔明慧，等.发酵工程技术在食品添加剂领域的创新应用[J].中国调味品，2021，46（5）：189-192.

[6]马骊.高职院校食质量与安全专业思想政治教育创新研究：评《食品质量与安全专业教学法》[J].粮食与油脂，2022，35（3）：166.

[7]王志威，侯博.基于支付意愿的安全食品消费需求评估方法简述[J].河南科技学院学报，2022，42（3）：15-22.

[8]杨晓波，吴晓露.食品安全信息公开风险反向评估模式研究[J].浙江学刊，2022（2）：68-76.

[9]覃剛.对《食品安全法》规定的十倍惩罚性赔偿金的理解[J].长江蔬菜，2022（4）：5-6.