膜分离技术在食品发酵工业中的应用策略

杨 宸

（聊城大学东昌学院，山东聊城 252000）

采用膜分离技术进行食品发酵加工的过程中，为充分发挥其技术优势，相关企业和技术人员需要充分明确膜分离技术，分析其在食品发酵工业中的几个主要应用方向，并以此为依据研究其具体的应用策略。通过这样的方式，才可使膜分离技术得以科学应用，从而为食品发酵工业提供科学技术支撑，在提升食品发酵工业生产质量的同时确保食品的质量和安全性。

1 膜分离技术概述

膜分离技术是将分离膜用作组件，从而实现物质浓缩、分离与提纯的一种技术形式。此项技术的主要应用原理是筛分，借助于膜具有的选择透过性，从溶液中分离出一些微粒，但在此过程中，很多因素都在发挥作用，如溶剂、溶质分子会与膜之间发生吸引或排斥作用，溶液和水会优先被膜吸附，同时也包括负分离等很多作用。在膜分离技术的具体应用中，膜组分可按照微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜进行划分[1]。表1为几种主要膜组分的过滤精度及其应用功能。

表1 几种主要膜组分的过滤精度及其应用功能

就目前的膜分离技术来看，已经提出的膜传质和传递模型主要包括微孔扩散模型、溶解扩散模型、吸附控流模型、毛细孔流优先吸附模型、不完全溶解扩散模型和基于热力学的传递模型等。在具体应用中，膜分离技术有很多种类，不同种类的膜分离技术具有不同的作用机理和适用范围，加之膜分离技术具有操作便捷、不需要使用化学物质、常温条件下便可实现等诸多优势，因此在当今的很多工业领域中得到了广泛应用。尤其是在食品发酵工业中，膜分离技术更体现出显著的应用优势。

2 食品发酵工业中的膜分离技术主要应用分析

2.1 柠檬酸发酵工业中的膜分离技术应用

在柠檬酸发酵过程中，传统的生产工艺通常为沉淀法。在具体生产中，通过板框对发酵物进行过滤，以此来获得过滤溶液，再通过石灰与溶液中的柠檬酸发生中和反应，从而实现柠檬酸三钙沉淀物的获取。析出这些沉淀物，通过少量高温水洗涤，再通过浓硫酸使其进一步溶解，这样便获取到柠檬酸溶液。但由于板框不具备足够的过滤精度，因此后续的生产加工质量都会受到不利影响，且会伴随着大量的材料消耗和大量污染的产生。为有效避免这些问题，在柠檬酸发酵工业中，可对不锈钢管式膜加以合理利用，以此有效过滤细菌等各种不溶物质，从而得到澄清的滤液，使后续生产得以顺利有序地进行，避免柠檬酸发酵生产过程中大量材料的浪费，并达到良好的环保效果。不锈钢管式膜是将不锈钢作为支撑的一种二氧化钛过滤膜，其支撑管的主要组成部分是不锈钢粉，将二氧化钛镀在其表面，其耐机械性能和伸缩能力都非常好，具有良好的过滤稳定性，很容易控制[2]。表2为不锈钢管式膜的主要参数。

表2 不锈钢管式膜的主要参数

2.2 味精发酵工业中的膜分离技术应用

在味精的生产过程中，其发酵过程通常是由细菌来完成，但由于细菌直径非常小，因此传统的加工工艺不能将其完全过滤掉，导致细菌存在于发酵液中，这样就会导致味精的结晶率降低，延长其工艺路线，从而消耗更多生产成本。同时，由于味精发酵过程中需要应用大量水资源，带有细菌的废液排放到废水中，便会对环境产生一定程度的污染。为有效解决上述问题，也可将不锈钢管式膜用来进行味精发酵生产工业中的细菌过滤。该种膜的孔径很小，可将细菌完全过滤除去，加之此种膜属于无机膜，对污染具有足够强大的抵抗能力，因此可在有效提升味精结晶率及其纯度的同时避免细菌将废水污染，并有效节约后续工艺的用水量。这对于味精生产企业生产效率的提升和经济效益的保障都具有非常深远的意义，同时也可使其周边的环境效益得到良好保障。

2.3 乳品发酵工业中的膜分离技术应用

在乳品的发酵加工中，通过反渗透超过滤膜分离技术的合理应用，可显著提升其生产成效。在具体应用中，可将反渗透膜和超滤膜用来进行牛乳浓缩以及乳清蛋白回收，这样不仅可提升乳品生产质量，同时也可获取更多乳制品品种。为使膜分离技术在乳品发酵工业中得到良好应用，乳品生产企业与技术人员需要明确乳品中的各种成分分子大小。例如，在牛乳成分中，各种分子大小情况如表3所示。

表3 牛乳成分中的各种分子大小情况

在明确这些成分分子大小及其分子量后，便可根据各种膜组分的过滤功能进行膜的合理选择，从而使膜分离技术在乳品发酵工业中充分地发挥出其应用优势[3]。

2.4 果汁浓缩发酵中的膜分离技术应用

在果汁发酵工业中，膜分离技术也具有非常显著的应用优势。尤其是在果汁浓缩中，反渗透膜更是得到了非常广泛的应用。将反渗透膜和菠萝、梨、苹果等果汁发酵加工工业程序相融合，可大幅提升其生产效率。在果汁发酵加工中，浓缩是一个关键的生产工序，这道生产工序将直接影响果汁的发酵生产效果，并对其产品质量产生直接影响。在传统的果汁发酵工艺中，通常采取蒸发技术进行果汁浓缩，但在高温条件下，果蔬中的热敏性物质以及营养物质都很容易受到不良影响，从而降低浓缩质量。为有效避免此类问题，在果汁发酵工业中，可引入反渗透膜，通过膜分离技术替代传统的蒸发技术，从而使果汁中的有机水溶液或低分子有机物高效分离，从而确保果汁的生产质量。

3 食品发酵工业中的膜分离技术应用策略分析

3.1 膜分离技术在前期除菌灭菌中的应用策略

在食品发酵工业中，生产加工企业和技术人员可将膜分离技术合理应用到前期的除菌灭菌工艺中。①对富氧空气进行除菌处理，在发酵工业中，生产菌的繁殖及其代谢都需要应用到溶解氧，而溶解氧的产生则需要无菌空气。为全面消除富氧空气中各种细菌，可通过气体分离膜达到良好的除菌效果，从而进一步提升空气中的氧浓度，并增加生化反应器内的溶氧系数。②对培养基进行灭菌处理，因动物细胞培养基中的一些激素等物质并不具备良好的热稳定性，如果通过蒸汽法进行灭菌处理，通常并不能收到良好的处理效果，此时，便可引入膜分离技术。该技术能在不加热的情况下从动物细胞培养基中分离出细菌，在达到良好除菌效果的同时进一步降低能源消耗。

3.2 膜分离技术在原材料预处理中的应用策略

在食品的发酵生产过程中，通过膜分离技术的合理应用，可使其原材料达到良好的预处理效果。例如，在干酪生产中，最重要的一个环节就是原料奶的浓缩。在此过程中，生产企业便可利用反渗透膜或超滤膜，通过膜分离技术实现原料奶的高效浓缩，以此来确保干酪产量及其质量。在酸乳生产或乳清发酵的过程中，生产企业也可将反渗透膜分离技术应用于预处理工作中，或借助于超滤膜分离技术提升原料质量，从而为其创造良好的发酵条件。在食品发酵工业中的用水选取上，生产企业可合理利用反渗透膜和超滤膜，以达到良好的水质软化和除菌效果，并通过先进的纳滤膜分离技术进一步脱除水中的离子，显著提升水处理效果[4]。

3.3 膜分离技术在发酵过程控制中的应用策略

在食品发酵工业中，膜分离技术也可用来控制其发酵过程。对于食品发酵而言，产物浓度等各方面的因素都会对其发酵质量产生影响。为避免产物浓度对食品发酵质量的不良影响，生产企业可通过膜分离技术控制整个发酵过程，及时将产物和胞外产物去除，从而降低产物浓度，避免产物和一些菌体对食品发酵的不良影响，确保食品发酵质量。

3.4 膜分离技术在下游处理中的应用策略

食品发酵工业的下游处理是一项比较复杂的工作。就目前来看，其下游处理主要包括3个环节，即产品分离、产品浓缩、产品纯化。为有效确保下游处理工作质量，食品生产企业可在下游处理中合理应用膜分离技术。①可通过超滤膜将悬浮在食品中的蛋白质多糖大分子和悬浮物质去除；②通过超滤膜高效分离有机酸和氨基酸；③根据实际生产情况，合理选择膜分离技术进行下游的提纯和回收处理。这样不仅可显著提升食品发酵的生产质量，同时也可使食品发酵工业导致的环境污染问题得以良好解决。

3.5 膜分离技术在副产物与废水处理中的应用策略

在食品发酵工业中，膜分离技术在其副产物回收和废水处理中也具有非常显著的应用效果。例如，对于乙醇等水解产物，可通过超滤膜和电渗透技术的结合应用来进行分离和回收，对于溶解在废水中的挥发性有机物，可通过膜分离技术与蒸发技术的联合使用进行分离和回收。在废水处理中，通过膜分离技术和蒸发技术的结合，可将其中的异味物质分离、去除，并使其中的可利用物质得到有效回收[5]。通过这样的方式，不仅可显著提升食品发酵工业中的副产物回收效率与资源利用率，同时也可有效减少废水量。

4 结语

综上所述，食品发酵是大多数食品生产加工中的一个重要环节。为有效提升食品发酵加工质量，降低各种能源消耗和污染情况，膜分离技术开始被广泛应用。基于此，相关企业和技术人员一定要充分了解膜分离技术的主要优势及其应用原理，并科学掌握不同的滤膜特征及其功能，从而使其在食品发酵工业中得以良好应用。这对于膜分离技术的应用、食品加工企业经济效益的提升与环境保护等都将起到非常积极的促进作用。