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石灰法制糖清汁陶瓷膜超滤净化技术在制糖工业中应用

据食品科学杂志微信公众平台2019年3月15日讯 随着社会发展以及科学技术的不断进步,膜过滤这一高效、环保的物理分离技术引起了从事制糖人士的广泛关注。基于膜分离(膜过滤)技术在水处理、发酵、食品、医药、化工等众多领域的出色表现,使得其具有引发未来糖业***的潜能。相比于有机聚合膜,无机膜具有耐高温(甘蔗汁含有丰富的糖类化合物、氮源、碳源、无机盐等,且浓度适中,较适合微生物生长,极易染菌变质,适合在高温的条件下处理)、通量大、使用寿命长、耐污染、易再生、耐腐蚀、化学稳定性强等优势,因而更适合甘蔗汁的过滤澄清。
  为进一步提高石灰法制糖清汁的品质,研究采用孔径为0.04μm的陶瓷超滤膜处理从石灰法制糖沉降池出来的清汁,考察膜过滤过程渗透通量的大小及其对甘蔗汁的澄清效果,并采用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线能谱仪(EDX)及傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)研究陶瓷膜过滤甘蔗汁时膜污染的形成以及膜污染物的成分,从而开发有效可行的膜清洗方案再生污染膜的性能。广西大学轻工与食品工程学院的李文、谢彩锋、雷福厚等人对促进传统石灰法制糖工艺的升级换代有着重要意义,使得到的高品质原糖不仅可以作为一种可食用的原生态糖销售,而且回溶生产精制糖时,还可以去除或简化回溶糖浆的澄清工艺流程、节约生产成本。
  1、膜渗透通量
  陶瓷膜过滤甘蔗汁(石灰法清汁)能获得较大的膜渗透通量,过滤30h后,陶瓷膜的渗透通量从350.6L/(m2·h)衰减至160.2L/(m2·h),平均通量为177.8L/(m2·h),能满足工业化生产的需求。在过滤的初始阶段,膜渗透通量衰减迅速是因为此时膜相对洁净,污染物易在膜表面迅速累积形成滤饼层也易进入膜层内部被网络所致,当过滤2~6h后,污染物逐步在膜表面形成稳定的滤饼层,同时也进一步阻止污染物进入膜层内部,膜渗透通量便开始缓慢衰减。
  2、澄清效果
  石灰法清汁经陶瓷超滤膜处理后品质得到进一步提升,简纯度可提高2.01个单位,色值去除率为20.20%,澄清度从79.18%提升至99.98%,并且过滤前后甘蔗汁中的转光度无显著差异,表明陶瓷膜不会截留甘蔗汁中的蔗糖分子或对蔗糖分子的截留率极低。
  3、污染膜表面微观结构与膜表面成分分析
  虽然陶瓷膜已经在适合的操作条件下运行,但是由于膜污染的存在,导致陶瓷膜过滤甘蔗汁的渗透通量不断衰减。膜污染是膜分离技术在工业应用中不可避免的关键问题,通过降低膜过滤的渗透通量,从而影响膜过滤的效率和降低膜成套系统的处理量。
  4、膜清洗效果分析
  清洗方法效果分析
  结果可知,NaOH和NaClO混合溶液对膜通量的恢复效果明显,而采用工业净水冲洗及HNO3溶液清洗对膜通量的恢复贡献要小得多。这也从侧面反映了膜污染物的主要成分为有机物。各清洗阶段完成后,膜通量恢复率高达98.6%,表明本研究建立的膜清洗方法可有效再生污染膜的性能。
  验证实验结果
  在考察陶瓷膜清洗方法重复性时,共进行21轮实验,污染膜通量恢复率为95.5~100.3%,平均通量恢复率为97.3%,表明本研究建立的膜清洗方法具有良好的重复性,适合工业化应用。实验出现通量恢复率大于100%的情况主要是由于实验误差所致。
  结论
  以孔径为0.04 μm的陶瓷超滤膜处理石灰法制糖的甘蔗澄清汁,在跨膜压差为0.45~0.50MPa、膜面流速为4.0~4.5m/s及过滤温度为75~97℃的条件下过滤甘蔗汁30h,膜渗透通量从350.6 L/(m2·h)衰减至160.2 L/(m2·h),平均通量为177.8 L/(m2·h),能满足工业化生产的需求。
  甘蔗汁经陶瓷膜过滤后品质被进一步提升,简纯度可提高2.01 个单位,色素去除率为20.20%,澄清度从79.18%提升至99.98%,并且过滤前后甘蔗汁中的转光度无显著差异,表明陶瓷膜不会截留甘蔗汁中的蔗糖分子或对蔗糖分子的截留率极低。
  研究膜污染形成发现,陶瓷膜过滤甘蔗汁会在膜表面形成一层污染层,膜污染物的主要成分为有机物(如多糖、蛋白质、酯类及酚类等物质),同时还含有少量的Na、Mg、Al、Si、P、Cl、K、Ca及Fe等无机成分。
  污染膜依次采用工业净水、1% NaOH-0.5% NaClO混合溶液、0.5% HNO3溶液清洗,膜通量恢复率均高于95.5%,重复性较好,是一种有效的膜清洗方法。
 。ū疚摹短沾赡こ司换曳ㄖ铺乔逯防醋杂凇妒称房蒲А2019年40卷2期252-258页,作者:李文、朱瓌之、漆虹、曲睿晶、谢彩锋、雷福厚、李凯。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20180111-145)

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