石灰法制糖清汁陶瓷膜超濾凈化技術在制糖工業(yè)中應用
隨著社會發(fā)展以及科學技術的不斷進步，膜過濾這一高效、環(huán)保的物理分離技術引起了從事制糖人士的廣泛關注。基于膜分離（膜過濾）技術在水處理、發(fā)酵、食品、醫(yī)藥、化工等眾多領域的表現(xiàn)，使得其具有引發(fā)未來糖業(yè)革命的潛能。相比于有機聚合膜，無機膜具有耐高溫（甘蔗汁含有豐富的糖類化合物、氮源、碳源、無機鹽等，且濃度適中，較適合微生物生長，極易染菌變質(zhì)，適合在高溫的條件下處理）、通量大、使用壽命長、耐污染、易再生、耐腐蝕、化學穩(wěn)定性強等優(yōu)勢，因而更適合甘蔗汁的過濾澄清。
為進一步提高石灰法制糖清汁的品質(zhì)，研究采用孔徑為0.04μm的陶瓷超濾膜處理從石灰法制糖沉降池出來的清汁，考察膜過濾過程滲透通量的大小及其對甘蔗汁的澄清效果，并采用掃描電子顯微鏡（SEM）、X-射線能譜儀（EDX）及傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）研究陶瓷膜過濾甘蔗汁時膜污染的形成以及膜污染物的成分，從而開發(fā)有效可行的膜清洗方案再生污染膜的性能。廣西大學輕工與食品工程學院的李文、謝彩鋒、雷福厚等人對促進傳統(tǒng)石灰法制糖工藝的升級換代有著重要意義，使得到的高原糖不僅可以作為一種可食用的原生態(tài)糖銷售，而且回溶生產(chǎn)精制糖時，還可以去除或簡化回溶糖漿的澄清工藝流程、節(jié)約生產(chǎn)成本。
1、膜滲透通量
陶瓷膜過濾甘蔗汁（石灰法清汁）能獲得較大的膜滲透通量，過濾30h后，陶瓷膜的滲透通量從350.6L/（m2·h）衰減至160.2L/（m2·h），平均通量為177.8L/（m2·h），能滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需求。在過濾的初始階段，膜滲透通量衰減迅速是因為此時膜相對潔凈，污染物易在膜表面迅速累積形成濾餅層也易進入膜層內(nèi)部被網(wǎng)絡所致，當過濾2～6h后，污染物逐步在膜表面形成穩(wěn)定的濾餅層，同時也進一步阻止污染物進入膜層內(nèi)部，膜滲透通量便開始緩慢衰減。
2、澄清效果
石灰法清汁經(jīng)陶瓷超濾膜處理后品質(zhì)得到進一步提升，簡純度可提高2.01個單位，色值去除率為20.20%，澄清度從79.18%提升至99.98%，并且過濾前后甘蔗汁中的轉(zhuǎn)光度無顯著差異，表明陶瓷膜不會截留甘蔗汁中的蔗糖分子或?qū)φ崽欠肿拥慕亓袈实汀?br />
3、污染膜表面微觀結(jié)構(gòu)與膜表面成分分析
雖然陶瓷膜已經(jīng)在適合的操作條件下運行，但是由于膜污染的存在，導致陶瓷膜過濾甘蔗汁的滲透通量不斷衰減。膜污染是膜分離技術在工業(yè)應用中不可避免的關鍵問題，通過降低膜過濾的滲透通量，從而影響膜過濾的效率和降低膜成套系統(tǒng)的處理量。
4、膜清洗效果分析
清洗方法效果分析
結(jié)果可知，NaOH和NaClO混合溶液對膜通量的恢復效果明顯，而采用工業(yè)凈水沖洗及HNO3溶液清洗對膜通量的恢復貢獻要小得多。這也從側(cè)面反映了膜污染物的主要成分為有機物。各清洗階段完成后，膜通量恢復率高達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。
驗證實驗結(jié)果
在考察陶瓷膜清洗方法重復性時，共進行21輪實驗，污染膜通量恢復率為95.5～100.3%，平均通量恢復率為97.3%，表明本研究建立的膜清洗方法具有良好的重復性，適合工業(yè)化應用。實驗出現(xiàn)通量恢復率大于100%的情況主要是由于實驗誤差所致。
結(jié)論
以孔徑為0.04μm的陶瓷超濾膜處理石灰法制糖的甘蔗澄清汁，在跨膜壓差為0.45～0.50MPa、膜面流速為4.0～4.5m/s及過濾溫度為75～97℃的條件下過濾甘蔗汁30h，膜滲透通量從350.6L/（m2·h）衰減至160.2L/（m2·h），平均通量為177.8L/（m2·h），能滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需求。
甘蔗汁經(jīng)陶瓷膜過濾后品質(zhì)被進一步提升，簡純度可提高2.01個單位，色素去除率為20.20%，澄清度從79.18%提升至99.98%，并且過濾前后甘蔗汁中的轉(zhuǎn)光度無顯著差異，表明陶瓷膜不會截留甘蔗汁中的蔗糖分子或?qū)φ崽欠肿拥慕亓袈实汀?br />
研究膜污染形成發(fā)現(xiàn)，陶瓷膜過濾甘蔗汁會在膜表面形成一層污染層，膜污染物的主要成分為有機物（如多糖、蛋白質(zhì)、酯類及酚類等物質(zhì)），同時還含有少量的Na、Mg、Al、Si、P、Cl、K、Ca及Fe等無機成分。
污染膜依次采用工業(yè)凈水、1%NaOH-0.5%NaClO混合溶液、0.5%HNO3溶液清洗，膜通量恢復率均高于95.5%，重復性較好，是一種有效的膜清洗方法。
（本文《陶瓷膜超濾凈化石灰法制糖清汁》來自于《食品科學》2019年40卷2期252-258頁，作者：李文、朱瓌之、漆虹、曲睿晶、謝彩鋒、雷福厚、李凱。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20180111-145）
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