摘要：膜技术在果汁生产中得到了越来越广泛的应用。本文就膜技术的原理、各种分离方法的应用情况及存在的问题进行了介绍。
关键词：果汁；膜技术；超滤；反渗透
Application of membrane techniques in fruit juices production
Abstract: The membrane technique has widely applied in the fruit juices production. The principles and some applications of these techniques, such as Ultra filtration (UF), Reverse osmosis (RO), are summed in this article. And some problems existed are also mentioned.
Key words: fruit juices; membrane; ultra filtration; reverse osmosis
果汁是由优质的新鲜水果制得的汁液，其风味佳美、营养丰富，深受广大消费者的喜爱。但在传统的加工中，尤其是多级真空蒸发方法浓缩果汁，能耗和生产成本高，风味物质和营养物质（尤其是维生素类和芳香类）损失严重，降低了果汁的商品及营养价值。然而，随着膜分离技术的发展，逐渐克服了传统加工工艺中的缺陷，成为用于食品加工业中的新兴技术。
近几十年来，膜分离技术的工业化应用迅速发展，应用领域越来越广，其部分应用见表一[1]：
表一 膜分离技术部分应用
食品与饮料 环保与水处理 生物发酵与制药业
乳品除菌与浓缩 纯水制备 中草药与植物提取
果汁浓缩与澄清 废水回收处理 抗生素浓缩与纯化
啤酒纯化 海水淡化 发酵液分离与澄清
糖精制 地表水脱盐 氨基酸提取与分离
酱油脱色
膜分离原理
膜分离技术是以高分子分离膜为代表的一种新型的流体分离单元操作技术，是一种使用半透膜的分离方法，是在常温下以膜两侧的压力差或电位差为动力，对双组分或多组分溶质和溶剂进行分离、浓缩、纯化和分级的方法[2]。膜分离种类较多，如超滤（UF）、反渗透（RO）、渗透气化（PV）等，具体机理各不相同，适用范围也不一样，各自具有不同的优缺点。其中，UF、RO膜技术是以压力为驱动力，通过功能性半透膜对液相物质进行浓缩、纯化的分离技术；PV是通过高分子非多孔膜的两侧组分的蒸气分压差使液体混合物部分气化，进行选择性分离的膜分离过程[3]。
2.膜分离技术在饮料工业的应用
对高品质的食物和饮料的需求使膜分离技术成为如今最流行的分离技术。先进的制造业使市面上销售的膜产品的孔径日渐缩小，表现出更为出色的分离特性[4]。由于膜分离技术具备节约能源、不需要加热、食品的色泽变化小等优点，其应用于果汁加工具有传统工艺无法比拟的优点。图1[3]为膜分离技术加工果汁的基本工艺流程：
图1 膜分离技术果汁加工的基本工艺流程
2.1 超滤（UF）澄清果汁
澄清是果汁生产的首要环节。自1977年Heatherbell等人成功运用超滤技术制得了稳定的苹果澄清汁后，超滤技术在果汁澄清、除菌和浓缩中的研究与应用发展很快。
在果汁超滤过程中，涉及膜分离效益及其去污的问题。P. Rai[5]等人通过一系列阻力模型对mosambi果汁超滤过程中流量的降低进行量化研究。阻力对溶液流通量的作用体现在四个方面：膜压力、吸附、孔堵塞和污垢阻力。设定跨膜压力在276-552kPa及Reynolds值在(1.4-2.1)×105，实验得到，吸附阻力是膜压力阻力的60％；孔堵塞阻力在较高的Reynolds值时与膜阻力相当，在较低Reynolds值时是膜阻力的四倍；污垢阻力是膜阻力的六到十倍。
故在果汁澄清过程中，需要综合考虑其工艺条件。据报道[3]，澄清柑桔汁的UF工艺为：操作压力0.2MPa、温度40℃、流速1m/s，经UF分离后柑桔汁的透过率为82.04%，其中总糖、总酸、Vc的透过率分别达到98.65%、95.06%和88.50%；澄清山楂汁的UF工艺为：采用一级一段循环式流程，物料温度为50℃、操作压力为0.4MPa、主流液速度为2m/s，常用的UF膜有美国KOCH膜系统公司生产的型号为HFM- 180、MWCO为1.8万的管式聚砜膜组件，以及丹麦DDS公司生产的UF- 1膜，其单程的澄清率可达96%-98%，双程可达98%-99%。另外，番茄浆也用UF制得，其与用真空加热浓缩制得的番茄浆相比稠度高、色泽好、酸度低、香气浓、风味好，还能将优良性质长久保存[6]。
2.2 反渗透（RO）浓缩果汁
果汁经澄清后还需进行浓缩。RO浓缩果汁具有较好地保存果汁风味和营养成分、降低能耗和操作简单等优点。
据报道[3]，苹果汁的浓缩采用醋酸纤维（CA）膜管式RO装置，可达到25°Brix；柑桔汁的浓缩采用丹麦DDS公司生产的RO-1（型号HR98）膜，操作压力为4.5MPa、温度40℃、流速1m/s时，RO浓缩的柑桔汁可达到23°Brix，其VC、氨基酸及香气成分可以很好地保留；山楂汁的浓缩工艺为：操作条件压力4.5MPa、平均水通量23.7L/m2.h，果汁可浓缩到20°Brix；葡萄汁的浓缩选用丹麦DDS公司生产的HR-30和ACM-2型两种RO膜均能取得较好效果，操作温度35℃、操作压力5MPa，循环流量为300L/h时，对花青素的截留率可达99.5%；Bottino[6]等采用集成膜技术对番茄汁(浆)进行浓缩，第1 级采用陶瓷微滤膜进行过滤，陶瓷膜的孔径为0.2Lm。经过微滤过滤的澄清番茄汁再由反渗透膜进行浓缩，用渗透通量约为20L/m2。h的速率将番茄汁浓缩到糖度为14%- 15%。
2.3 渗透气化（PV）回收芳香成分
RO能很好地浓缩果汁，但其浓缩汁的浓度尚远低于目标浓缩汁的浓度，因此还需蒸发浓缩。
苹果汁中芳香物的回收可以采用PV膜回收芳香物工艺，然后将苹果汁进行蒸发浓缩直到苹果汁浓度达72°Brix[3]；柑桔汁芳香成分的回收采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）中空纤维膜，PV工艺能将液体中芳香成分浓缩到渗透蒸汽的8%（w/w）[3]。
2.4 其它工艺在饮料生产中的应用
Saleh. Zaid [7]等运用MWCO为1和0.25KDa的螺旋卷式膜从苹果汁的糖里纳滤（NF）分离出酚类化合物，分离出的酚类化合物可以做为抗氧化剂加入食品和饮料中，以增加其保健功能。实验证明膜分离技术可作为一种潜在的、低能耗的新技术从果汁中分离出酚类化合物，以作为食品添加剂。
Takacs. Laszlo[8]等采用全蒸发法降低Tokaji Harslevelu酒中的酒精含量。