膜技术在血橙汁加工和手性蛋氨酸分离中的应用研究

【摘要】：本文以血橙汁、猕猴桃汁、胡萝卜汁为原料,利用现代膜分离技术(超滤、反渗透、膜蒸馏、渗透蒸馏)对上述果蔬汁进行了澄清和浓缩实验研究,分析了不同操作条件对膜渗透通量的影响,探讨了膜清洗再生方法,并考察了不同膜过程对果蔬汁营养成分和总抗氧化能力的影响;以膜基提取(membrane-based extraction)方法为基础,首次采用手性冠醚为手性选择剂,对蛋氨酸外消旋体混合物进行拆分,主要结果如下: (1)聚偏氟乙烯膜(PVDF)对血橙汁澄清效果良好,对糖、酸截留较低,吸光率小于4%,管式组件抗污染能力强,适用于固形物含量高、粘度大的柑桔汁种类;按照总循环模式对跨膜压力、轴向流速和温度对膜透过速率的影响进行了实验研究。结果发现,透过速率随跨膜压力或轴向流速的增加而增加,在进料流速一定时,透过速率开始随跨膜压力增大而增加到85kPa到一个极限值临界压力TMPlim,在固定跨膜压力的情况下,透过速率随进料流速的增加而增大。由于凝胶层的形成,透过速率随时间的延长,体积浓缩比的增加而减小。相同条件下PVDF膜澄清胡萝卜汁的渗透速率大于血橙汁和猕猴桃汁。以批次浓缩方式澄清血橙汁的最佳操作参数为压强=85kPa,温度=20℃,进料速率=800 L/h。澄清胡萝卜汁最佳操作参数为压强=85kPa,温度=25℃,进料速率=800 L/h。澄清猕猴桃汁最佳操作参数为压强=85kPa,温度=25℃,进料速率=800 L/h。超滤膜在保留血橙汁抗氧化成分方面,对维生素C和花青素类成分的保存率约为85%左右,对几种酚酸及类黄酮组分(除槲皮素外)的保存率均在90%以上。同未杀菌的血橙原汁相比,巴氏杀菌汁的TAA损失率为23%,而超滤澄清汁仅为10%左右,主要与维生素C和花青素损失有关。 (2)反渗透浓缩血橙澄清汁的适宜条件为T=20°C,TMP=3.5MPa,血橙澄清汁从12.4°Brix浓缩到浓度为21.4°Brix后,平均渗透通量为5.0L/m~2.h。反渗透浓缩胡萝卜澄清汁的适宜条件为T=20°C;TMP=2.5MPa。胡萝卜澄清汁从6.3°Brix浓缩到浓度为13.6°Brix,平均渗透通量为8.0L/m~2.h后,其浓缩果汁色泽和风味均保持良好,因此可用反渗透法预浓缩果汁,先除去大部份水,然后再用膜蒸馏或渗透蒸馏法进一步浓缩到60°Brix以上。污染膜经自来水冲洗30min,再在40℃和跨膜压力0.5 MPa的条件下,用0.1%NaOH循环清洗60min,清水冲洗后膜通量基本得到恢复。 (3)采用平板疏水性PVDF微孔膜,对膜蒸馏法浓缩甜橙汁的可行性及工艺过程特性进行了研究。结果表明,该法浓缩橙汁是可行的,尤其在浓缩倍数高的情况下,膜通量透速率显著高于反渗透过程。从过程机理来看,膜通量随膜两侧温度差的增大呈指数规律上升;在温度差相同的情况下,膜通量随热侧温度的升高呈线性规律上升。此外,提高热侧果汁和冷水侧的进料速率,可提高物料剪切力,使传质系数增大,增大膜通量;而随着果汁浓缩度的提高,膜通量下降。导致膜通量下降的主要原因是果汁粘度增大和蒸汽压下降。超滤处理果汁能增大膜蒸馏通量,这可能是超滤降低或除去了果胶等物质,因而降低果汁粘度(原汁相对粘度为1.92,