果膠是從柑桔類及蘋果渣中所提取出來的高分子多糖類，廣泛用于食品工業(yè)，主要作為膠凝劑、增稠劑、乳化劑和穩(wěn)定劑]。所有的地上植物都含有果膠，與纖維素共同維持植物的構(gòu)造。果膠是復(fù)雜的高分子聚合物，分子中含有半乳糖、鼠李糖、阿拉伯糖、葡萄糖、木糖、甘露糖等，某些果膠中還含有少量乙酰基，但基本結(jié)構(gòu)是半乳糖醛酸，以ot一1，4一糖苷鍵聚合形成的聚半乳糖醛酸聚糖J，目前商業(yè)化果膠的生產(chǎn)所利用的原料主要來自檸檬、柑桔類及蘋果，還有向日葵盤、甜菜等。當(dāng)榨完果汁后，殘?jiān)偷焦z制造廠生產(chǎn)果膠。
果膠制造的傳統(tǒng)工藝是在低pH值下以熱水抽取，液渣分離后進(jìn)行濃縮，然后用醇類沉淀，最后進(jìn)行干燥、粉碎制得成品果膠。濃縮一般采用真空濃縮或連續(xù)真空濃縮J，此工藝能耗較高，操作復(fù)雜，而且無法降低果膠提取液中的糖分及低分子雜質(zhì)，對(duì)果膠的品質(zhì)沒有提高。
近年來，國(guó)外已將超濾濃縮等新技術(shù)開始應(yīng)用于果膠生產(chǎn)中J。與真空濃縮相比膜分離濃縮技術(shù)具有能耗低(液體無相變)，操作工藝簡(jiǎn)單，具有選擇性；可去除果膠提取液中的糖分和低聚物，從而提高果膠的品質(zhì)；無需加熱，對(duì)果膠品質(zhì)無損害；設(shè)備維護(hù)方便、簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。
目前使用的分離膜有高聚物膜(有機(jī)膜)和無機(jī)膜，與有機(jī)膜相比，無機(jī)膜具有以下特點(diǎn)：熱穩(wěn)定性好，使用溫度較高；化學(xué)穩(wěn)定性好，pH值適用范圍寬；抗微生物能力強(qiáng)，不與微生物發(fā)生作用；機(jī)械強(qiáng)度大；清潔狀態(tài)好，容易再生和清洗；孔徑分布窄，分離性能好等引。
無機(jī)膜在果膠濃縮中除了可去除果膠提取液中的大部分水分外，還可去除其中的大多數(shù)糖分和低聚物等雜質(zhì)，不僅可以對(duì)提取液進(jìn)行濃縮，還可對(duì)提取液進(jìn)行提純，可提高成品果膠的品質(zhì)。本研究采用國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的陶瓷膜進(jìn)行果膠提取液的濃縮實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)研究了各操作參數(shù)對(duì)濃縮過程的影響，并將膜濃縮成品果膠與真空濃縮成品果膠進(jìn)行了對(duì)比，將果膠生產(chǎn)與膜分離技術(shù)在工業(yè)上的應(yīng)用結(jié)合在一起，為膜技術(shù)在果膠濃縮方面的應(yīng)用提供參考依據(jù)。
1材料與方法
1.1材料與裝置
果膠浸提液(車間浸提工段生產(chǎn))；陶瓷膜實(shí)驗(yàn)機(jī)(國(guó)家海洋局杭州水處理技術(shù)研究開發(fā)中心提供)；陶瓷膜(南京工業(yè)大學(xué)膜科學(xué)研究所和合肥世杰膜工程有限責(zé)任公司提供)；19孔道4多通道膜管，長(zhǎng)500n'ifn。實(shí)驗(yàn)裝置及流程如圖1，過濾面積為0.22m。
1.2操作方法
采用車間精過濾后進(jìn)入真空濃縮前的果膠浸提液，測(cè)定陶瓷膜過濾壓力、溫度、主流液流速、果膠pH值與滲透液流量的關(guān)系，得出合適的操作條件并根據(jù)合適操作條件，用實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行膜濃縮，所得濃縮液與車間真空濃縮液同時(shí)用酒精沉析、洗滌、真空干燥，成品按輕工部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB2484—2000(食品添加劑——果膠》進(jìn)行分析。
2結(jié)果與討論
2.1操作壓力對(duì)濃縮過程的影響
操作壓力對(duì)濃縮過程的影響如圖2。由圖2可知，操作壓力低于0.25MPa時(shí)，滲透液流量隨操作壓力的升高而增大；而當(dāng)操作壓力超過0.25MPa時(shí)，滲透液流量反而隨著壓力的升高而減小，這是因?yàn)檫^濾推動(dòng)力的增大加速了濃差極化，從而增加了過濾阻力，致使?jié)B透液流量減小。因而在實(shí)驗(yàn)中選擇操作壓力在0.25MPa左右。
2.2回流液流量對(duì)濃縮過程的影響
回流液流量對(duì)濃縮過程的影響如圖3。由圖3可知，回流液流量越大，其膜面流速越高，滲透液流量就越大。但回流液流量越大，所需循環(huán)泵的功率就越大。綜合考慮，在實(shí)驗(yàn)中選擇回流液流量為60L／min。
2.3料液溫度對(duì)濃縮過程的影響
溫度越高，溶液粘度越低，傳質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)就越大，膜的濃差極化層就越薄，從而過濾速率越高，膜的滲透通量就越大。但果膠作為一種高分子有機(jī)物，其耐熱性有限，長(zhǎng)時(shí)間高溫會(huì)引起果膠本身結(jié)構(gòu)的破壞，從而影響果膠產(chǎn)品品質(zhì)，因而在實(shí)驗(yàn)中選擇料液溫度為50—70℃較為合適。
2.4料液pH值對(duì)濃縮過程的影響
料液pH值對(duì)濃縮過程的影響如圖4。由圖4可知，料液pH值越大，其過濾速率越大，滲透通量就越大，但果膠在pH值2.5—4.5時(shí)是穩(wěn)定的，當(dāng)pH值>4.5時(shí)，失穩(wěn)現(xiàn)象就會(huì)發(fā)生，半乳糖醛酸主鏈會(huì)解聚，因而在實(shí)驗(yàn)中選擇料液pH值3.5左右。
3兩種濃縮方法制得果膠質(zhì)量的對(duì)比
結(jié)果見表1。由表1可知：使用陶瓷膜濃縮的果膠成品，由于其中大部分的糖分、色素及低分子雜質(zhì)已去除，其灰分、總半乳糖醛酸、膠凝度和透光度等指標(biāo)均大大優(yōu)于真空濃縮成品。
4結(jié)論
4.1使用陶瓷膜對(duì)果膠提取液濃縮是可行的。陶瓷膜作為一種無機(jī)膜材料具有通量大、使用溫度高、易清洗等優(yōu)點(diǎn)，使用陶瓷膜濃縮可降低果膠提取液中的糖分、色素及低分子雜質(zhì)，果膠的品質(zhì)大大提高。
4.2用陶瓷膜對(duì)果膠提取液的濃縮合適的操作參數(shù)為：操作壓力在0.25MPa；回流液流量為60L／min；料液溫度為50—70℃；料液pH值3.5。