[科普中國]-過濾除菌

原理

過濾除菌的原理有慣性撞擊截留作用、攔截截留作用、布朗擴(kuò)散截留作用等。

慣性撞擊截留作用當(dāng)含有微生物顆粒的空氣通過濾層時，空氣流僅能從纖維間的間隙通過，由于纖維縱橫交錯，層層疊疊，迫使空氣流不斷改變運動方向和速度。由于微生物顆粒的慣性大于空氣，因而當(dāng)空氣流遇阻而繞道前進(jìn)時，微生物顆粒未能及時改變它的運動方向，而撞擊并被截留于纖維的表面。

攔截截留作用當(dāng)空氣通過過濾層的氣速較低時，慣性撞擊截留作用作用很小，攔截截留作用起主要作用。當(dāng)微粒直徑小、質(zhì)量輕，它隨氣流運動慢慢靠近纖維時，微粒所在主導(dǎo)氣流流線受纖維所阻改變流動方向，繞過纖維前進(jìn)，并在纖維的周圍形成一層邊界滯留區(qū)，滯留區(qū)的氣流流速更慢，進(jìn)到滯留區(qū)的微粒慢慢靠近和接觸纖維而被黏附截留。攔截截留的截留效率與氣流的雷諾準(zhǔn)數(shù)和微粒同纖維的直徑比有關(guān)。

布朗擴(kuò)散截留作用當(dāng)空氣通過過濾層時，直徑很小的微粒在緩慢流動的氣流中，會有明顯的布朗運動，促使微粒和纖維接觸和被捕集。這種作用在較大的氣速、較大的纖維間隙中不起作用，因為此時布朗運動不明顯。

過濾除菌法在食品工業(yè)中應(yīng)用的優(yōu)勢與食品工業(yè)中應(yīng)用的其它滅菌方法相比較,過濾除菌法具有如下顯著的優(yōu)勢 :

有效保持產(chǎn)品的色香味和營養(yǎng)成分過濾除菌過程是在常溫下進(jìn)行, 因而特別適用于對熱敏感的物質(zhì), 如啤酒、牛奶、果汁飲料等;同時過濾分離工藝中物料是在閉合回路中運轉(zhuǎn),這樣減少了空氣中氧的影響,而熱和氧都對食品加工影響很大;物料在通過過濾膜的遷移過程中也不會發(fā)生性質(zhì)的改變;過濾分離過程屬于冷法殺菌,代替?zhèn)鹘y(tǒng)的需要加熱的巴氏殺菌工藝;所以可以盡可能地不改變產(chǎn)品的原汁原味,從而有效地保持了產(chǎn)品的色香味和營養(yǎng)成分。

節(jié)約能源和綠色環(huán)保效果明顯過濾除菌過程不發(fā)生相變化，具有冷殺菌的優(yōu)勢, 與發(fā)生相變的分離方法相比較, 能源消 耗低，并且采用清潔能源電力，“工業(yè)三廢”(指工業(yè)生產(chǎn)所排放的廢水、廢氣、固體廢棄物)減少,因此節(jié)約能源和綠色環(huán)保效果明顯。

簡化操作流程和應(yīng)用范圍廣過濾除菌分離過程工藝操作相對簡單,容易實現(xiàn)自動化控制,裝置占地面積也少, 設(shè)備維修 方便，裝置壽命長，與巴氏殺菌相比較，簡化了操作流程。同時應(yīng)用的范圍很廣泛。1

過濾除菌法在食品工業(yè)中的應(yīng)用酒類生產(chǎn)中的應(yīng)用1.純生啤酒的過濾除菌

純生啤酒的生產(chǎn)不經(jīng)過高溫殺菌，采用無菌過濾法濾除酵母菌、雜菌,使啤酒避免受到熱損傷,保持了原有的新鮮口味,最后一道工序采用嚴(yán)格的無菌灌裝,避免了二次污染,保質(zhì)期一般可達(dá)180天。純生啤酒與一般的生啤酒有區(qū)別, 一般的生啤酒雖然也沒有經(jīng)過高溫殺菌, 但它采用的是硅藻土過濾機(jī),只能濾掉酵母菌,而雜菌不能被濾掉,因此一般的生啤酒保質(zhì)期一般在3-7天。無菌過濾法是目前常用的冷殺菌法，經(jīng)硅藻土過濾機(jī)和精濾機(jī)過濾后的啤酒,再進(jìn)入無菌過濾組合系統(tǒng)過濾,包括復(fù)式深層無菌過濾系統(tǒng)和膜式無菌過濾系統(tǒng)。經(jīng)過無菌過濾后,要求能基本除去酵母和其他所有微生物營養(yǎng)細(xì)胞。

2.黃酒的過濾除菌

由于黃酒是一種非蒸餾酒，未經(jīng)處理的原酒中含有大量的渾濁物、膠體物、細(xì)菌及其它微生物。為提高黃酒的品質(zhì),延長存放時間,必須對黃酒進(jìn)行過濾滅菌后方可投入市場銷售。采用過濾除菌法替代傳統(tǒng)的蒸汽滅菌法,由于在較低溫度下即可出去大腸桿菌及其它雜菌、懸浮雜質(zhì),對降低原材料消耗和生產(chǎn)成本,提高黃酒的品質(zhì)有著重要的作用。

3.白酒、葡萄酒等其它果酒的過濾除菌

用無機(jī)膜對白酒、葡萄酒等其它果酒進(jìn)行過濾除菌,經(jīng)過濾后不僅可以有效去除微生物,而且可以明顯提高產(chǎn)品的澄清度,保持產(chǎn)品的色、香、味,提高產(chǎn)品的保存期。

調(diào)味品生產(chǎn)中的應(yīng)用1. 醬油的過濾除菌

由于醬油的生產(chǎn)過程多數(shù)暴露在自然空間,在原料發(fā)酵分解過程中,伴隨著多種微生物的生長繁殖,如細(xì)菌類、放線菌類、酵母菌類等微生物。這些菌類的存在,不但影響著酶的正常分解作用, 而且產(chǎn)生一些異樣氣味及現(xiàn)象,致使醬油發(fā)生變味、甚至變質(zhì)。在醬油生產(chǎn)出來后,及時地將這些雜菌殺死或除去,以保證醬油質(zhì)量不變,顯得至關(guān)重要。通過醬油的生產(chǎn)實踐可知,在過濾除菌法中使用不大于0.5μm的過濾膜便可把醬油中的雜菌完全除去。

2. 醋的過濾除菌

液態(tài)由稀醇生產(chǎn)醋的發(fā)酵過程中，由于黑色桿菌的存在導(dǎo)致液體產(chǎn)品的渾濁,通常采用無機(jī)膜及氧化鋯連續(xù)的錯流過濾可以去除濃縮物中的黑色桿菌,使液體產(chǎn)品得到澄清,并可以除去細(xì)菌。

牛奶的過濾除菌陶瓷膜在脫脂牛奶的除菌和牛奶的濃縮方面有很好的應(yīng)用前景。2

果汁飲料的過濾除菌20世紀(jì)80年代初,無機(jī)膜過濾除菌技術(shù)就在法國果汁行業(yè)得到廣泛應(yīng)用,主要是除去很容易引起果汁變質(zhì)的細(xì)菌、果膠及粗蛋白質(zhì),而且過濾果汁品質(zhì)優(yōu)良,比巴氏殺菌生產(chǎn)的果汁更具有芳香味。

水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用超濾技術(shù)在水處理領(lǐng)域主要應(yīng)用在飲用水深度處理、地表水處理、海水淡化、中水回用等方面。飲用水的質(zhì)量直接影響著人們的健康, 超濾技術(shù)能有效去除水中的懸浮物、細(xì)菌、病毒、重金屬、氟化物、氯化物、消毒副產(chǎn)物和農(nóng)藥殘留物等都可能對健康構(gòu)成威脅的物質(zhì),具有占地面積小、處理效率高等特點。3

空氣的過濾除菌使用過濾法去除空氣中的微生物是一種比較簡易的空氣消毒方法。雖然經(jīng)過濾空氣尚不易達(dá)列完全滅菌,但由過濾處理中一般不使用熱力和消毒劑,因此為人們所樂于接受。門前該法已普遍用于建筑物均通風(fēng)、個人防護(hù)和生物制品工業(yè)中。4