浅析双极膜在食品工业领域中的应用

张雯雯+++王艳晓+++许明先

摘 要：双极膜应用作为食品工业领域发展过程的重中之重，是一个必不可少的关键环节，直接关系到食品加工生产的环保节能性，能够保障企业在最低成本下创造出最大的经济效益。因此，食品工业企业要高效发挥出双极膜的作用，充分利用水解离、电渗析等先进工业技术，推动食品工业领域稳定持续的发展，实现社会经济与生态环境的共同进步发展。

关键词：双极膜；食品工业；实践应用

引言

双极膜作为一种新型离子交换复合膜，它的构成主要包括了阳离子交换层（N型膜）以及阴离子交换层（P型膜），其具备了能耗低、易操作、选择性良好以及模式化设计等特征，被广泛地应用在食品工业加工生产中，能够有效帮助食品化工企业技术人员解决更多的产品加工难题。基于直流电场作用下，双极膜能够有效将水进行离解，从而在膜两侧获取到阳离子H+和阴离子OH-。企业技术人员通过充分利用该特点，能够组建起科学的双极膜电渗析系统，并且该系统应用在各种产品加工作业中，促使企业降低产品加工过程的能源损耗，为工业领域创造出更多的社会价值和环境效益。

1 双极膜的概述

1.1 双极膜水解离与电渗析原理。

Frilette在实践实验中最早发现了阴、阳离子交换膜中的水解离现象。该化学现象的具体结果会促使电渗析膜面上产生钙镁垢，同时还会在溶液中发生中性扰乱现象。在双极膜水解离过程中，离子膜两侧能够直接获得H+和OH-，这样技术人员就可以将盐成功生成相對应的酸和碱。就如下图1所示，在双极膜上发生水解离反应[1]。

技术人员通过合理应用双极膜水解离与电渗析原理，能够确保在不融入新物质的前提下，有效将水溶液中的盐转化成需要的酸和碱。所以，双极膜被广泛地应用在食品工业领域中。

1.2 双极膜的纳滤特性

双极膜之所以具备纳滤特性，是因为在双极膜中存在大小不一的孔径，同时在阴、阳膜上携带着不同的电荷，这样就能够促使双极膜具有“荷电效应”以及“筛分效应”。如果双极膜左右两侧的分离推动力是压力差时，那么双极膜就会像其他荷电膜一样截取水中粒径为纳米级的颗粒物，从而有效实现介于超滤与反渗透之间的实践操作。

纳滤膜应用最为明显的优势在于操作简单、选择性良好以及通量高，对离子形式的盐和有机分子有着超强的去除能力，企业无需投入更多的资金成本，因此，被更多的行业领域所看好。

2 双极膜在食品工业领域中的实践应用

2.1 大豆分离蛋白的沉淀分离

食品加工企业技术人员通过利用双极膜电酸化原理，能够有效促使大豆蛋白沉淀分离。将大豆蛋白质溶液循环流经于双极膜的两侧，在水解离现象发生后，生成的H+会融入到蛋白质溶液中，从而有效降低溶液pH达到等电点，这样就会造成蛋白质选择性分离，然后经离心沉淀。相关工作人员在经过对其水洗沉淀除盐后，通过科学应用双极膜阴离子膜侧水解离产生的NaOH溶解[3]，又或者是蛋白质溶液在阳离子膜侧电酸化的同时，此沉淀于双极膜不同侧循环而被成功溶解中和。加工技术人员只需要将蛋白质盐溶液进行喷雾干燥操作，就能够完成分离蛋白质的工作。在现代双极膜电酸化法分蛋白制作中，工作人员无需在过程中加入额外的酸和碱，在现场水解离中就能够合理控制得到酸和碱，这样能够确保制取的蛋白质不易变形，最大化利用好酸和碱的作用，降低了企业水资源的损耗[2]。

2.2 回收大豆豆腐乳清中镁和蛋白质

在社会大众生活中，人们经常吃到的大豆豆腐乳清中含有了大量的蛋白质、矿物质、凝结剂以及糖类物质。Bazinet等人最早通过应用先普通离子交换膜电渗析再双极膜电渗析酸化的手段去有效回收豆腐乳清中的蛋白质和Mg2+，这样能够最大化降低企业加工成本费用，并且有效提高产品的数量。在大豆豆腐乳清中镁和蛋白质的质量分数分别为3.2%和18.7%，pH大致在5.3-5.6范围内[4]。研究人员通过使用离子交换膜和10张阴离子交换膜成功构成22隔室结构，在实验中所使用的双极膜电渗析酸化池的有效电极面积为1dm2，7隔室结构的组成则主要包括了1张阴离子交换膜、3张阳离子交换膜以及2张双极膜，然后将其放置于1A电流环境下一般电渗析60分钟，接着又在1A电流下双极膜电酸化60分钟，就能够有效回收10L大豆豆腐乳清中的34.7%蛋白质和65%的镁。

2.3 苹果汁的提取生产

为了满足大众对于高品质苹果汁产品的需求，食品加工企业要加强对苹果汁的高效生产作业，采用先进的生产技术，从而保障苹果汁的口感和颜色。为了确保苹果汁的原汁原味，加工生产企业可以通过加入NaOH把pH值合理控制在3.15。此外，为了避免果汁变成褐色，生产技术人员可以通过加入盐酸将pH值降低至2.1，这样就可以不可逆的抑制多酚氧化酶的活性。该种方法虽然可以成功抑制苹果汁不会变成褐色，保障其稳定性，然而加入的酸碱物质会导致苹果汁稀释，影响到人们的口感。随着双极膜在食品工业领域的大力推广应用，人们发现双极膜电渗析法生产出的苹果汁，不仅仅具有良好的稳定性和颜值，还保证了其不错的口感，受到了众多消费者的青睐。由于在双极膜的阳离子膜层会产生H+，促使苹果汁在阳膜外循坏，从而将其pH值从3.15有效降至到2.1；酸化后，苹果汁又会在阴膜外进行循坏，并与阴离子OH-相接触，从而又使苹果汁pH值回到3.15。

3 结束语

综上所述，为了促进我国食品化工行业稳定持续的发展，我们要不断加强双极膜的研究应用工作，要积极研制出更为先进的双极膜，充分发挥出双极膜在食品工业领域中的重要作用，为人类社会生产出更多高品质的食物产品，促进生态环境与社会经济的和谐发展进步。

参考文献

[1]徐铜文，傅荣强，杨伟华.食品工业中的双极膜技术[J].膜科学与技术，2014，23（4）：190-196.

[2]任羽西，陈震，林金火. “三明治”双极膜的制备及其在降解含酚废水中的应用[J].复合材料学报，2012（3）：1-9.

[3]徐铜文，杨伟华，何炳林.双极膜的水解离现象——双基膜的物理构型、离子传递及其理论压降分析[J].中国科学B辑，1999，26（6）：481-488.

[4]周挺进，陈晓，陈日耀，等.静电纺丝法制备PVA-SA-CuTsPc纳米纤维改性CMC-PVA/CS-PVA双极膜[J].高分子材料科学与工程，

2013，29（1）：166-170.

作者简介：张雯雯（1985，9-），女，汉族，河南宝丰县人，硕士，河南质量工程职业学院，食品化工系，助教，研究方向：电化学。

王艳晓（1985，9-），女，汉族，河南鲁山县人，硕士，河南质量工程职业学院，食品化工系，助教，研究方向：化学教育。

许明先（1986，9-），女，汉族，河南汝州市人，本科，平顶山市神马万里化工股份有限公司，助理工程师，研究方向：环己醇生产工艺。