绿色食品加工的新“膜”法

成果来源：中科院过程所万印华研究团队

转化作者：马妍非

酱油和白糖都是我国传统的调味料，有着悠久的发展历史。千百年来，一代代的手工业者在酱油和白糖的制造工艺上精益求精、不断创新，才有了如今酱油的鲜美与白糖的甜蜜。近年来，在酱油和白糖的制作工艺中，科学家们又发现了一种神奇的“膜”法，用它制作出来的酱油更鲜香、清澈，制作出来的白糖更清纯洁白……此“膜”法究竟有什么咒语？如何施展才能激发魔力？让我们来一探究竟。

酱油变清澈的秘密

酱油起源于我国，作为开门七件事之一，早在周朝时我们已经开始制作并食用，至今已有3000多年的历史。它是一种以大豆或脱脂大豆、小麦或麸皮为原料，经微生物天然发酵制成的具有特殊色、香、味的液体调味品。目前，虽然我国生产酱油的厂家达上千家，产量丰富，但一直以来真正出口的并不多。究其原因，产品微生物容易超标且货架期二次沉淀等技术难题是制约行业发展的瓶颈。

为了保证品质，酱油在灌装之前需要进行灭菌，传统的酱油灭菌工艺大都采用蒸汽加热灭菌法，这种方法简单易行，但能耗较大。并且由于酱油中的芽孢杆菌耐热性较强，如果加热温度太低，容易导致灭菌不彻底;但如果温度太高，设备则容易结垢，酱油的风味物质也会受到一定破坏，从而影响酱油的鲜味。还有一点就是，我们购买的酱油包装上通常会注明“产品有少量沉淀，不影响其食用”这样一句话，这说明酱油二次沉淀的问题在国内普遍存在。这种沉淀虽然没有出现在酱油的强制检验理化指标之列，但沉淀物影响了酱油的感官质量，大多数消费者会把瓶子底部的酱油扔掉，这无疑造成了一定的浪费。有实验曾对酱油形成的二次沉淀物进行分析，结果表明酱油产生的浑浊和沉淀物成分主要是大分子蛋白和多糖等。在酱油的生产中，控制酱油不产生或少产生沉淀物，使成品酱油澄清透明，一直都是酱油生产的难点。

不过，近年来我国市场上有些酱油特别是生抽变得清澈透明起来，因为要用来拌凉菜，其卫生指标也比原先提高了很多，这些都要归功于膜分离技术在我国的发展和应用。将超滤系统应用在酱油加工工艺中，既能去除酱油中的各种微生物、致病菌、大分子沉淀物质和胶体，又能很好地保留酱油中的主要成分，如氨基态氮、还原糖、香气、色素等物质，同时超滤膜具有耐高温、耐酸碱性和优良的抗氧化性能，使用寿命可达6个月以上。经超滤工艺加工后的瓶装酱油在室温下放置时，整个货架期内都能保持澄清、无沉淀，并且细菌数稳定。

其实，早在20世纪80年代，日本相关企业已将超滤技术应用于酱油生产。而在我国，由于传统酱油超滤系统存在能耗偏高、自动化程度低等不足，特别是由于复杂物料体系中“浓差极化”现象和膜污染严重，导致连续生产时间短，膜使用寿命不高，因此该技术在酱油的精制提质中并未得到广泛应用。

超滤系统的核心是膜，如何选择和维护膜是酱油超滤生产中的关键。最近几年，经过我国科研人员的不懈努力，国内酱油酿造已打破国外企业技术垄断，我们也可以用自己的膜过滤技术生产出清澈、安全的酱油了。其中，中科院过程所万印华研究员团队，开发出以“临界通量”理论为依据的高效膜过程优化及控制技术，以及基于系统水力学优化的膜过程污染控制技术，并且研发了与之配套的膜过滤系统（中空纤维膜），能有效控制膜过滤系统的膜污染，显著提高了过滤效率，不仅实现了酱油的精制提质，还能节能降耗。用此技术生产出来的酱油清澈透明、鲜味足，能满足较高的微生物指标要求，在给国人带来好产品的同时，也为酱油产业实现跨越式发展、进军国际市场添了一份力。

“膜”法变出如雪白糖

糖是我们现代食品加工和日常生活中不可或缺的物质，它不仅吃着甜，也能让人心情变得甜蜜。我们吃的白砂糖基本都是用甘蔗制造的，根据制糖工艺不同，一般分为硫化糖和碳化糖。碳化糖因为生产成本较高，没有得到广泛普及;硫化糖则由于工艺流程简单在市场上最为普遍。不过，用亚硫酸法澄清工艺生产的硫化糖质量欠佳，久置后会变黄，且含有二氧化硫等有害物质，难以满足消费者日益增长的对高端、绿色糖产品的需求。并且在传统的白砂糖生产过程中会产生大量固体废弃物和废糖蜜，严重降低了糖的回收率，这对我国制糖产业的发展造成了较大的影响。

与酱油一样，膜分离技术也颠覆了传统的制糖工艺。利用分离膜精确的物理筛分作用，对甘蔗混合汁进行除杂、澄清、脱色和浓缩后可得到高纯度、颜色洁白、储存期间不变黄的精糖。但在实际应用中，也出现了一系列问题：由于甘蔗混合汁成分复杂、黏度高，在膜分离过程中会造成严重的膜污染和通量衰减，而且目前商业化膜对色素、蔗糖和还原糖分子的分离效果欠佳，严重地阻碍了膜分离技术在制糖行业的工业化应用。针对这些难题，中科院工程研究所万印华研究员团队多年来一直致力于探索高性能膜的制备、膜过程集成、膜装备研制、膜污染控制等技术，从2014年起先后在广东、广西多个制糖企业开展系统的中试研究及系统优化，并于2018年2月在制糖企业中成功实现了全套装置的连续化稳定运行，在国内率先试制出首批膜法精糖。利用此项技术制糖，不仅可以让我们吃的糖告别硫磺、磷酸及石灰等化工辅料，实现纯绿色生產，也可以消除滤泥、废糖蜜等副产品在综合利用时所产生的污染。

膜法绿色制糖技术颠覆了全球140多年来传统的碳酸法和亚硫酸法制糖工艺，让消费者从此能吃到感官和品质均非常好的精制糖，它对制糖产业的可持续发展与国际竞争力的提高都有着重要的意义。