CN102911278A - 一种用于卡拉胶生产的膜浓缩工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于卡拉胶生产的膜浓缩工艺，它包括以下步骤：A.碱处理；B.漂洗；C.煮胶；D.过滤；E.预处理；F.板框过滤；G.连续式超滤浓缩；H.盐析凝胶；I.脱水；J.干燥；K.粉碎；L.成品包装；M.反渗透处理。本发明将膜分离技术应用于卡拉胶的生产过程中，使用膜连续浓缩卡拉胶稀溶液，脱除75%以上的水，减少盐析工序的处理溶液量，同时减少KCl消耗量的80%，降低用盐成本；高温连续式膜浓缩方式及时回收水中的糖类物质和热量，或者直接实现透析水的回用，在提高原料利用率的同时减少高浓度KCl废液的排放，降低废水处理成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于卡拉胶生产的膜浓缩工艺。
背景技术
卡拉胶又名角叉菜胶、鹿角藻胶，是一种常用的可食水凝胶，从红海藻类海生植物细胞间质内提取出的高分子亲水性多糖。它由半乳糖基糖单元重复交替地在α1-3位和β1-4位进行配糖键连接的高分子多糖，分子量介于100,000～500,000D。卡拉胶具有形成亲水胶体、凝胶、增稠、乳化、成膜、稳定分散等特性，这些独特的性能特别适合作为优良的食品添加剂广泛应用于食品的加工生产。食品级卡拉胶为白色至淡黄褐色、表面皱缩、微有光泽、半透明片状体或粉末状物，无臭或有微臭，无味，口感粘滑。在冷水中膨胀，可溶于60℃以上的热水后形成粘性透明或轻微乳白色的易流动溶液，但不溶于有机溶剂。
卡拉胶在中国的应用已经有两三千年的历史了，但直到上个世纪80年代国内开展了对卡拉胶生产工艺和应用领域的研究，才形成真正意义上的卡拉胶工业化生产和应用。在国际市场上，丹麦、美国、德国、日本、加拿大等国是卡拉胶的主要生产和消费大国。作为一种天然食品添加剂，卡拉胶在食品行业得到广泛的认可，据粗略统计，目前全球生产的卡拉胶有70%~80%用于食品工业。联合国粮农组织和世界卫生组织食品添加剂专家委员会2001年取消了卡拉胶日允许摄取量的限制，确认它是安全、无毒、无副作用的食品添加剂。全球卡拉胶产量以3%的速度递增，2000年全球销量达3.1亿美元。卡拉胶广泛应用于食品行业如可可奶、冰激凌、速溶咖啡、果冻、果汁饮料、牛奶布丁、炼乳、奶酪制品、婴儿奶制品、酸奶、糖果、罐头、豆酱、面包等的制造中，用于啤酒澄清、制作人造蛋白质和人造肉或制作保健食品等。卡拉胶亦可用于日用化工行业如牙膏、润肤制品、洗发香波、洗涤剂、空气清新剂、水彩颜料、陶瓷制品等的加工制作。卡拉胶还大量用于医药行业，如作为微生物培养基、缓释胶囊/片剂、药膏基、鱼肝油乳化剂等。近来研究发现卡拉胶本身具有特殊的医药疗效，它对许多重要病毒病原具有广谱抑制活性，卡拉胶还对免疫系统具有持续性作用、它是有效的抗胃蛋白酶、抗溃疡、抗凝血、抗栓物质。
国内卡拉胶的生产以麒麟菜、沙菜为主要原料，典型的工艺流程如下：
在卡拉胶的生产工艺中，煮胶工序需消耗大量的水，每生产1吨卡拉胶需约100吨水。使得过滤工序得到的胶液浓度非常低，仅0.8%左右。为保持一定的盐液浓度，后续加盐工序必须加入大量的KCl，导致卡拉胶最终产品中含盐量偏高，挤压凝胶废水量大、色素重、含盐量高，造成盐的浪费和废水治理成本升高。
膜是一种具有特殊选择性分离功能的高分子材料，它能把流体分隔成不相通的两个部分，使其中的一种或几种物质能透过，而将其它物质分离出来。膜分离技术是基于多孔膜的筛分效应而进行的物质分离技术，其具有高效、节能、环保和高精度分离等特性。已广泛地应用于医药、化工、电子、食品、环保等领域，成为21世纪最重大产业技术之一。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种降低用盐成本及废水处理成本，提高原料利用率的用于卡拉胶生产的膜浓缩工艺。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于卡拉胶生产的膜浓缩工艺，它包括以下步骤：
A、碱处理：将经过清洗的原料用碱改性剂在60℃～90℃条件下碱处理1～2小时，所述原料与碱改性剂的重量比为1:5～20,所述碱改性剂为质量浓度为3～7%的氢氧化钾溶液；
B、漂洗：将经过碱处理后的原料用水进行冲洗浸泡至PH值为中性；
C、煮胶：向经过漂洗的原料中加入相对于原料重量15~30倍的水，在85℃~100℃的条件下煮胶1~2小时，煮胶过程中不断搅拌；
D、过滤：将煮好的粗胶液趁热过滤，得到卡拉胶稀胶液，胶液浓度低于0.8%；
E、预处理：对卡拉胶稀胶液进行预处理，去除藻渣、泥沙等大颗粒水不溶性物质；
F、板框过滤：将预处理去杂后的稀胶液经板框过滤，进一步除去细微颗粒、悬浮物，澄清胶液；
G、连续式超滤浓缩：使用耐高温超滤膜连续浓缩技术，截留卡拉胶（相对分子量大于10万），实现卡拉胶稀胶液的浓缩，超滤膜操作压力为0.3MPa~0.8MPa，温度为70℃~90℃，经浓缩后的胶液浓度高于3.5%，膜工艺设计采用连续式分离浓缩方式，稀胶液物料进入膜组件，经分离浓缩后的浓胶液和透析水同时直接排出膜组件；
H、盐析凝胶：对浓缩后的浓缩胶液盐析凝胶，将浓缩胶液与盐按重量比4~5:1混合，盐析处理2~3小时；
I、脱水：将经过盐析凝胶处理的卡拉胶进行脱水处理，脱水处理方式包括压滤脱水、酒精脱水或离心脱水；
J、干燥：将脱水后的卡拉胶进行干燥；
K、粉碎：将干燥过后的卡拉胶粉碎成粉末；
L、成品包装：将卡拉胶按不同份量分装，即得成品；
M、反渗透处理：对连续式超滤浓缩处理所得的膜透析水进行反渗透处理，选用耐高温反渗透膜技术，对膜透析水进行回收糖类，提高原料的综合利用率，同时实现脱盐脱色，使反渗透所得的透析水能达到煮胶工艺的要求，实现透析水的循环利用，反渗透膜的操作压力为1.8MPa~2.5MPa，温度为70℃~80℃，膜工艺设计也采用连续式分离浓缩方式。
本发明所述的原料为麒麟菜或沙菜。
本发明所述的膜材料为耐高温亲水性材料，亲水膜为纤维素酯（CA）、聚砜（PSF）、聚醚酚（FES）、聚砜/聚醚酚（PSF/FES）、聚酰亚胺/聚醚酰亚胺（PI/PEI）、聚脂肪酰胺（PA）或聚丙烯腈（PAN）等具有亲水基团的高分子聚合物，以及Al2O3、TiO2、ZrO2等陶瓷膜。
本发明的有益效果是：
（1）连续式超滤浓缩处理将原有煮胶稀溶液的浓度从低于0.8%提高到3.5%以上，即去除了原液中约75%~85%左右的水份，减少了盐析工艺的处理量，同时也减少了KCl的消耗量80%，减少了用盐成本；
（2）耐高温膜的使用除能及时回收水中的热量外，还可以实现水中糖类物质的回收再利用，反渗透透析水的脱去杂质、色素彻底，电导＜40μs/cm，提高了原料利用率；
（3）盐析工序的处理料液量的减少，使高浓度KCl废水的排放量减少约75%以上，大大降低了废水处理成本；
（4）在膜工艺设计中采用连续式分离浓缩方式，实现一股物料进，两股物料同时排出膜组件，避免浓液长时间停留于膜组件中，与此同时控制膜表面的流速，两者有效结合，解决膜的污染和分离效率下降的难题，使膜工艺技术能真正应用于卡拉胶的生产工艺中；
（5）膜材料选择亲水性材料，保证有高的水通量，有利于降低膜的污染。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图实施例对本发明做进一步的描述：
实施例1：
该实施例为本发明的最佳实施例。
一种用于卡拉胶生产的膜浓缩工艺，如图1所示，它包括以下步骤：
A、碱处理：将经过清洗的原料用碱改性剂在80℃条件下碱处理1.5小时，所述原料与碱改性剂的重量比为1:10,所述碱改性剂为质量浓度为3%的氢氧化钾溶液；
B、漂洗：将经过碱处理后的原料用水进行冲洗浸泡至PH值为中性；
C、煮胶：向经过漂洗的原料中加入相对于原料重量20倍的水，在95℃的条件下煮胶1.5小时，煮胶过程中不断搅拌；
D、过滤：将煮好的粗胶液趁热过滤，得到卡拉胶稀胶液，胶液浓度低于0.8%；
E、预处理：对卡拉胶稀胶液进行预处理，去除藻渣、泥沙等大颗粒水不溶性物质；
F、板框过滤：将预处理去杂后的稀胶液经板框过滤，进一步除去细微颗粒、悬浮物，澄清胶液；
G、连续式超滤浓缩：使用耐高温超滤膜连续浓缩技术，截留卡拉胶（相对分子量大于10万），实现卡拉胶稀胶液的浓缩，超滤膜操作压力为0.4MPa，温度为80℃，经浓缩后的胶液浓度为5%，膜工艺设计采用连续式分离浓缩方式，一股物料进入膜组件，经分离浓缩后的浓胶液和透析水同时直接排出膜组件；
H、盐析凝胶：对浓缩后的浓缩胶液盐析凝胶，将浓缩胶液与盐按重量比5:1混合，盐析处理3小时；
I、脱水：将经过盐析凝胶处理的卡拉胶进行脱水处理，脱水处理方式包括压滤脱水、酒精脱水或离心脱水；
J、干燥：将脱水后的卡拉胶进行干燥；
K、粉碎：将干燥过后的卡拉胶粉碎成粉末；
L、成品包装：将卡拉胶按不同份量分装，即得成品；
M、反渗透处理：对连续式超滤浓缩处理所得的膜透析水进行反渗透处理，选用耐高温反渗透膜技术，对膜透析水进行回收糖类，提高原料的利用率，同时实现脱盐脱色，使反渗透所得的透析水能达到煮胶工艺的要求，实现透析水的循环利用，反渗透膜的操作压力为2MPa，温度为75℃，膜工艺设计也采用连续式分离浓缩方式。
实施例2：
一种用于卡拉胶生产的膜浓缩工艺，如图1所示，它包括以下步骤：
A、碱处理：将经过清洗的原料用碱改性剂在60℃条件下碱处理2小时，所述原料与碱改性剂的重量比为1:20，所述碱改性剂为质量浓度为5%的氢氧化钾溶液；
B、漂洗：将经过碱处理后的原料用水进行冲洗浸泡至PH值为中性；
C、煮胶：向经过漂洗的原料中加入相对于原料重量30倍的水，在100℃的条件下煮胶2小时，煮胶过程中不断搅拌；
D、过滤：将煮好的粗胶液趁热过滤，得到卡拉胶稀胶液，胶液浓度低于0.8%；
E、预处理：对卡拉胶稀胶液进行预处理，去除藻渣、泥沙等大颗粒水不溶性物质；
F、板框过滤：将预处理去杂后的稀胶液经板框过滤，进一步除去细微颗粒、悬浮物，澄清胶液；
G、连续式超滤浓缩：使用耐高温超滤膜连续浓缩技术，截留卡拉胶（相对分子量大于10万），实现卡拉胶稀胶液的浓缩，超滤膜操作压力为0.3MPa，温度为90℃，经浓缩后的胶液浓度高于4.5%，膜工艺设计采用连续式分离浓缩方式，稀胶液物料进入膜组件，经分离浓缩后的浓胶液和透析水同时直接排出膜组件；
H、盐析凝胶：对浓缩后的浓缩胶液盐析凝胶，将浓缩胶液与盐按重量比4:1混合，盐析处理2小时；
I、脱水：将经过盐析凝胶处理的卡拉胶进行脱水处理，脱水处理方式包括压滤脱水、酒精脱水或离心脱水；
J、干燥：将脱水后的卡拉胶进行干燥；
K、粉碎：将干燥过后的卡拉胶粉碎成粉末；
L、成品包装：将卡拉胶按不同份量分装，即得成品；
M、反渗透处理：对连续式超滤浓缩处理所得的膜透析水进行反渗透处理，选用耐高温反渗透膜技术，对膜透析水进行回收糖类，提高原料的利用率，同时实现脱盐脱色，使反渗透所得的透析水能达到煮胶工艺的要求，实现透析水的循环利用，反渗透膜的操作压力为1.8MPa，温度为80℃，膜工艺设计也采用连续式分离浓缩方式。
实施例3:
一种用于卡拉胶生产的膜浓缩工艺，如图1所示，它包括以下步骤：
A、碱处理：将经过清洗的原料用碱改性剂在90℃条件下碱处理1小时，所述原料与碱改性剂的重量比为1:5，所述碱改性剂为质量浓度为7%的氢氧化钾溶液；
B、漂洗：将经过碱处理后的原料用水进行冲洗浸泡至PH值为中性；
C、煮胶：向经过漂洗的原料中加入相对于原料重量15倍的水，在85℃的条件下煮胶1小时，煮胶过程中不断搅拌；
D、过滤：将煮好的粗胶液趁热过滤，得到卡拉胶稀胶液，胶液浓度低于0.8%；
E、预处理：对卡拉胶稀胶液进行预处理，去除藻渣、泥沙等大颗粒水不溶性物质；
F、板框过滤：将预处理去杂后的稀胶液经板框过滤，进一步除去细微颗粒、悬浮物，澄清胶液；
G、连续式超滤浓缩：使用耐高温超滤膜连续浓缩技术，截留卡拉胶（相对分子量大于10万），实现卡拉胶稀胶液的浓缩，超滤膜操作压力为0.8MPa，温度为70℃，经浓缩后的胶液浓度高于3.8%，膜工艺设计采用连续式分离浓缩方式，一股物料进入膜组件，经分离浓缩后的浓胶液和透析水同时直接排出膜组件；
H、盐析凝胶：对浓缩后的浓缩胶液盐析凝胶，将浓缩胶液与盐按重量比5:1混合，盐析处理2小时；
I、脱水：将经过盐析凝胶处理的卡拉胶进行脱水处理，脱水处理方式包括压滤脱水、酒精脱水或离心脱水；
J、干燥：将脱水后的卡拉胶进行干燥；
K、粉碎：将干燥过后的卡拉胶粉碎成粉末；
L、成品包装：将卡拉胶按不同份量分装，即得成品；
M、反渗透处理：对连续式超滤浓缩处理所得的膜透析水进行反渗透处理，选用耐高温反渗透膜技术，对膜透析水进行回收糖类，提高原料的利用率，同时实现脱盐脱色，使反渗透所得的透析水能达到煮胶工艺的要求，实现透析水的循环利用，反渗透膜的操作压力为2.5MPa，温度为70℃，膜工艺设计也采用连续式分离浓缩方式。
Claims (3)
1.一种用于卡拉胶生产的膜浓缩工艺，其特征在于：它包括以下步骤：
A、碱处理：将经过清洗的原料用碱改性剂在60℃～90℃条件下碱处理1～2小时，所述原料与碱改性剂的重量比为1:5～20，所述碱改性剂为质量浓度为3～7%的氢氧化钾溶液；
B、漂洗：将经过碱处理后的原料用水进行冲洗浸泡至PH值为中性；
C、煮胶：向经过漂洗的原料中加入相对于原料重量15~30倍的水，在85℃~100℃的条件下煮胶1~2小时，煮胶过程中不断搅拌；
D、过滤：将煮好的粗胶液趁热过滤，得到卡拉胶稀胶液，胶液浓度低于0.8%；
E、预处理：对卡拉胶稀胶液进行预处理，去除藻渣、泥沙等大颗粒水不溶性物质；
F、板框过滤：将预处理去杂后的稀胶液经板框过滤，进一步除去细微颗粒、悬浮物，澄清胶液；
G、连续式超滤浓缩：使用耐高温超滤膜连续浓缩技术，截留卡拉胶（相对分子量大于10万），实现卡拉胶稀胶液的浓缩，超滤膜操作压力为0.3MPa~0.8MPa，温度为70℃~90℃，经浓缩后的胶液浓度高于3.5%，膜工艺设计采用连续式分离浓缩方式，稀胶液物料进入膜组件，经分离浓缩后的浓胶液和透析水同时直接排出膜组件；
H、盐析凝胶：对浓缩后的浓缩胶液盐析凝胶，将浓缩胶液与盐按重量比4~5:1混合，盐析处理2~3小时；
I、脱水：将经过盐析凝胶处理的卡拉胶进行脱水处理，脱水处理方式包括压滤脱水、酒精脱水或离心脱水；
J、干燥：将脱水后的卡拉胶进行干燥；
K、粉碎：将干燥过后的卡拉胶粉碎成粉末；
L、成品包装：将卡拉胶按不同份量分装，即得成品；
M、反渗透处理：对连续式超滤浓缩处理所得的膜透析水进行反渗透处理，选用耐高温反渗透膜技术，对膜透析水进行回收糖类，提高原料的综合利用率，同时实现脱盐脱色，使反渗透所得的透析水能达到煮胶工艺的要求，实现透析水的循环利用，反渗透膜的操作压力为1.8MPa~2.5MPa，温度为70℃~80℃，膜工艺设计也采用连续式分离浓缩方式。
2.根据权利要求1所述的一种用于卡拉胶生产的膜浓缩工艺，其特征在于：所述的原料为麒麟菜或沙菜。
3.根据权利要求1所述的一种用于卡拉胶生产的膜浓缩工艺，其特征在于：所述的膜材料为耐高温亲水性材料，亲水膜为纤维素酯（CA）、聚砜（PSF）、聚醚酚（FES）、聚砜/聚醚酚（PSF/FES）、聚酰亚胺/聚醚酰亚胺（PI/PEI）、聚脂肪酰胺（PA）或聚丙烯腈（PAN）具有亲水基团的高分子聚合物，以及Al2O3、TiO2、ZrO2陶瓷膜。
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