CN1277564A - 通过横流渗滤将一种混合物分离成固态和液态成分的方法 - Google Patents
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Abstract
采用这种方法可以制备出由植物或动物纤维素组成的一种可泵吸的混合物,特别是通过粉碎和碾碎从整个果品中制备出这样一种作为糊状物的混合物。该糊状物被输送给一种渗滤设备,此种渗滤设备具有至少一个流通道(通道)(9,9’,10,10’,11,11’,12,12’)用于流通,和一个输出端(30)用于被分离出的液态成分(滤汁)。依此待分离混合物在加压条件下在一循环回路中多次通过流通道进行再循环,借此将液态成分作为汁分离出来。省却了已知的榨汁机,并将糊状物直接加以渗滤。
Description
本发明涉及一种方法，用来将一种由植物或动物纤维素组成的可泵吸的混合物通过横流渗滤分离成固态成分和液态成分，还涉及用于实施该方法的一种装置。
US-PS4716044(Thomas等)公开过一种生产果汗的方法。利用此方法可从果品生产出一种由果肉和果汁组成的可泵吸的液态混合物。上述混合物在7巴和70巴之间的压力下，在一道工序中，通过一个其直径为1.6cm～15cm的刚性多微孔管状外壳加以泵吸。在该外壳的内表面上安置有一种符合食品要求的具有一定初始渗透性的超细渗滤薄膜。该外壳上的初压保持在3巴和7巴之间。
与采用榨汁机的常规果汗生产方法不同，US-PS4716044提出的方法称之为直接榨汁法。由于此法采用的是一次性工序，所以需要大量串联的超细渗滤模件，以及在40巴～60巴之间的高渗滤压力。在所用薄膜管直径条件下，上述工艺要求使用金属薄膜。假如为了配合一次性工序而同时使用多个流通道(通道)，则由于超细渗滤模件的堵塞会更多地出现个别流通道(通道)阻塞的问题。依上述方法工作的装置叫作超细渗滤榨汁机。由于其上述缺点和不经济性，这种榨汁机在工业中至今没有得到推广。
本发明的任务是：采用一种新的分离方法以克服已知方法的上述缺点，并为本方法的实施提供一种装置。
依照本发明，在采用文首所述那种方法时，上述任务是通过以下措施加以解决的：通过粉碎和碾碎从植物或动物纤维素特别是从完整的果品中预制出一种糊状物；配备一台至少具有一条流通道(通道)和一个输出端的渗滤设备，该流通道用于待分离的混合物流通，输出端用于已被分离出的液态成分(滤液)；预制的糊状物的至少一部分作为可泵吸的待分离的混合物在加压条件下多次通过流通道在一循环回路中实现再循环，于是，液态成分便作为果汗而被分离出来。
本方法最好如下实施：在每个流通道(通道)的输出端确定待分离的混合物的流通量和/或压力，并如此进行调节，即利用输出端处的可调的节流阀将压力控制在额定值上，利用循环回路中至少一个循环泵将流通量控制在额定值上；如果在此情况下没有达到上述额定值，补救的办法是降低或中断被分离出的液态成分(滤液)的流出。
本发明提出了一种装置，用来将一种可泵吸的混合物特别是一种糊状物借助横流渗滤分离成固态和液态成分，上述混合物是由植物纤维素或动物纤维素组成的，糊状物是借助粉碎和碾碎从完整的果品预制出来的，该装置包括至少两个渗透模件，这些模件是在一个用于待分离混合物的残渣循环回路中串联起来，而渗滤模件所包含的各个管状薄膜的内径大于10mn。
本发明提出的方法及其实施所用的装置的其他变型，见本专利各项权利要求中所述。除了按本发明任务提出的解决措施之外，本发明还有下列优点：
-通过所用渗滤薄膜所达到的高流通效率(通量)，为已知的可比设备的效率的2.4倍。
-在使用合适的渗滤模件(Super-Cor模件)条件下获得高的榨汁收益率，在没有二次渗滤时即可达到混合物的80重量％，
-高的操作安全性，
-直接渗滤设备的运行明显地较经济，
-投资费用明显地较小，
-省却了已知的榨汁机，糊状物实现了直接渗滤。
在以下的介绍中还将参照附图对本发明的一些实例做更详细的说明。附图表示：
图1是实施本发明提出的一种混合物的分离方法所用直接渗滤设备示意图；
图2是图1所示直接渗滤设备的一个变型，
图3是用于图1所示直接渗滤设备的调节环路示意图，
图4是图1所示的一种设备的混合物环路中部分残渣排出过程示意图；
图5是图1所示的一种设备的混合物环路中部分或全部残渣排出过程示意图；
图6是一种直接渗滤设备的示意图，该设备用于实施本发明提出的一种混合物的分离方法，其结构紧凑，在混合物渗滤时可最大程度地减小混合物残余量。
图7图1所示直接渗滤设备的一个变型。
图1中示意地示出的直接渗滤设备，特别适用于将一种果品糊状物分离成原汁和残留物(渣滓)。未在图中一起示出的已知的碾磨机用于碾碎完整的果品，以预制出一种可泵吸的糊状物。这种糊状物经过一条具有截止阀2的导管1，进入一料罐3，该料罐按已知方式配有一搅拌装置4。配有一横流渗滤设备的一混合物环路与料罐3相连通，下面还将对上述渗滤设备的构造加以描述。
如图1所示，直接在下方与料罐3相连的是一个循环泵5，该泵用于料罐3的内容物的泵吸，内容物是待分离的可泵吸混合物。循环泵5将该混合物经过一条连接管道6、一个混合物7和一个对称分配器8输送给四个流通道(通道)，这些流通道各自包含两个(串联的)横流渗滤模件9、9’；10、10’；11、11″；12、12’。在四个通道的输出端处各配有一个调节阀13，14，15，16，用于调节混合物的压力和流通量。分别与每个调节阀13，14，15，16相串联的用于混合物的流通量和/或压力的传感器13’，14’，15’，16’将其输出信号发送给各调节阀。
调节阀13，14，15，16的输出端经过一个第二对称分配器17而与一回程导管18相连。回程导管18的用途是：在液态成分在渗滤模件9、9’，10、10’，11、11’，12、12’中分离之后将混合物的一部分(残渣)经过一个用于调节混合物压力的反向泵19和一个截止阀20送回到料罐3中。在反向泵19的输出端，经过一截止阀21，还安置了一条导管22，用来将残渣从环路中排出。
如图1所示，在循环泵5和混合器7之间配置了一个流通量传感器23，在混合器7和分配器8之间配置了一个压力传感器24，在第二对称分配器17的输出端配置了另一个压力传感器25。各传感器23、24、25的输出信号被传送给循环泵5和反向泵19，借以控制产物环路中的混合物的流通量和压力。在混合器7和分配器8之间安置了一个带有截止阀27的容器26，用来平衡来自循环泵5的压力冲击。在用于输供糊状物的导管1之旁，还配置了一条带有一截止阀29的导管28，用来将水送入料罐3中，如果需要将糊状物的残留物(残渣)在结束果汁分离之后从渗滤设备排出或进行二次渗滤的话。被分离出的果汁从渗滤模件9、9’，10、10’，11、11’，12、12’作为滤汁利用导管30加以排出。
至此所介绍的渗滤设备的工作方式对专业人员是不难理解的。如果经过导管1以待分离的糊状物将料罐3灌注到一个合适水平面，就得通过后续加注来保持这一水平面稳定不变，产物在再循环条件进行渗滤，直到待加工的制品量得到供给为止，这时，残渣由于凝缩之故必定仍然保持着可泵吸的状态。为了避免非所希望的或不许可的运行状态，可采用本分离方法的各不同变型。
例如，若由于粘滞度太小使渗滤模件9、9’，10、10’，11、11’，12、12’中的产物压力未达到额定值的话，则可以利用调节阀13、14、15、16提高残渣的压差，或者也可以暂时中断通过导管30的果汗排出。另一方面，如果由于大的流通阻力使产物的凝缩不断增大而在环路中出现阻塞危险或不容许的高压的话，可以在限定的时间内在超压条件下通过管状薄膜将在渗滤模件中分离出来的果汁(滤液)再返回到混合物中。
再者，为了改进混合物的可泵吸性和降低混合物的粘滞度，可以在环路中的经过点向混合物掺入一种气体或一种气状物质。如果残留物(残渣)的粘滞度以及由此而来的压差达到了最大允许值，或者果汁的收益率达到了预定值的话，为了进一步提高果汁收益率向被分离的混合物中掺入一种冲洗剂以进行二次渗滤的做法，已证明是有利的。一旦果汁中的可溶解成分低于一预定值，或者当所要求的总收益率已经达到时，即可终止上述二次渗滤。
此外，可以通过使用果胶酶或纤维素酶进行发酵处理的办法来降低糊状物的粘滞性。还可通过加热到超过30℃或60℃的办法来附带地降低糊状物的粘滞性。在这种情况下，还可用下述办法来改善果汁的味感质量，就是在固态/液态分离之前，将果品的芬芳物质从糊状物中分离出来，以后再将之掺和到分离出来的果汁中去。考虑到味感质量，如果必要的话，也可以在再循环渗滤之前将作为预制的糊状物一部分的果核、果柄、果皮分离出来。
图2示意地表示为图1所介绍的那种直接渗滤设备的一种变型，于此，用图1中的标号来表示图2中相应的结构部件。在图2所示的设备上，只是代替用于调节混合物压力的一个反向泵19(图1)，为四个流通道中的每一个都配置了一个自身的反向泵19’、19″、19′″、19″″。在上述的泵的每一个之前安置两个传感器，即四个流通量传感33、34、35、36和四个压力传感器33’、34’、35’、36’。如图2所示传感器的信号线路上的各箭头象征性地表明的，反向泵19’-19″″和循环泵5是由传感器24，33-36和33’-36’的输出信号来控制的，只有循环泵5相反地是由传感器23的输出信号控制的。
如同在图1所示的设备上那样，在图2所示的设备上也是利用对各个流通道(通道)所用的压力控制和流通量控制装置来避免渗滤过程中以及在连接渗滤模件9-12，19’-12’的自由冲洗装置时产生的阻塞现象。在图2所示设备的一种未示出的变型上，为了对已在很大程度上榨了汁的残留物(残渣)实现最后排出，各渗滤模件9-12，9’-12’可以彼此串联起来。借助上述措施便可避免各个平行布置的渗滤模件的阻塞，但是只有当这时所需的排出压力不超过渗滤模件的允许工作压力时才可使用这种措施。
在图1和2中仅仅通过各传感器的信号线路象征性地表示出用于调节待分离的可泵吸的混合物的压力和流通量的调控回路。图3则表示图1所示的一种直接渗滤设备所用调控回路的一个详细线路图。图中只设定了一个渗滤模件9″，该模件具有一个用于混合物的输入端38，以及一个用于残留物的输出端37和一个用于被分离出的果汁的输出端42。为了获取压力和流通量，在输入端38处设置了一个压力传感器24和一个流通量传感器23，在输出端37处设置了一个压力传感器25和一个流通量传感器13″，在用于果汁的输出端42处设置了一个压力传感器30’。如图3所示的这些传感器的信号线路所示明的，它们的输出信号都输送给一个调节器和控制器单元40。
在用于残留物的输出端37处的回程导管18中接上了一个调节阀41，在用于从输出端42排出果汁的导管30中接上了一个调节阀43。如图3所示，调节阀41、43是从调节器和控制器单元40出发经过控制器线路加以调定的。上述调定的执行务必达到压力和流通量的额定值。如果由于渗滤模件9″中出现阻塞而不能达到上述目的，必须首先关闭调节阀43。在这种情况下可采取另一种措施，就是经过一个安置在用于已分离出的果汁的输出端42处的调整阀44从果汁一侧向着渗滤薄膜施予高压水，从而按已知方式实现回冲洗。
假若在用于图3所示残留物的输出端37的压力和流通量大小，或者用于各个流通道的压力和流通量太不均平的话，可依次采取以下措施以资补救：
-打开调节阀41，或者在输出端37处泵出更多的残渣，
-提高输送泵5的转速，借以提高输入端38处的流通量(用传感器23测量的)，
-关闭用于果汁的调节阀43，
-经过调整阀44供给水。
如已对图1所描述的，为一种分离方法配置了这种直接渗滤设备，按这种方法，通过再循环将料罐3中所加的混合料加以榨汁，其中截止阀21保持关闭，在需要排出基本上已榨完汁的残留物(残渣)时才将该阀打开。根据由循环回路中分离出的净汁量而定，在榨汁过程中经过导管1连续不断地向料罐添加新鲜混合物。
与上述那种分批作业相反，直接渗滤设备以一种连续工作方式工作，从产物循环回路中不断地排出部分残渣。为此选定图1所示设备的一个变型，其示意图如图4所示。该图中给出了待分离混合物再循环所用的回路，该回路包括一个渗滤模件9″，以及在其输入端的一个再循环泵5和在其输出端的一个反向稳压泵19。图1所示的混合料罐3在直接连接图4所示泵5的回路线路中没有绘出。
借助回程导管18’，从稳压泵19的输出端到再循环泵5的输入端封闭成产物循环回路。为了从产物循环回路中一部分一部分地排出残渣，在稳压泵19的输出端也安置了一个反向排出泵21’。残渣是经过一管道22排出的，而新鲜的物品则是相应地经过一管道1’不断供给的。图1所示直接渗滤设备的其它细节在图4所示的示意图中没有一起绘出。
图5表示图4所示循环回路的一种变型，根据该变型，排出泵21’连接在稳压泵19和渗滤模件9″的输出端之间。借助这种布置可以如图4所示地将残渣一部分一部分地排出，或者也可以不在循环回路中返回将之全部排出。对于最后述及的那种情况，只要简单地停止泵19即可。这种情况尤其在分批作业时是常有的，就是在达到所要求的收益率之后即将加入料罐3中的一批混合料的残渣全部从设备中排出。
图6示意地表示图1所示直接渗滤设备的一种变型，用于实施本发明提出的混合物分离方法，其构造紧凑，可以最大限度地减小混合物渗滤时的混合物残留量。在此情况下，反向运行的稳压泵19在输出端直接与混合料罐3相连，而且整体地直接安置在其上。在输送泵5和渗滤模件9″之间以及在渗滤模件9″和稳压泵19之间的连接管道的长度也都保持了尽可能的小。
按照图7所示直接渗滤设备的一种变型中，图1所示的循环泵5由分别用于四个单立的流通道(通道)的循环5’所替代。在此情况下，每个通道都包括三个串联的渗滤模件9。从混合料罐3中出来的产物经过一条单一分配管道50和截止阀51到达四个循环泵5’。从四个流通道(通道)出来的残留物(残渣)经过单一的收集管道52和截止阀53、一回程管道18、一稳压泵19和一截止阀20而返回到料罐3中。
在循环泵5’和四个通道的最先渗滤模件9之间分别安置了一个流通量传感器23，同样地在四个最后渗滤模件9的输出端分别安置了流通量传感器23″。流通量传感器23的输出信号如图7所示，作用于稳压泵19；而流通量传感器23’的输出信号则作用于四个循环泵5’，以便将通过四个通道的流通量调节到它们的额定值。在渗滤模件9中被分离出来的净汁经过收集管道30″和节流阀54而进入用于被分离果汁的输出管道55。
本发明并不局限于为本发明方法及其实施所用装置而介绍的几个实例。同下面所述的本身已知的措施的结合并没有脱离本发明的范围：
在准备待分离的混合物时最好从糊状物中清除果皮、果核和果柄。
在采用具有多个串联分离级的一种渗滤设备的情况下，在第一级中可以使用经济合算的低压渗滤模件，在此将渗滤薄膜压力限制在最大8巴或10巴。这种渗滤模件包括用有机材料做成的管状薄膜，其支撑管是通过带材的缠绕制成的。
在使用具有管状薄膜的多个串联渗滤模件的情况下，在每个渗滤模件上管状薄膜的内径和管长都与另一种混合物粘滞度相适配，也可以在循环回路中通过搭接的方式停用那些其参数与当时存在的混合物粘滞度很不适配的渗滤模件。
适合作渗滤模件的，有Koch公司生产的商品名称为Supercore的商业上通用的装置，或者PCI公司生产的商品名称为Super-Cor或A19的商业上通用的装置。
适合于作较高粘滞度混合物输送泵用的，有各种偏心螺杆泵。
在利用水来渗滤从分离设备中排出的已榨过汁的残留物(残渣)情况下，可通过残渣管道上的纵向混合器来避免突然的粘滞度突变，这种粘滞度突变可能导致彼此平行布置的管状薄膜的堵塞。
从渗滤设备的分离范围来看，其主要用途在于满足清澈果汁需要的微细渗滤(MF)和超微细渗滤(UF)。采用粗渗滤法也可以生产出浑浊的果汁，如已知的用通用榨汁机生产出来的果汁。为了满足日本市场的需要，为达到氧化还原目的须向糊状物添加维生素C。
Claims (36)
1.一种分离方法，通过横流渗滤将一种由植物或动物纤维素组成的可泵吸的混合物分离成固态成分和液态成分，其特征在于：通过粉碎和碾碎过程从植物或动物纤维素特别从整体果品中预制出一种糊状物；提供一种渗滤设备，它配有至少一个流通道(通道)(9，9’，10，10’，11，11’，12，12’)以用于待分离混合物的流通，和一个输出端(30)以用于被分离出来的液态成分(滤汁)；预制出来的糊状物的至少一部分作为可泵吸的待分离混合物在一循环回路中于加压条件下多次通过流通道以实现再循环，从而将液态成分作为汁分离出来。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于：在每个流通道(通道)(9，9’，10，10’，11，11’，12，12’)的输出端获取待分离混合物的流通量和/或压力，并如此加以调节，使得压力借助输出端的可调节流阀(13，14，15，16)控制在额定值上，使得流通量借助循环回路中的至少一个循环泵(5，5’)控制在额定值，如果这时仍达不到这些额定值的话，其补救措施是减小被分离出来的液态成分(汁)的流出或中止其流出。
3.按权利要求1所述的方法，其特征在于：在每个流通道(通道)(9，9’，10，10’，11，11’，12，12’)的输入端获取待分离混合物的压力，并且经过输出端的可调的节流阀(13，14，15，16)将压力调节到一个额定值；如果在输出端此时不能保持允许的流通量值和/或压力值，则减小流通道(通道)输入端的流通量。
4.按权利要求1所述的方法，其特征在于：在获取待分离混合物的流通道(通道)(9，9’，10，10’，11，11’，12，12’)由于流通阻力过大而存在堵塞危险时，则须将已被分离出的液态成分(汁)在一个限定时间内通过横流渗滤薄膜借助超压返回到混合物中。
5.按权利要求1所述的方法，其特征在于：待分离的混合物的流通量(残渣流量)是根据其粘滞度(残渣粘滞度)经过调节回路加以调定的。
6.按权利要求1-5的任一项所述的方法，其特征在于：为了改善待分离的混合物的可泵吸性和为了减小其粘滞度，向该混合物掺入一种气体或一种气状物质。
7.按权利要求1-6的任一项所述的方法，其特征在于：在渗滤过程结束之后，在渗滤设备中的循环回路中循环的混合物(残渣)用一种低粘滞度的液体部分地加以稀释，并将之从渗滤设备中排出。
8.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在待分离的可泵吸的混合物进行再循环横流渗滤的同时或者紧随其后，对该混合物实行再循环二次渗滤。
9.按权利要求8所述的方法，其特征在于：当滤汁的总收益率达到预定值时即可结束二次渗滤过程。
10.按权利要求8所述的方法，其特征在于：在分离过程中当滤汁中的可溶解物成分超出一预定值时即可结束二次渗滤。
11.按权利要求1-10的任一项所述的方法，其特征在于：从碾碎的果品获得的一种果品糊状物中预制出混合物时，在很大程度上将果皮、果核、果柄从糊状物中加以分离掉。
12.按权利要求1所述的方法，其特征在于：混合物或糊状物的粘滞度是借助掺入一种液体来降低的。
13.按权利要求1所述的方法，其特征在于：糊状物的粘滞度是通过发酵处理来降低的。
14.按权利要求1所述的方法，其特征在于：糊状物的固态物质用酶(纤维素酶)加以预处理。
15.按权利要求1所述的方法，其特征在于：将糊状物加热到超过30℃的温度。
16.按权利要求1所述的方法，其特征在于：在进行固态/液态分离之前，将果品芬芳物从糊状物中分离出去。
17.按权利要求1所述的方法，其特征在于：将糊状物加热到超过60℃的温度。
18.按权利要求1所述的方法，其特征在于：提供了一种渗滤设备，具有至少两个串联的渗滤级；在第一级，待分离的混合物的压力对比于已分离出的液态成分的压力(渗滤薄膜压力)保持在最大8巴。
19.按权利要求18所述的方法，其特征在于：从第一级得到的待分离的混合物(残渣)在后继的级中被压缩到一定的强度(穿刺强度)。
20.一种可泵吸的混合物的分离装置，该装置通过横流渗滤将一种由植物或动物纤维素组成的可泵吸的混合物分离成固态成分和液态成分，特别是将一种通过粉碎和碾碎处理从完整果品中预制出的糊状物分离成固态成分和液态成分，其特征在于，至少有两个渗滤模件(9，9’，10，10’，11，11’，12，12’)，这些模件是在为待分离的混合物所用的残渣回路中串联起来的，其中，这些渗滤模件包括其内径大于10mm的单个管状薄膜。
21.按权利要求20所述的装置，其特征在于：在残渣回路中相互串联的渗滤模件(9，9’，10，10’，11，11’，12，12’)中至少有两个包含管状薄膜，这些薄膜在内径上和/或渗滤管长上是依渗滤模件之不同而不同的。
22.按权利要求20所述的装置，其特征在于：至少一个渗滤模件包括三个以上串联布置的管状薄膜。
23.按权利要求20所述的装置，其特征在于：至少有两个渗滤模件(9，9’，10，10’，11，11’，12，12’)，这些模件在残渣回路中是并联的，并形成分开的流通道(通道)。
24.按权利要求20所述的装置，其特征在于：渗滤模件的允许工作压力小于10巴。
25.按权利要求20所述的装置，其特征在于：渗滤模件(9，9’，10，10’，11，11’，12，12’)在其构造上与Koch公司出口的商品名称为Supercore的模件或与PCI公司出口的商品名称为Super-Cor或者A19的模件相同或相似。
26.按权利要求23所述的装置，其特征在于：在残渣回路中并联的渗滤模件是经过对称的分配器(8，17)连接起来的。
27.按权利要求20所述的装置，其特征在于：至少有一个偏心螺杆泵(5)，该螺杆泵输送残渣回路中的待分离混合物。
28.按权利要求20所述的装置，其特征在于：在残渣回路中有一个混合料罐(3)用于待分离的混合物；至少有一个残渣泵(5)用于残渣回路中的输送，该泵直接连接在混合料罐的输出端，或者经过一个与残渣回路的长度相比是很短的管联接件而布置在上述输出端之后。
29.按权利要求20或28所述的装置，其特征在于：在残渣回路中至少有一个反向泵(19)，该泵反作用于残渣流，并用于渗滤模件中残渣的压力调节。
30.按权利要求29所述的装置，其特征在于：在残渣回路中有一条布置有反向泵(19)后面的支管线(22)，该支管线有另一个反回泵(21’)，并从残渣回路中引出。
31.按权利要求29所述的装置，其特征在于：反向泵(19)在输出端直接与混合料罐(3)相连，从空间位置上说直接安置在该料罐上。
32.按权利要求23所述的装置，其特征在于：各有一个压力传感器(33’-36’)和/或流通量测量器(33-36)，它们安置在每个分开的流通道(通道)(9，9’，10，10’，11，11’，12，12’)的输出端。
33.按权利要求23所述的装置，其特征在于部件(19’-19″″)，利用这些部件可以分别控制通过分开的流通道(通道)(9，9’，10，10’，11，11’，12，12’)的通流量。
34.按权利要求20-33的任一项所述的装置，其特征在于这样的部件，借助这些部件在渗滤模件之前在残渣回路中依纵向相继出现的成分可以在残渣流中特别在回稀释过程中彼此混合起来。
35.按权利要求32所述的装置，其特征在于各有一个单独的泵(5’)用于控制通过每个分开的流通道(通道)(9，9’，10，10’，11，11’，12，12’)的输送流。
36.按权利要求20所述的装置，其特征在于：管状薄膜是用有机材料做成的，其支撑管是通过一种带材的缠绕制作出来的。
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