淺析雙極膜在食品工業領域中的應用

張雯雯+++王艷曉+++許明先

摘 要：雙極膜應用作為食品工業領域發展過程的重中之重，是一個必不可少的關鍵環節，直接關系到食品加工生產的環保節能性，能夠保障企業在最低成本下創造出最大的經濟效益。因此，食品工業企業要高效發揮出雙極膜的作用，充分利用水解離、電滲析等先進工業技術，推動食品工業領域穩定持續的發展，實現社會經濟與生態環境的共同進步發展。

關鍵詞：雙極膜；食品工業；實踐應用

引言

雙極膜作為一種新型離子交換復合膜，它的構成主要包括了陽離子交換層（N型膜）以及陰離子交換層（P型膜），其具備了能耗低、易操作、選擇性良好以及模式化設計等特征，被廣泛地應用在食品工業加工生產中，能夠有效幫助食品化工企業技術人員解決更多的產品加工難題。基于直流電場作用下，雙極膜能夠有效將水進行離解，從而在膜兩側獲取到陽離子H+和陰離子OH-。企業技術人員通過充分利用該特點，能夠組建起科學的雙極膜電滲析系統，并且該系統應用在各種產品加工作業中，促使企業降低產品加工過程的能源損耗，為工業領域創造出更多的社會價值和環境效益。

1 雙極膜的概述

1.1 雙極膜水解離與電滲析原理。

Frilette在實踐實驗中最早發現了陰、陽離子交換膜中的水解離現象。該化學現象的具體結果會促使電滲析膜面上產生鈣鎂垢，同時還會在溶液中發生中性擾亂現象。在雙極膜水解離過程中，離子膜兩側能夠直接獲得H+和OH-，這樣技術人員就可以將鹽成功生成相對應的酸和堿。就如下圖1所示，在雙極膜上發生水解離反應[1]。

技術人員通過合理應用雙極膜水解離與電滲析原理，能夠確保在不融入新物質的前提下，有效將水溶液中的鹽轉化成需要的酸和堿。所以，雙極膜被廣泛地應用在食品工業領域中。

1.2 雙極膜的納濾特性

雙極膜之所以具備納濾特性，是因為在雙極膜中存在大小不一的孔徑，同時在陰、陽膜上攜帶著不同的電荷，這樣就能夠促使雙極膜具有“荷電效應”以及“篩分效應”。如果雙極膜左右兩側的分離推動力是壓力差時，那么雙極膜就會像其他荷電膜一樣截取水中粒徑為納米級的顆粒物，從而有效實現介于超濾與反滲透之間的實踐操作。

納濾膜應用最為明顯的優勢在于操作簡單、選擇性良好以及通量高，對離子形式的鹽和有機分子有著超強的去除能力，企業無需投入更多的資金成本，因此，被更多的行業領域所看好。

2 雙極膜在食品工業領域中的實踐應用

2.1 大豆分離蛋白的沉淀分離

食品加工企業技術人員通過利用雙極膜電酸化原理，能夠有效促使大豆蛋白沉淀分離。將大豆蛋白質溶液循環流經于雙極膜的兩側，在水解離現象發生后，生成的H+會融入到蛋白質溶液中，從而有效降低溶液pH達到等電點，這樣就會造成蛋白質選擇性分離，然后經離心沉淀。相關工作人員在經過對其水洗沉淀除鹽后，通過科學應用雙極膜陰離子膜側水解離產生的NaOH溶解[3]，又或者是蛋白質溶液在陽離子膜側電酸化的同時，此沉淀于雙極膜不同側循環而被成功溶解中和。加工技術人員只需要將蛋白質鹽溶液進行噴霧干燥操作，就能夠完成分離蛋白質的工作。在現代雙極膜電酸化法分蛋白制作中，工作人員無需在過程中加入額外的酸和堿，在現場水解離中就能夠合理控制得到酸和堿，這樣能夠確保制取的蛋白質不易變形，最大化利用好酸和堿的作用，降低了企業水資源的損耗[2]。

2.2 回收大豆豆腐乳清中鎂和蛋白質

在社會大眾生活中，人們經常吃到的大豆豆腐乳清中含有了大量的蛋白質、礦物質、凝結劑以及糖類物質。Bazinet等人最早通過應用先普通離子交換膜電滲析再雙極膜電滲析酸化的手段去有效回收豆腐乳清中的蛋白質和Mg2+，這樣能夠最大化降低企業加工成本費用，并且有效提高產品的數量。在大豆豆腐乳清中鎂和蛋白質的質量分數分別為3.2%和18.7%，pH大致在5.3-5.6范圍內[4]。研究人員通過使用離子交換膜和10張陰離子交換膜成功構成22隔室結構，在實驗中所使用的雙極膜電滲析酸化池的有效電極面積為1dm2，7隔室結構的組成則主要包括了1張陰離子交換膜、3張陽離子交換膜以及2張雙極膜，然后將其放置于1A電流環境下一般電滲析60分鐘，接著又在1A電流下雙極膜電酸化60分鐘，就能夠有效回收10L大豆豆腐乳清中的34.7%蛋白質和65%的鎂。

2.3 蘋果汁的提取生產

為了滿足大眾對于高品質蘋果汁產品的需求，食品加工企業要加強對蘋果汁的高效生產作業，采用先進的生產技術，從而保障蘋果汁的口感和顏色。為了確保蘋果汁的原汁原味，加工生產企業可以通過加入NaOH把pH值合理控制在3.15。此外，為了避免果汁變成褐色，生產技術人員可以通過加入鹽酸將pH值降低至2.1，這樣就可以不可逆的抑制多酚氧化酶的活性。該種方法雖然可以成功抑制蘋果汁不會變成褐色，保障其穩定性，然而加入的酸堿物質會導致蘋果汁稀釋，影響到人們的口感。隨著雙極膜在食品工業領域的大力推廣應用，人們發現雙極膜電滲析法生產出的蘋果汁，不僅僅具有良好的穩定性和顏值，還保證了其不錯的口感，受到了眾多消費者的青睞。由于在雙極膜的陽離子膜層會產生H+，促使蘋果汁在陽膜外循壞，從而將其pH值從3.15有效降至到2.1；酸化后，蘋果汁又會在陰膜外進行循壞，并與陰離子OH-相接觸，從而又使蘋果汁pH值回到3.15。

3 結束語

綜上所述，為了促進我國食品化工行業穩定持續的發展，我們要不斷加強雙極膜的研究應用工作，要積極研制出更為先進的雙極膜，充分發揮出雙極膜在食品工業領域中的重要作用，為人類社會生產出更多高品質的食物產品，促進生態環境與社會經濟的和諧發展進步。

參考文獻

[1]徐銅文，傅榮強，楊偉華.食品工業中的雙極膜技術[J].膜科學與技術，2014，23（4）：190-196.

[2]任羽西，陳震，林金火. “三明治”雙極膜的制備及其在降解含酚廢水中的應用[J].復合材料學報，2012（3）：1-9.

[3]徐銅文，楊偉華，何炳林.雙極膜的水解離現象——雙基膜的物理構型、離子傳遞及其理論壓降分析[J].中國科學B輯，1999，26（6）：481-488.

[4]周挺進，陳曉，陳日耀，等.靜電紡絲法制備PVA-SA-CuTsPc納米纖維改性CMC-PVA/CS-PVA雙極膜[J].高分子材料科學與工程，

2013，29（1）：166-170.

作者簡介：張雯雯（1985，9-），女，漢族，河南寶豐縣人，碩士，河南質量工程職業學院，食品化工系，助教，研究方向：電化學。

王艷曉（1985，9-），女，漢族，河南魯山縣人，碩士，河南質量工程職業學院，食品化工系，助教，研究方向：化學教育。

許明先（1986，9-），女，漢族，河南汝州市人，本科，平頂山市神馬萬里化工股份有限公司，助理工程師，研究方向：環己醇生產工藝。