万印华团队成功将超滤膜技术应用于“海天酱油”生产

2014-04-12 17:04:34 admin 977
来源:《中国科学报》 刘伟 / 时间:2013-8-28 14:49:58
  据科学网2013年8月27日讯 酱油起源于我国,是人们餐桌上不可或缺的调味品。但我国是酱油生产大国而非强国,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等都是制约行业发展的瓶颈。
  国内酱油传统的灭菌消毒方法大都采用加热法,该方法虽简单易行,但能耗较高,还会影响酱油的风味和色泽,甚至出现返浑现象,严重影响了产品质量,造成我国酱油难以跻身国际高档调味品行列。
  现在,通过对传统酿造工艺进行传承和创新,国内酱油酿造企业已打破国外企业技术垄断。在这其中,中国科学院过程工程研究所(简称:过程所)研究员万印华带领团队在协同创新中的表现可圈可点,他们运用先进的超滤技术成功实现了酱油的精制提质。
  超滤研发助力企业
  在日本,相关企业已成功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和膜污染严重,过滤效率低,须对膜进行频繁清洗,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。
  佛山市海天调味食品股份有限公司(以下简称:海天公司)把目光锁定在超滤技术上,希望通过高科技手段保存产品独特的风味。
  2006年,万印华团队和海天公司联合承担广东省经贸委重点技术创新专题项目“提高酱油超滤效率的膜过程控制技术与应用”,过程所研究团队主要负责对海天公司现有的膜过滤系统进行技术改造和升级的任务。
  针对海天酱油超滤系统存在的技术难题,万印华团队开发出以“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,有效控制膜过滤系统的膜污染,显著提高了过滤效率,使复杂物体系的高效膜分离浓缩成为可能并实现工业化应用。
  依赖于团队过硬的技术基础和海天公司的信任与支持,该项目从小试、中试到产业化生产一路走来相对顺利。
  合作第二年,海天公司建立了年产2.5万吨超滤酱油产业化装置。与原工艺相比,新装置节能80%,节水25%,优质品产率提高5%,膜使用寿命提高1倍以上,且超滤后酱油产品质量稳定、无沉淀物、细菌总数低于10cfu/mL,为企业带来可观的经济效益。
  这进一步增强了企业协同创新的信心。2008年底,海天公司新建了年产7.5万吨的超滤酱油生产装置且投入生产。随着新技术的不断开发和应用,研发团队开发的膜系统单机产能由*初的2.5万吨/年提高到20万吨/年。截至2012年底,海天公司超滤酱油生产线的产能已达到60万吨/年,近3年实现累计新增收入7.77亿元,利润1.29亿元,税收超过5300万元。
  成绩背后甘苦自知
  该项目实施过程中,相关技术共获得国家发明专利5项,其中两项已实现产业化应用;培养了研究生4名,发表相关学术论文20篇,其中SCI收录11篇;获得国家“863”计划、广东省中科院全面战略合作项目、广东省经贸委重点技术创新专题项目的支持;2012年“高品质酱油高效超滤关键技术及产业化应用”获得佛山市科学技术奖励一等奖。
  项目成果在海天公司顺利实现产业化,膜技术在酱油超滤高效澄清除菌中得以成功应用,建立了优质超滤酱油生产线,酱油产品质量符合酿造酱油国家标准GB18186-2000中高盐稀态发酵酱油的特级标准,同时酱油的卫生指标达到并远超GB2717中的规定,具有广阔的市场发展前景,更是带动了国内多家调味品生产企业的合作意向。
  协同创新结出的累累硕果离不开团队成员的辛勤浇灌。
  合作伊始,正值万印华归国组建“生物膜分离技术与应用”研究团队一周年。对于这个年轻的研究团队而言,人手紧缺是个大问题。万印华在很长一段时期内往返于北京和佛山两地,他既是科学家、实验员,又在实际工程中充任操作工,几乎参与了从工艺优化、中试放大、设备改造、生产线建设等各个工作环节。
  实验过程可谓“累并快乐着”。实验所用的进料液酱油生抽须从另一个车间用桶运至实验现场,一桶生抽重100公斤,每天大概需要搬运六七次。膜过滤产生的酱油清液每小时积累50公斤后须由人工搬运并倒入高6米左右的大储罐中。一天当中,需要科研人员来回搬运10多次。
  重体力活儿并非是对科研人员的唯一挑战,实验期间遭遇的挫折更是家常便饭。膜过滤过程中*重要的一项指标是膜通量。由于酱油生抽物性复杂,膜过滤过程中通量衰减很快,导致处理量降低,严重影响企业经济效益。
  研究团队曾尝试多种传统方法,却难以解决问题。通量如果提升不上去,企业就不会采用膜分离技术,研究团队所付出的心血和汗水就会付诸东流。
  正当大家一筹莫展之际,一次实验过程中的误操作却为大家带来启示:本应该调小截留液侧的阀门因为误操作被调大了,10多分钟后大家才发现。
   “但是,当我们改正后却发现,透过液通量比之前有了明显提高。”一位科研人员说,这一方法的有效性得到进一步系统验证,研究人员发现这种方法能将膜的过滤效率提高15%以上。
  品质升级且节能增效
  小小一滴酱油,融入的不仅是美味,更有高科技对品质提升和企业节能增效的贡献。
  该项目通过高性能膜材料的筛选、临界通量下watechliuhede参数的确定、高效膜过程污染控制技术——换向流—脉冲冲刷技术的开发和应用、过程控制技术及清洗工艺的研究和优化等,在改善原有超滤系统、提高超滤效率的基础上,投资建成的优质酱油超滤系统经过4年多的监测和生产运行,产品质量稳定,各项指标均达到预期水平。
  通过超滤技术的成功应用,使海天公司生产的高品质酱油产品体态澄清、质量上乘,不仅在国内有良好口碑,而且可媲美代表国际先进水平的日本高端酱油产品。
  同时,该项目在节能和降耗方面也显示出巨大优势,通过采用自主开发的换向流—脉冲冲刷技术,能有效控制膜污染,使超滤效率相对常规超滤系统提高30%以上,膜的使用寿命提高了1倍以上。
  根据临界通量的理论与研究,避免采用大功率的供料泵和循环泵,并延长超滤运行时间从而减少膜清洗次数,达到同样处理1万吨酱油原料,传统超滤系统需要耗电20.04度/吨酱油,耗水0.20立方米/吨酱油,而该超滤系统只需要耗电3.40度/吨酱油,耗水0.10立方米/吨酱油,分别降低了84%和50%,节省能耗达13.6元/吨酱油。按超滤系统年处理酱油10万吨计算,每年可节省电费136万元。
  另外,该超滤系统也进一步降低了酱油的体积浓缩率,由原来的25%降低至20%,仅此一项,每1万吨酱油可以减少低值化酱油500余吨,至少节约50万元,按该系统年处理酱油10万吨计算,年节约500万元。 

 

膜分离设备

新建年产20万吨优质超滤酱油生产线

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