[科普中国]-过滤除菌

原理

过滤除菌的原理有惯性撞击截留作用、拦截截留作用、布朗扩散截留作用等。

惯性撞击截留作用当含有微生物颗粒的空气通过滤层时，空气流仅能从纤维间的间隙通过，由于纤维纵横交错，层层叠叠，迫使空气流不断改变运动方向和速度。由于微生物颗粒的惯性大于空气，因而当空气流遇阻而绕道前进时，微生物颗粒未能及时改变它的运动方向，而撞击并被截留于纤维的表面。

拦截截留作用当空气通过过滤层的气速较低时，惯性撞击截留作用作用很小，拦截截留作用起主要作用。当微粒直径小、质量轻，它随气流运动慢慢靠近纤维时，微粒所在主导气流流线受纤维所阻改变流动方向，绕过纤维前进，并在纤维的周围形成一层边界滞留区，滞留区的气流流速更慢，进到滞留区的微粒慢慢靠近和接触纤维而被黏附截留。拦截截留的截留效率与气流的雷诺准数和微粒同纤维的直径比有关。

布朗扩散截留作用当空气通过过滤层时，直径很小的微粒在缓慢流动的气流中，会有明显的布朗运动，促使微粒和纤维接触和被捕集。这种作用在较大的气速、较大的纤维间隙中不起作用，因为此时布朗运动不明显。

过滤除菌法在食品工业中应用的优势与食品工业中应用的其它灭菌方法相比较,过滤除菌法具有如下显著的优势 :

有效保持产品的色香味和营养成分过滤除菌过程是在常温下进行, 因而特别适用于对热敏感的物质, 如啤酒、牛奶、果汁饮料等;同时过滤分离工艺中物料是在闭合回路中运转,这样减少了空气中氧的影响,而热和氧都对食品加工影响很大;物料在通过过滤膜的迁移过程中也不会发生性质的改变;过滤分离过程属于冷法杀菌,代替传统的需要加热的巴氏杀菌工艺;所以可以尽可能地不改变产品的原汁原味,从而有效地保持了产品的色香味和营养成分。

节约能源和绿色环保效果明显过滤除菌过程不发生相变化，具有冷杀菌的优势, 与发生相变的分离方法相比较, 能源消 耗低，并且采用清洁能源电力，“工业三废”(指工业生产所排放的废水、废气、固体废弃物)减少,因此节约能源和绿色环保效果明显。

简化操作流程和应用范围广过滤除菌分离过程工艺操作相对简单,容易实现自动化控制,装置占地面积也少, 设备维修 方便，装置寿命长，与巴氏杀菌相比较，简化了操作流程。同时应用的范围很广泛。1

过滤除菌法在食品工业中的应用酒类生产中的应用1.纯生啤酒的过滤除菌

纯生啤酒的生产不经过高温杀菌，采用无菌过滤法滤除酵母菌、杂菌,使啤酒避免受到热损伤,保持了原有的新鲜口味,最后一道工序采用严格的无菌灌装,避免了二次污染,保质期一般可达180天。纯生啤酒与一般的生啤酒有区别, 一般的生啤酒虽然也没有经过高温杀菌, 但它采用的是硅藻土过滤机,只能滤掉酵母菌,而杂菌不能被滤掉,因此一般的生啤酒保质期一般在3-7天。无菌过滤法是目前常用的冷杀菌法，经硅藻土过滤机和精滤机过滤后的啤酒,再进入无菌过滤组合系统过滤,包括复式深层无菌过滤系统和膜式无菌过滤系统。经过无菌过滤后,要求能基本除去酵母和其他所有微生物营养细胞。

2.黄酒的过滤除菌

由于黄酒是一种非蒸馏酒，未经处理的原酒中含有大量的浑浊物、胶体物、细菌及其它微生物。为提高黄酒的品质,延长存放时间,必须对黄酒进行过滤灭菌后方可投入市场销售。采用过滤除菌法替代传统的蒸汽灭菌法,由于在较低温度下即可出去大肠杆菌及其它杂菌、悬浮杂质,对降低原材料消耗和生产成本,提高黄酒的品质有着重要的作用。

3.白酒、葡萄酒等其它果酒的过滤除菌

用无机膜对白酒、葡萄酒等其它果酒进行过滤除菌,经过滤后不仅可以有效去除微生物,而且可以明显提高产品的澄清度,保持产品的色、香、味,提高产品的保存期。

调味品生产中的应用1. 酱油的过滤除菌

由于酱油的生产过程多数暴露在自然空间,在原料发酵分解过程中,伴随着多种微生物的生长繁殖,如细菌类、放线菌类、酵母菌类等微生物。这些菌类的存在,不但影响着酶的正常分解作用, 而且产生一些异样气味及现象,致使酱油发生变味、甚至变质。在酱油生产出来后,及时地将这些杂菌杀死或除去,以保证酱油质量不变,显得至关重要。通过酱油的生产实践可知,在过滤除菌法中使用不大于0.5μm的过滤膜便可把酱油中的杂菌完全除去。

2. 醋的过滤除菌

液态由稀醇生产醋的发酵过程中，由于黑色杆菌的存在导致液体产品的浑浊,通常采用无机膜及氧化锆连续的错流过滤可以去除浓缩物中的黑色杆菌,使液体产品得到澄清,并可以除去细菌。

牛奶的过滤除菌陶瓷膜在脱脂牛奶的除菌和牛奶的浓缩方面有很好的应用前景。2

果汁饮料的过滤除菌20世纪80年代初,无机膜过滤除菌技术就在法国果汁行业得到广泛应用,主要是除去很容易引起果汁变质的细菌、果胶及粗蛋白质,而且过滤果汁品质优良,比巴氏杀菌生产的果汁更具有芳香味。

水处理领域中的应用超滤技术在水处理领域主要应用在饮用水深度处理、地表水处理、海水淡化、中水回用等方面。饮用水的质量直接影响着人们的健康, 超滤技术能有效去除水中的悬浮物、细菌、病毒、重金属、氟化物、氯化物、消毒副产物和农药残留物等都可能对健康构成威胁的物质,具有占地面积小、处理效率高等特点。3

空气的过滤除菌使用过滤法去除空气中的微生物是一种比较简易的空气消毒方法。虽然经过滤空气尚不易达列完全灭菌,但由过滤处理中一般不使用热力和消毒剂,因此为人们所乐于接受。门前该法已普遍用于建筑物均通风、个人防护和生物制品工业中。4