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2 0 1 0 l 熏 研 究 与 探 索 超滤芹菜汁预澄清剂的选择 曾 伶 ( 福建农林 大学机 电工程 学院 , 福 建 福 州 3 5 0 0 0 2 ) 摘 要 : 文章探 讨使 用澄 清剂 解决超 滤 芹菜 汁过 程 中膜污 染 的问题 。 用 实验 方法 实现 对澄清 剂 的选 择。实 验以透光率、 果胶含量为参数, 比较果胶酶和壳聚糖对芹菜汁的澄清效果 , 选 出适合芹菜汁的澄清剂及澄清剂 最佳作用条件, 并 以渗透流量指标 , 用超滤膜超滤验证, 考察其对膜污染的影响。 关键词: 芹菜汁; 澄清; 果胶酶; 壳聚糖 中图分类 号 : T S 2 5 5 3 6文献标 识码 : A 芹菜营养丰富而且具有特殊的香味, 是大家喜爱 的一种绿色蔬菜。同时芹菜还是一种保健食品, 它有 降压安神的作用, 能保护血管、 增强免疫功能。 老年人 常食用芹菜能辅助治疗高血压、 动脉硬化、 神经衰弱、 失眠和便秘等疾病l 1 。 采用超滤技术代替传统过滤方式生产 出的芹菜 汁营养成份高, 清澈透 明, 感观质量好, 而且具有较好 的稳定性。但是在芹菜汁的超滤生产中, 要确保连续 性生产的顺利进行, 就必须延缓膜污染 , 在保证有较 大渗透流量 的前提下尽量延长清洗周期 。 所谓膜污染 是指物料中的微粒 , 胶体粒子或溶质大分子 ( 例如: 果 胶, 淀粉, 蛋 白质等) 与膜存在物理化学相互作用或机 械作用而引起 的在膜表面或膜孔 内吸附沉积造成膜 孔径变小或堵塞, 使膜产生透过流量与分离特性的不 可逆变化现象 2 。为了延缓膜污染, 可 以考虑在超滤 前用澄清剂初步澄清 以去除部分易引起膜污染的果 胶 、 蛋 白质等大分子物质。 目前常用的澄清剂有果胶 酶与壳聚糖。 本实验 以透光率、 果胶含量为参数, 通过 比较两种澄清剂的澄清效果, 选出适合芹菜汁的澄清 剂及澄清剂最佳作用 条件 , 并以渗透流量指标 , 用超 滤膜超滤验证, 考察其对实验膜污染的影响。 1 材料 与方法 1 1 实验材 料 选择新鲜、 无变色、 健壮的市售芹菜, 去除根与其 它杂物 , 保留芹菜叶, 将芹菜清洗干净, 即为实验用芹 菜原材料。 芹菜汁的制取流程 :洗净一榨汁一加热至 9 0 ( 除酶保色) 一离心 ( 4 0 0 0转, 1 5 分钟) 一取上清液一 实验料液。 壳聚糖: 莆田琼脂厂 ; 柠檬酸: 化学纯 , 广东汕头 西陇工厂 ; 果胶酶 : 诺和诺德果胶酶; 碳酸氢钠: 化学 纯, 惠安涂塞化工厂 。 1 2试 验测定 方法 主流量及渗透流量的测定: 用量杯接主流液或滤 液, 同时用秒表计时, 用溶液体积除以相应的时间来 表示; 澄清度测定: 7 2 5型紫外分光光度计在 7 0 0 n m处 测菜汁透光率 ( 值) , 蒸馏水为空 白; p H 值测定: P H H J 9 0 B型 p H 仪 ; 果胶测定: 用变性酒精法定性测定 3 。 2结果与讨论 2 1 澄 清剂 的选择 为了选出适合芹菜汁的澄清剂,实验 以透光率、 果胶含量为参数, 比较果胶酶和壳聚糖对芹菜汁的澄 清效果。 因为试验水平数较多,不适合采用正交试验法, 所以本试验采用 我国数学家方开泰和王元共 同创立 的均匀设计法 进行试验 设计, 大大减少 了试验数 量, 而且还获得了较满意的效果。因素水平表见表 1 、 表 2 。 作者简介: 曾伶( 1 9 7 0年一) , 女, 讲师, 研究方向: 农产 品储藏与加工。 研 究与探索 2 0 1 0 葡 表 1 因素水平表 ( 果胶酶) 水平 表 2 因素水平表 ( 壳聚糖) 果胶酶试验的影响因素为 p H值、 酶量 ( m l t ) 、 时 间( h ) , 根据因素个数和水平数选择 了个合适的均匀 设计表 u 1 1 ( 1 1 m ) 及其对应 的使用表 。将 p H值、 酶量 ( m l t ) 、 时间( h ) 分别放置在第 1 、 第 5 、 第 7列设计试 验方案进行试验, 经沉淀过滤取过滤液测果胶含量, 结果如表 3 所示。 壳聚糖试验的影响因素为壳聚糖量 ( ) 、 p H值 、 温度 ( ) 、 时间 ( h ) , 根据因素个数和水平数选择 了个 合适的均匀设计表 U 1 0 ( 1 0 5 。 ) 。将壳聚糖量 ( ) 、 p H值、 酶量( m l t ) 、 时间( h ) 分别放置在第 1 、 第 3 、 第 5 、 第 7 列设计试验方案进行试验 , 经沉淀过滤取 过滤液测果胶含量, 结果如表 4 所示。 经过分析对照可知, 就总体而言, 壳聚糖比果胶 酶更有效除果胶 。使用果胶酶有一定的温度要求 , 而 使用壳聚糖受温度影响不大。而且壳聚糖无毒、 无 FU A 速 N 农 N ON 害、 制备简单、 操作方便 , 因此本研究选定壳聚糖作 初步澄清芹菜汁的澄清剂 。 表 3 均匀试验设计方案及 结果 ( 果胶酶) U 1 1 ( 1 1 ) 注: 温度为 4 5 表 4 均匀试验设计方案及结果 ( 壳聚糖) U 1 0 ( 1 0 5 ) 2 2澄清剂 最佳 试验 号 使用澄清剂时,其工艺参数对其澄清效果有影 响,因此本实验采用单因素试验分析研究澄清剂剂 量、 温度、 p H值对澄清效果的影响 , 以果胶含量 、 透光 率为指标。 由于加热易使菜汁风味发生变化, 为了尽量减少 5 5 5 5 5 l L 2 3 , 4乱5 明 5 5 5 5 5 L 2 3&4 t 5 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 m 龠2 0 1 0 FUJ A 速 N 农 NO N机G J I 研 究与探索 芹菜汁受热时间, 因而选定在常温下使用壳聚糖。 ( 1 ) 壳聚糖量对澄清效果的影响: 在常温、 芹菜汁 自然 p H值下( p H : 4 8 6 ) ,分别取壳聚糖量为( ) 0 0 5 、 0 2 、 0 1 、 0 5 、 0 8 、 1 0 、 1 2进行澄清,测得果 胶含量如表 5 : 嬗光翠 表 5 壳聚糖量对果胶含量的影响 壳聚糖量 ( ) 果胶含量 ( g) 0 0 0 92 0 0 o 88 O 0o 79 O 0o 81 0 O1 02 0011 2 0O1 1 7 001 1 8 如上表所示, 壳聚糖量在 0 2 左右澄清效果较 好 。 ( 2 ) p H值对澄清效果的影 响: 在常温下 , 壳聚糖 量为 O 2 ,调 p H值分别为 3 2 、 3 7 8 、 4 2 5 、 4 8 6 、 5 3 5 、 5 9 3进行澄清 , 测得果胶含量如表 6 : 表 6 p H 值对果胶含量的影响 p H值果胶含量 ( g ) 3 2 000 75 3 7 8 000 78 4 2 5 O O 08 0 4 8 6 O 0 O8 3 553 0 0 09 6 593 0 0l 1 5 表 7结果表明: 当壳聚糖 的 p H值 4 2 5以下时澄 清效果较好。 ( 3 ) p H 值及时间对透光率的影响如图 1 所示: 从图 1可以看出 p H值对澄清效果有显著影响, 当 p H值较 小时, 澄清效果较佳 , 预澄清的 p H值将与 后续的超滤操作参数中的 p H 值综合考虑制定。 图中 S I = I 小时, S 2 : 2小时, S 3 : 3小时。当 p H 值 较小时, 透光率随着时间的增长而增大; 当 p H值较大 时, 这种趋势不 明显; 当 p H值在 4 2 5 左右时, 澄清时 间大于 2小时, 透光率较高, 因此澄清时间定在 2 3 小时 。 时间 PH 图 1 p H值及时间对透光率的影响 2 3使 用澄清 剂 的效果 验证 制备三份芹菜 原汁, 一份用果胶酶澄清 , 一份用 壳聚糖澄清, 离心后分别用切割分子量为 6万的超滤 膜进行超滤, 操作参数 P= 0 8 M P a 、t = 3 7 C 、 V 主 = 2 2 5 L h , 开机 3 0分钟后测渗透流量 , 以渗透流量为指标, 比较 处理的效果。结果如表 7 : 表 7 澄清剂对渗透流量的影响 种类 渗 透 流 速 ( L, h ) 原汁8 0 7 果胶酶 汁 l 1 2 壳 聚 糖 汁 1 2 6 从上表也可看 出, 用壳聚糖澄清 的芹菜汁超滤的 渗透流量大于用果胶酶澄清的菜汁 , 这说明前者更能 有效地延缓膜污染,选择壳聚糖作为澄清剂是正确 的。 3结论 从实验结果可知, 当生产超滤的芹菜汁时, 选用 壳聚糖作超滤前预澄清剂, 能比果胶酶更有效去除易 引起膜污染 的果胶等大分子物质,有效地延缓膜污 染, 使芹菜汁在后续超滤工序 中, 能以较高 的渗透流 量进行连续性生产 , 提高劳动生产率。而且使用壳聚 糖受温度影响不大, 且无毒 、 无害、 制备简单 、 操作方 便 , 因此本研究选定壳聚糖作初步澄清芹菜汁的澄清 剂。 壳聚糖澄清的最佳作用条件: p H = 4 2 5 ; 壳聚糖添 加量 : 0 2 ; 时问: 3小时; 温度 : 常温 。 1 2 3 5 7 2 O O O O 0 1 研 究与探 索 2 0 1 0 雨蒲 参考文献 : 1 金同铭 浅谈芹菜的营养 与药用 J 蔬菜, 1 9 9 8 ( 6 ) : 2 8 2 刘忠洲、 续曙光、 李锁定 微滤、 超滤过程中的膜 污染与清洗 J 水处理技术, 1 9 9 7 ( 4 ) : 3 9 3 李文炳译 不产生沉淀的猕猴 桃浓缩汁的生产 I 福速农机 l FUJ I AN NO NGJI J 食品与发酵工业, 1 9 8 9 ( 2 ) : 7 8 8 1 4 方开泰 均匀设计与均匀设计表 M 北京: 科学 出版社, 1 9 9 6 5 梁灵, 王鸿飞 , 师俊玲, 易建华 果胶酶和壳聚糖 对猕 猴桃 果汁澄清 作用 的研 究 J 食品科技, 1 9 9 8( 1 ) : 3 2 3 5 ( 上接第 4 3页) 操作方式 , 以后可以根据需要进一步 升级为全 自动方式。半人工操作方式即: 生产控制参 数 由上位机下达给 P L C , P L C把生产情况反馈给上位 机 。 生产中工件在每个工序的加工 由P L C根据生产参 数控制加工, 加工现状 由P L C控制三色灯提示给现场 操作人员, 操作人员根据三色灯的提示控制加工工序 的启动、 工件 的转移。 由于用户要求, 该生产线上要 同时生产不同加工 参数产 品。 也就是说在这条生产线上每个工位正在加 工的工件的加工参数都可能不一样, 这给 P L C的程序 设计带来很大 的麻烦。但这个 问题是不好回避 的, 因 为根据用户的规划,这条生产线还会进一步扩充, 扩 充后不可能在一条线上只生产一种参数的产品。 为了 解决这个 问题 , P L C的程序设计上采用开设多个 D B 区的方法 , 给每个工位分配一个 D B区。 一个工件要进 入生产线的时候, 先 由上位机把该工件参数下到第一 个工位的 D B区。只有在参数进入工位 的 D B区之后 , 该工位的状态才提示为“ 准备完毕” , 这时候操作人员 才能启动该工位的操作。该工位加工完毕后 , 操作人 员按“ 转移 ” 按钮, 这时候该工件的加工参数就被转移 到下一个工位的 D B区, 下一工位提 准备完毕 ” , 而 原工位的 D B区就可以准备接受新的加工参数 了。这 样, 可 以实现每个工件的加工参数始终随着工件在生 产线上转移, 生产线上每个工件的参数均可不同。 整个生产线 的工作流程设定如下:首先系统上 电, 上位机、 P L C开机, 然后 P L C控制各槽加水到工作 水位上限, 水位到位后, 各组加热器全开, 将槽温加热 至工作温度下 限, 转为半开 , 继续加热到工作温度上 限差 1 度 , 关加热器, 到此生产线工作准备结束。 上位机开始设定工件的加工参数并下到 P L C第 一 工位 D B区,第一工位三色灯提示第一工位准备完 毕, 工件可进入第一工位 , 操作员按第一工位启动按 钮 开始加工 , 加工完毕后 , 第一工位三色灯提示加工 结束 , 操作员必须在 限定时间内按下转移按钮 , 将加 工参数送入第二工位 D B区, 并把工件送入第二工位, 再按下第二工位的启动按钮, 否则系统将判定该工件 加工出错 , 如此一个一个工位做下去 , 直至全部工序 完成。 4结束语 本系统利用西门子 S 7 3 0 0系列 P L C实现了对该 电镀生产线的加工工艺控制。 该系统的优点首先是控 制完善 , 各项加工条件联锁保护严密, 如水位达不到 要求, 加热器无法启动。再如操作员没在规定时间里 转移启动工件加工或没按工作流程加工工件 , 该工件 均将被判定为加工失败并记录在上位机数据库。其 次, 该系统能同时控制在生产线上加工多批次不 同参 数的工件, 使生产更加灵活。经过一段时间的生产检 验, 证 明了该系统具有很好 的可靠性

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