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鳀鱼蒸煮液膜浓缩回收技术的研究

作　者: 周晓蕾
导　师: 杨贤庆
学　校: 上海海洋大学
专　业: 食品科学与工程
关键词: 蒸煮液超滤建模纳滤清洗
分类号: X792
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

鳀鱼具有“体小、易烂、值低”?的特点,主要原因是其内源酶活性强,脂肪含量较高,捕捞后易变质,因此离水后需立刻加工处理。近年随着船上加工技术的改进,形成了“捕捞加工一体化”的海上移动加工模式,生产鳀鱼干制品,年产量达3,000t,因此每年也将产生5,250t的鳀鱼蒸煮液。目前,对富含蛋白质的鳀鱼蒸煮液利用较少,甚至直接丢弃。这不仅造成资源的浪费,同时也对海洋和陆地环境造成污染。将这部分废弃液变废为宝是现代海产品高值化加工的必然趋势。本研究采用超滤和纳滤技术从鳀鱼蒸煮液中浓缩回收蛋白质和氨基酸,脱除盐分,并研究超滤膜通量衰减机理,对膜通量衰减过程进行模拟。主要研究内容如下:确定了从鳀鱼蒸煮液中浓缩回收有效成分的工艺路线:鳀鱼蒸煮液先静置,再过0.2μm的微滤膜进行预处理,然后采用30kDa的超滤膜进行浓缩,此方法处理速度较快,脱盐效果较好,但对氨基酸浓缩效果较差;蒸煮液经预处理后进行纳滤浓缩,此方法对蛋白质和氨基酸的浓缩效果较好,但是处理速度慢且脱盐效果差。采用SDS-PAGE凝胶电泳的方法,研究了蒸煮液中蛋白质分子量的分布情况,结果显示蛋白质分子量均大于36KDa。根据对鳀鱼蒸煮液中蛋白质分子量的研究,选择分子截留量(MWCO)分别为5 kDa、10kDa、30kDa、50kDa和100kDa的聚醚砜膜进行对比试验,从膜通量以及蛋白质、氨基酸态氮和氯化钠的截留率四方面考虑,确定MWCO为30kDa的超滤膜分离效果最好。在单因素试验的基础上,对操作参数进行了正交优化,确定了MWCO为30 kDa超滤膜浓缩的最佳操作条件为:操作温度30℃,操作压力0.30MPa,进样流速10.5L/h,pH 8.0,膜通量达146.5L/m2h。将样品蒸煮液进行浓缩,体积浓缩倍数为6.0时,蛋白质浓缩倍数5.12倍,蛋白质的截留率为85.3%,氨基酸态氮浓缩倍数为1.56,截留率为26.1%;氯化钠浓缩倍数为2.77,截留率为46.1%,显示出较好的蛋白质浓缩和脱盐效果,对于氨基酸态氮基本无截留。该研究成果对实现对鳀鱼加工下脚料的高值化利用提供有益的参考数据。试验采用单一的化学清洗剂对聚醚砜膜进行清洗,结果发现先用蒸馏水清洗30min,再用0.3N NaOH清洗30min,最后用蒸馏水洗至中性,膜通量的恢复率达91.4%。由于此方法化学清洗剂的用量少,操作方便,经济实用,因此可用于工业化大规模生产中聚醚砜膜的清洗。采用Matlab 7.1.0 Release统计软件,通过多元非线性回归的方法,建立了超滤法浓缩鳀鱼蒸煮液的数学模型。经检验,此模型的拟合值与实验值相对误差较小,在0.44%～10.00%范围内;拟合值和实验值具有较好的相关性,相关系数均在0.99左右,因此基本能准确估计不同操作条件下的膜通量。在工业化设计和实践中,可以根据该数学模型预测超滤条件的变化对超滤过程的影响,有效地控制浓差极化和膜污染。采用聚酰胺卷式复合纳滤膜对鳀鱼蒸煮液进行纳滤浓缩的最佳工艺条件为:温度为30℃,操作压力为2.0MPa,pH为5.0,进样流速为1.4m3/h。将样品进行浓缩,样品浓缩倍数为5.0倍,其中氨基酸态氮的浓缩倍数为4.61倍,截留率为92.2%;蛋白质的浓缩倍数为4.90,截留率为98.0%;氯化钠的浓缩倍数为4.77,截留率为95.4%,膜通量为14.93 L/m2h,显示出对氨基酸态氮和蛋白质良好的浓缩性能,脱盐效果不理想,但不影响鳀鱼海鲜酱的制备。同时,聚酰胺卷式复合膜清洗简单方便,适合于大规模的工业化连续生产。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-12
第一章绪论  12-26
  1.1 鳀鱼  12-13
  1.2 膜分离技术简介  13
  1.3 膜分离技术基础研究概况  13-17
    1.3.1 膜分离的传质机理  13-15
    1.3.2 膜污染及其影响因素  15-16
    1.3.3 膜污染物研究技术  16-17
  1.4 减轻浓差极化及膜污染的方法  17-21
    1.4.1 料液的预处理  17-18
    1.4.2 膜面性质改良  18-19
    1.4.3 改变操作条件  19-20
    1.4.4 膜的清洗  20-21
  1.5 膜分离技术在食品行业的应用  21-23
    1.5.1 在乳品加工中的应用  22
    1.5.2 在果蔬汁饮料加工中的应用  22-23
    1.5.3 在（废）水处理中的应用  23
  1.6 本研究立题依据  23-24
  1.7 主要研究内容  24-26
第二章超滤法浓缩鳀鱼蒸煮液的工艺研究  26-46
  2.1 引言  26
  2.2 实验材料与仪器  26-28
    2.2.1 实验材料  26
    2.2.2 实验试剂  26-27
    2.2.3 仪器设备  27-28
  2.3 实验方法  28-32
    2.3.1 蛋白质含量的测定  28
    2.3.2 氯化钠含量的测定  28-29
    2.3.3 氨基酸态氮含量的测定  29
    2.3.4 不溶性固形物含量的测定  29-30
    2.3.5 蛋白质分子量的测定  30
    2.3.6 样品预处理方法的选择  30-31
    2.3.7 膜孔径的确定  31
    2.3.8 操作温度的确定  31
    2.3.9 超滤压力的确定  31
    2.3.10 进样流速的确定  31
    2.3.11 样品pH 的确定  31
    2.3.12 膜污染试验  31
    2.3.13 膜清洗试验  31-32
    2.3.14 结果显著性分析  32
  2.4 结果与讨论  32-45
    2.4.1 超滤前样品预处理方法的研究  32-33
    2.4.2 膜孔径对膜浓缩过程的影响  33-35
    2.4.3 聚醚砜超滤膜最佳操作工艺的选择  35-41
    2.4.4 聚醚砜膜清洗方法的研究  41-45
  2.5 小结  45-46
第三章鳀鱼蒸煮液浓缩蛋白质的超滤数学模型  46-57
  3.1 引言  46-47
  3.2 实验材料与仪器  47-48
    3.2.1 实验材料  47
    3.2.2 实验试剂  47-48
    3.2.3 仪器设备  48
  3.3 实验方法  48-49
    3.3.1 鳀鱼蒸煮液超滤过程的控制  48-49
    3.3.2 纯水膜通量的测定  49
    3.3.3 超滤压力的计算  49
    3.3.4 超滤膜通量的计算  49
    3.3.5 蛋白质含量的测定  49
    3.3.6 模型参数计算  49
  3.4 结果与分析  49-55
    3.4.1 聚醚砜膜超滤过程  49-50
    3.4.2 超滤模型的建立  50-52
    3.4.3 模型求解与参数估算  52-54
    3.4.4 模型的检验  54-55
    3.4.5 模型的讨论  55
  3.5 小结  55-57
第四章纳滤膜浓缩鳀鱼蒸煮液的工艺研究  57-67
  4.1 引言  57-58
  4.2 实验材料与仪器  58-59
    4.2.1 实验材料  58
    4.2.2 实验试剂  58
    4.2.3 仪器设备  58-59
  4.3 实验方法  59
    4.3.1 蛋白质含量的测定  59
    4.3.2 氨基酸态氮含量的测定  59
    4.3.3 氯化钠含量的测定  59
    4.3.4 纯水膜通量的测定  59
    4.3.5 纳滤膜的清洗  59
    4.3.6 结果显著性分析  59
  4.4 结果与分析  59-66
    4.4.1 鳀鱼蒸煮液纳滤浓缩工艺的研究  59-65
    4.4.2 浓缩倍数对纳滤过程的影响  65
    4.4.3 不同化学清洗剂清洗效果的比较  65-66
  4.5 小结  66-67
第五章结论  67-69
展望  69-70
创新点  70-71
参考文献  71-79
致谢  79

鳀鱼蒸煮液膜浓缩回收技术的研究

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