我国是世界上主要的苹果生产国，同时又是浓缩
苹果汁主产国。由于地理环境和自然条件的限制，我
国的浓缩苹果汁从加工、储存、运输，直至交付到欧美
用户的过程中，色值指标变化幅度较大，有的甚至到
了让客户不可接受的程度。为提高产品色值指标以
及产品的附加值，果蔬汁加工企业一直采用活性炭或
树脂吸附进行苹果汁脱色。而应用超滤工艺脱色苹
果汁，则是一种全新的工艺理念，旨在寻求一种新的
工艺手段来解决苹果汁色值问题。
1 超滤脱色苹果汁的意义
色值是反映浓缩苹果汁颜色深浅程度的一项技
术指标。浓缩苹果汁的初始色值和交货期最终色值
是不同的，初始色值主要取决于加工工艺的控制，而
交货期色值则会随着贮藏时间的延长，特别是在热作
用下，指标会明显下降⋯ 。超滤脱色苹果汁的优点
主要体现在以下几个方面：
1．1 超滤对苹果汁色值指标的控制
在果汁产品加工过程中，超滤一方面能够去除或
部分去除多酚酶类活性蛋白质，有效地减缓多酚酶作
用多酚物质形成的酶促褐变反应；另一方面，在产品
的储存过程中，由于超滤截留了苹果汁中的蛋白质，
能够延缓浓缩苹果汁储存过程中发生的糖一氨反应，
即美拉德非促酶褐变反应，使得浓缩苹果汁色值指标
得到改善。
1．2 能够避免活性炭脱色带来的工艺问题
采用活性炭脱色，在超滤截留液中会积累大量的
活性炭以及果汁固形物，超滤负担增大，同时容易造
成超滤系统生产能力降低，甚至造成超滤膜管的堵
塞。
活性炭微观表面锐利的棱角，在泵的高速运转推
动下，在膜表面用力擦磨，造成超滤膜表面有效层加
速磨损，导致膜寿命小于标准值。同时，活性炭的消
耗和频繁的换膜都会增加成本。
1．3 与树脂吸附比较显现的优势
采用澄清苹果汁的管式膜超滤，是不能完全截留
多酚和蛋白质的，还需要通过树脂吸附等辅助手段去
除多酚物质。
由于树脂吸附对酚类化合物并无选择性，一些具
有突出生理功效的小分子酚类化合物，如类黄酮(芦
丁、槲皮素等)等，在树脂吸附过程中同样会被从果汁
中脱出，降低了果汁的营养价值_2 J。另一方面，树脂
柱吸附苹果汁时，在50～55℃下连续运行20 h以上，
容易污染嗜酸耐热菌。如果采用125℃ 高温杀灭嗜
酸耐热菌，果汁的色值和风味指标均受到损失。超滤
脱色苹果汁，是纯粹的物理分离过程，能够避免嗜酸
耐热菌污染的可能。
1．4 超滤脱色苹果汁
采用超滤脱色苹果汁不仅仅能够解决苹果汁色
值指标的技术问题，还有望实现提取苹果多酚和天然
苹果色素。
2 超滤脱色苹果汁的工艺基础
膜是两相之间的选择性屏障，是一种高分子材
料，通过压差的作用能将料液进行选择性分离。膜分
离工艺与传统过滤器工艺的不同在于，膜可以在分子
范围内进行分离，并且是一种物理过程，不发生相的
变化，也不需要添加助剂。膜的厚度一般为微米级，
依据其孔径的不同，可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤
膜和反渗透膜，根据材料的不同，可分为无机膜和有
机膜。图1显示了4种常见的膜分离过程。
对于微滤而言，膜的截留特性是以膜的孔径来表
征，通常孔径范围在0．1～1 ptm，故微滤膜能对大直
径的菌体、悬浮固体等进行分离，而去除蛋白的能力
很弱。可作为一般料液的澄清、保安过滤、空气除菌。
对于超滤而言，膜的截留特性是以对标准有机物
的截留分子量来表征，通常截留分子量范围在1 000
300 000Da，故超滤膜能对大分子有机物(如蛋白
质、细菌)、胶体、悬浮固体等进行分离，广泛应用于料
液的澄清、大分子有机物的分离纯化、除热源。
对于纳滤而言，膜的截留特性是以对标准NaC1、
MgSO4、CaC12溶液的截留率来表征，通常截留率范
围在60％ ～98％ ，相应截留分子量范围在100～
1 000 Da，故纳滤膜能对小分子有机物等与水、无机
盐进行分离，实现脱盐与浓缩的同时进行。
反渗透的截留对象是所有的离子，仅让水透过
膜，出水为无离子水。反渗透膜能够去除可溶性的金
属盐、有机物、细菌、胶体粒子、发热物质，能截留所有
的离子等，反渗透技术在生产纯净水、软化水、无离子
水方面得到广泛应用。
超滤脱色苹果汁的工艺基础是建立在应用膜的
选择性透过机理，去除果汁含有的多酚类物质及褐变
产物，达到提高苹果汁色值指标的目的。
3 超滤脱色苹果汁工艺实验
3．1 超滤脱色苹果汁工艺
苹果一前处理一榨汁一巴氏杀菌一酶解一超滤
一超滤脱色一蒸发浓缩一巴氏杀菌一灌装
3．2 超滤膜脱色实验概述
实验时间：2002～2003年。
实验类型：中试实验
实验料液：糖度为12。Brix的超滤清汁。
超滤膜的类型：TFM。
3．3 实验方法与步骤
(1)每批次试验前，先测量一定温度和压力条件
下膜的水通量，确定膜特征性能。
(2)取一定量的料液在一定的操作参数下进行脱
色试验，定时观察并记录膜性能(通量、滤液及浓缩液
的质量)等技术参数。
(3)料液浓缩至一定浓度时，根据各种操作的参
数变化确定是否需要加水稀释。
(4)模拟工业生产条件，确定加水量及加水方式。
(5)脱色作业结束后，先用一定量水冲洗系统内
残留的浓缩液。
(6)水冲洗系统，配制一定量的清洗剂溶液进行
系统清洗。
从通量变化图中可以看到，开始通量变化趋势较
大，而后变化趋势趋于缓和。开始时膜表面经过清
洗，污染程度较小，而且此时料液中各种物质的浓度
较小，因此膜的污染情况较轻。但是从污染动力学角
度分析，此时料液中膜被污染的趋势远远大于料液冲
刷带走污染物的趋势。当污染物在膜表面沉积到一
定程度后，污染物在膜表面沉积的阻力变大，较容易
被料液冲刷带走，即达到污染和冲刷的平衡点，此时
膜通量下降较小，通量趋于稳定。
3．5 超滤脱色效益分析
(1)超滤脱色12。Brix苹果汁运行成本设定为
3．5元／t。用活性炭脱色时，活性炭添加量一般为
20t果汁添加10～25 kg活性炭，运行成本6．5～7．0
元／t。树脂脱色按吸附树脂价格、使用年限、树脂再
生所需化学药品计算，树脂脱色运行成本6．8～8．0
元／t。超滤脱色运行成本仅占活性炭脱色、树脂脱色
的50％ 。单位成品浓汁成本下降了20。50元／t。
(2)超滤脱色截留液富含苹果多酚和天然苹果色
素，经过萃取、浓缩等工艺处理，可以得到纯度较高的
干品。据有关信息可知，含量60％ 的苹果多酚国际
市场价格约为1600元人民币／kg。
3．6 实验总结
苹果汁经过超滤脱色处理，有机酸回收率
98．3％，氨基态蛋截留率1．67％。说明超滤脱色对
果汁的酸度、pH以及氨基态氮指标变化影响不大，而
对透光率、色值以及浊度等指标而言均有较大幅度的
提高。因此，利用超滤膜的选择透过性，将色素物质
从苹果汁中分离去除，并且能够有效的保留果汁的糖
分及有机的营养物质。超滤脱色苹果汁色值可达
85％ 以上，而浊度指标小于0．3 NTU。从试验结果
来看，超滤脱色苹果汁是可行的。
4 问题与改进
超滤脱色苹果汁，膜的通量仅为25．2～31．6 L／
(m3·h)，如果要与澄清超滤能力平衡，管式膜的过滤
面积明显不足，因此，本次实验选用得的是TFM 卷
式超滤膜，通过增加膜面积未提高膜的通量。
