萬印華團隊成功將超濾膜技術應用于“海天醬油”生產(chǎn)
2014-04-12 17:04:34
admin
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據(jù)科學網(wǎng)2013年8月27日訊 醬油起源于我國，是人們餐桌上不可或缺的調(diào)味品。但我國是醬油生產(chǎn)大國而非強國，究其原因，產(chǎn)品微生物容易超標且貨架期二次沉淀等技術難題等都是制約行業(yè)發(fā)展的瓶頸。
國內(nèi)醬油傳統(tǒng)的滅菌消毒方法大都采用加熱法，該方法雖簡單易行，但能耗較高，還會影響醬油的風味和色澤，甚至出現(xiàn)返渾現(xiàn)象，嚴重影響了產(chǎn)品質(zhì)量，造成我國醬油難以躋身國際高檔調(diào)味品行列。
現(xiàn)在，通過對傳統(tǒng)釀造工藝進行傳承和創(chuàng)新，國內(nèi)醬油釀造企業(yè)已打破國外企業(yè)技術壟斷。在這其中，中國科學院過程工程研究所（簡稱：過程所）研究員萬印華帶領團隊在協(xié)同創(chuàng)新中的表現(xiàn)可圈可點，他們運用先進的超濾技術成功實現(xiàn)了醬油的精制提質(zhì)。
超濾研發(fā)助力企業(yè)
在日本，相關企業(yè)已成功將超濾技術應用于醬油生產(chǎn)。而在我國，由于傳統(tǒng)醬油超濾系統(tǒng)存在能耗偏高、自動化程度低等不足，特別是由于復雜物料體系中濃差極化和膜污染嚴重，過濾效率低，須對膜進行頻繁清洗，導致連續(xù)生產(chǎn)時間短，膜使用壽命不高，因此該技術在醬油的精制提質(zhì)中并未得到廣泛應用。
佛山市海天調(diào)味食品股份有限公司（以下簡稱：海天公司）把目光鎖定在超濾技術上，希望通過高科技手段保存產(chǎn)品獨特的風味。
2006年，萬印華團隊和海天公司聯(lián)合承擔廣東省經(jīng)貿(mào)委重點技術創(chuàng)新專題項目“提高醬油超濾效率的膜過程控制技術與應用”，過程所研究團隊主要負責對海天公司現(xiàn)有的膜過濾系統(tǒng)進行技術改造和升級的任務。
針對海天醬油超濾系統(tǒng)存在的技術難題，萬印華團隊開發(fā)出以“臨界通量”理論為依據(jù)的高效膜過程優(yōu)化及控制技術以及基于系統(tǒng)水力學優(yōu)化的膜過程污染控制技術，并且研發(fā)了與之配套的膜過濾系統(tǒng)，有效控制膜過濾系統(tǒng)的膜污染，顯著提高了過濾效率，使復雜物體系的高效膜分離濃縮成為可能并實現(xiàn)工業(yè)化應用。
依賴于團隊過硬的技術基礎和海天公司的信任與支持，該項目從小試、中試到產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)一路走來相對順利。
合作第二年，海天公司建立了年產(chǎn)2.5萬噸超濾醬油產(chǎn)業(yè)化裝置。與原工藝相比，新裝置節(jié)能80%，節(jié)水25%，優(yōu)質(zhì)品產(chǎn)率提高5%，膜使用壽命提高1倍以上，且超濾后醬油產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、無沉淀物、細菌總數(shù)低于10cfu/mL，為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。
這進一步增強了企業(yè)協(xié)同創(chuàng)新的信心。2008年底，海天公司新建了年產(chǎn)7.5萬噸的超濾醬油生產(chǎn)裝置且投入生產(chǎn)。隨著新技術的不斷開發(fā)和應用，研發(fā)團隊開發(fā)的膜系統(tǒng)單機產(chǎn)能由*初的2.5萬噸/年提高到20萬噸/年。截至2012年底，海天公司超濾醬油生產(chǎn)線的產(chǎn)能已達到60萬噸/年，近3年實現(xiàn)累計新增收入7.77億元，利潤1.29億元，稅收超過5300萬元。
成績背后甘苦自知
該項目實施過程中，相關技術共獲得國家發(fā)明專利5項，其中兩項已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應用；培養(yǎng)了研究生4名，發(fā)表相關學術論文20篇，其中SCI收錄11篇；獲得國家“863”計劃、廣東省中科院全面戰(zhàn)略合作項目、廣東省經(jīng)貿(mào)委重點技術創(chuàng)新專題項目的支持；2012年“高品質(zhì)醬油高效超濾關鍵技術及產(chǎn)業(yè)化應用”獲得佛山市科學技術獎勵一等獎。
項目成果在海天公司順利實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，膜技術在醬油超濾高效澄清除菌中得以成功應用，建立了優(yōu)質(zhì)超濾醬油生產(chǎn)線，醬油產(chǎn)品質(zhì)量符合釀造醬油國家標準GB18186-2000中高鹽稀態(tài)發(fā)酵醬油的特級標準，同時醬油的衛(wèi)生指標達到并遠超GB2717中的規(guī)定，具有廣闊的市場發(fā)展前景，更是帶動了國內(nèi)多家調(diào)味品生產(chǎn)企業(yè)的合作意向。
協(xié)同創(chuàng)新結出的累累碩果離不開團隊成員的辛勤澆灌。
合作伊始，正值萬印華歸國組建“生物膜分離技術與應用”研究團隊一周年。對于這個年輕的研究團隊而言，人手緊缺是個大問題。萬印華在很長一段時期內(nèi)往返于北京和佛山兩地，他既是科學家、實驗員，又在實際工程中充任操作工，幾乎參與了從工藝優(yōu)化、中試放大、設備改造、生產(chǎn)線建設等各個工作環(huán)節(jié)。
實驗過程可謂“累并快樂著”。實驗所用的進料液醬油生抽須從另一個車間用桶運至實驗現(xiàn)場，一桶生抽重100公斤，每天大概需要搬運六七次。膜過濾產(chǎn)生的醬油清液每小時積累50公斤后須由人工搬運并倒入高6米左右的大儲罐中。一天當中，需要科研人員來回搬運10多次。
重體力活兒并非是對科研人員的唯一挑戰(zhàn)，實驗期間遭遇的挫折更是家常便飯。膜過濾過程中*重要的一項指標是膜通量。由于醬油生抽物性復雜，膜過濾過程中通量衰減很快，導致處理量降低，嚴重影響企業(yè)經(jīng)濟效益。
研究團隊曾嘗試多種傳統(tǒng)方法，卻難以解決問題。通量如果提升不上去，企業(yè)就不會采用膜分離技術，研究團隊所付出的心血和汗水就會付諸東流。
正當大家一籌莫展之際，一次實驗過程中的誤操作卻為大家?guī)韱⑹荆罕緫撜{(diào)小截留液側的閥門因為誤操作被調(diào)大了，10多分鐘后大家才發(fā)現(xiàn)。
“但是，當我們改正后卻發(fā)現(xiàn)，透過液通量比之前有了明顯提高。”一位科研人員說，這一方法的有效性得到進一步系統(tǒng)驗證，研究人員發(fā)現(xiàn)這種方法能將膜的過濾效率提高15%以上。
品質(zhì)升級且節(jié)能增效
小小一滴醬油，融入的不僅是美味，更有高科技對品質(zhì)提升和企業(yè)節(jié)能增效的貢獻。
該項目通過高性能膜材料的篩選、臨界通量下watechliuhede參數(shù)的確定、高效膜過程污染控制技術——換向流—脈沖沖刷技術的開發(fā)和應用、過程控制技術及清洗工藝的研究和優(yōu)化等，在改善原有超濾系統(tǒng)、提高超濾效率的基礎上，投資建成的優(yōu)質(zhì)醬油超濾系統(tǒng)經(jīng)過4年多的監(jiān)測和生產(chǎn)運行，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，各項指標均達到預期水平。
通過超濾技術的成功應用，使海天公司生產(chǎn)的高品質(zhì)醬油產(chǎn)品體態(tài)澄清、質(zhì)量上乘，不僅在國內(nèi)有良好口碑，而且可媲美代表國際先進水平的日本高端醬油產(chǎn)品。
同時，該項目在節(jié)能和降耗方面也顯示出巨大優(yōu)勢，通過采用自主開發(fā)的換向流—脈沖沖刷技術，能有效控制膜污染，使超濾效率相對常規(guī)超濾系統(tǒng)提高30%以上，膜的使用壽命提高了1倍以上。
根據(jù)臨界通量的理論與研究，避免采用大功率的供料泵和循環(huán)泵，并延長超濾運行時間從而減少膜清洗次數(shù)，達到同樣處理1萬噸醬油原料，傳統(tǒng)超濾系統(tǒng)需要耗電20.04度/噸醬油，耗水0.20立方米/噸醬油，而該超濾系統(tǒng)只需要耗電3.40度/噸醬油，耗水0.10立方米/噸醬油，分別降低了84%和50%，節(jié)省能耗達13.6元/噸醬油。按超濾系統(tǒng)年處理醬油10萬噸計算，每年可節(jié)省電費136萬元。
另外，該超濾系統(tǒng)也進一步降低了醬油的體積濃縮率，由原來的25%降低至20%，僅此一項，每1萬噸醬油可以減少低值化醬油500余噸，至少節(jié)約50萬元，按該系統(tǒng)年處理醬油10萬噸計算，年節(jié)約500萬元。
新建年產(chǎn)20萬噸優(yōu)質(zhì)超濾醬油生產(chǎn)線