萬(wàn)印華團隊成功將超濾膜技術(shù)應用于“海天醬油”生產(chǎn)
2014-04-12 17:04:34
admin
1040
據科學(xué)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(shù)難題等都是制約行業(yè)發(fā)展的瓶頸。
國內醬油傳統的滅菌消毒方法大都采用加熱法，該方法雖簡(jiǎn)單易行，但能耗較高，還會(huì )影響醬油的風(fēng)味和色澤，甚至出現返渾現象，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味品行列。
現在，通過(guò)對傳統釀造工藝進(jìn)行傳承和創(chuàng )新，國內醬油釀造企業(yè)已打破國外企業(yè)技術(shù)壟斷。在這其中，中國科學(xué)院過(guò)程工程研究所（簡(jiǎn)稱(chēng)：過(guò)程所）研究員萬(wàn)印華帶領(lǐng)團隊在協(xié)同創(chuàng )新中的表現可圈可點(diǎn)，他們運用先進(jìn)的超濾技術(shù)成功實(shí)現了醬油的精制提質(zhì)。
超濾研發(fā)助力企業(yè)
在日本，相關(guān)企業(yè)已成功將超濾技術(shù)應用于醬油生產(chǎn)。而在我國，由于傳統醬油超濾系統存在能耗偏高、自動(dòng)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(guò)濾效率低，須對膜進(jìn)行頻繁清洗，導致連續生產(chǎn)時(shí)間短，膜使用壽命不高，因此該技術(shù)在醬油的精制提質(zhì)中并未得到廣泛應用。
佛山市海天調味食品股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)：海天公司）把目光鎖定在超濾技術(shù)上，希望通過(guò)高科技手段保存產(chǎn)品獨特的風(fēng)味。
2006年，萬(wàn)印華團隊和海天公司聯(lián)合承擔廣東省經(jīng)貿委重點(diǎn)技術(shù)創(chuàng )新專(zhuān)題項目“提高醬油超濾效率的膜過(guò)程控制技術(shù)與應用”，過(guò)程所研究團隊主要負責對海天公司現有的膜過(guò)濾系統進(jìn)行技術(shù)改造和升級的任務(wù)。
針對海天醬油超濾系統存在的技術(shù)難題，萬(wàn)印華團隊開(kāi)發(fā)出以“臨界通量”理論為依據的高效膜過(guò)程優(yōu)化及控制技術(shù)以及基于系統水力學(xué)優(yōu)化的膜過(guò)程污染控制技術(shù)，并且研發(fā)了與之配套的膜過(guò)濾系統，有效控制膜過(guò)濾系統的膜污染，顯著(zhù)提高了過(guò)濾效率，使復雜物體系的高效膜分離濃縮成為可能并實(shí)現工業(yè)化應用。
依賴(lài)于團隊過(guò)硬的技術(shù)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(lái)相對順利。
合作第二年，海天公司建立了年產(chǎn)2.5萬(wàn)噸超濾醬油產(chǎn)業(yè)化裝置。與原工藝相比，新裝置節能80%，節水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)量穩定、無(wú)沉淀物、細菌總數低于10cfu/mL，為企業(yè)帶來(lái)可觀(guān)的經(jīng)濟效益。
這進(jìn)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(wàn)噸的超濾醬油生產(chǎn)裝置且投入生產(chǎn)。隨著(zhù)新技術(shù)的不斷開(kāi)發(fā)和應用，研發(fā)團隊開(kāi)發(fā)的膜系統單機產(chǎn)能由*初的2.5萬(wàn)噸/年提高到20萬(wàn)噸/年。截至2012年底，海天公司超濾醬油生產(chǎn)線(xiàn)的產(chǎn)能已達到60萬(wàn)噸/年，近3年實(shí)現累計新增收入7.77億元，利潤1.29億元，稅收超過(guò)5300萬(wàn)元。
成績(jì)背后甘苦自知
該項目實(shí)施過(guò)程中，相關(guān)技術(shù)共獲得國家發(fā)明專(zhuān)利5項，其中兩項已實(shí)現產(chǎn)業(yè)化應用；培養了研究生4名，發(fā)表相關(guān)學(xué)術(shù)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略合作項目、廣東省經(jīng)貿委重點(diǎn)技術(shù)創(chuàng )新專(zhuān)題項目的支持；2012年“高品質(zhì)醬油高效超濾關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化應用”獲得佛山市科學(xué)技術(shù)獎勵一等獎。
項目成果在海天公司順利實(shí)現產(chǎn)業(yè)化，膜技術(shù)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(xiàn)，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(shí)醬油的衛生指標達到并遠超GB2717中的規定，具有廣闊的市場(chǎng)發(fā)展前景，更是帶動(dòng)了國內多家調味品生產(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(kāi)團隊成員的辛勤澆灌。
合作伊始，正值萬(wàn)印華歸國組建“生物膜分離技術(shù)與應用”研究團隊一周年。對于這個(gè)年輕的研究團隊而言，人手緊缺是個(gè)大問(wèn)題。萬(wàn)印華在很長(cháng)一段時(shí)期內往返于北京和佛山兩地，他既是科學(xué)家、實(shí)驗員，又在實(shí)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(xiàn)建設等各個(gè)工作環(huán)節。
實(shí)驗過(guò)程可謂“累并快樂(lè )著(zhù)”。實(shí)驗所用的進(jìn)料液醬油生抽須從另一個(gè)車(chē)間用桶運至實(shí)驗現場(chǎng)，一桶生抽重100公斤，每天大概需要搬運六七次。膜過(guò)濾產(chǎn)生的醬油清液每小時(shí)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(lái)回搬運10多次。
重體力活兒并非是對科研人員的唯一挑戰，實(shí)驗期間遭遇的挫折更是家常便飯。膜過(guò)濾過(guò)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(guò)濾過(guò)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方法，卻難以解決問(wèn)題。通量如果提升不上去，企業(yè)就不會(huì )采用膜分離技術(shù)，研究團隊所付出的心血和汗水就會(huì )付諸東流。
正當大家一籌莫展之際，一次實(shí)驗過(guò)程中的誤操作卻為大家帶來(lái)啟示：本應該調小截留液側的閥門(mén)因為誤操作被調大了，10多分鐘后大家才發(fā)現。
“但是，當我們改正后卻發(fā)現，透過(guò)液通量比之前有了明顯提高?！币晃豢蒲腥藛T說(shuō)，這一方法的有效性得到進(jìn)一步系統驗證，研究人員發(fā)現這種方法能將膜的過(guò)濾效率提高15%以上。
品質(zhì)升級且節能增效
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)節能增效的貢獻。
該項目通過(guò)高性能膜材料的篩選、臨界通量下watechliuhede參數的確定、高效膜過(guò)程污染控制技術(shù)——換向流—脈沖沖刷技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應用、過(guò)程控制技術(shù)及清洗工藝的研究和優(yōu)化等，在改善原有超濾系統、提高超濾效率的基礎上，投資建成的優(yōu)質(zhì)醬油超濾系統經(jīng)過(guò)4年多的監測和生產(chǎn)運行，產(chǎn)品質(zhì)量穩定，各項指標均達到預期水平。
通過(guò)超濾技術(shù)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，不僅在國內有良好口碑，而且可媲美代表國際先進(jìn)水平的日本高端醬油產(chǎn)品。
同時(shí)，該項目在節能和降耗方面也顯示出巨大優(yōu)勢，通過(guò)采用自主開(kāi)發(fā)的換向流—脈沖沖刷技術(shù)，能有效控制膜污染，使超濾效率相對常規超濾系統提高30%以上，膜的使用壽命提高了1倍以上。
根據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(cháng)超濾運行時(shí)間從而減少膜清洗次數，達到同樣處理1萬(wàn)噸醬油原料，傳統超濾系統需要耗電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%，節省能耗達13.6元/噸醬油。按超濾系統年處理醬油10萬(wàn)噸計算，每年可節省電費136萬(wàn)元。
另外，該超濾系統也進(jìn)一步降低了醬油的體積濃縮率，由原來(lái)的25%降低至20%，僅此一項，每1萬(wàn)噸醬油可以減少低值化醬油500余噸，至少節約50萬(wàn)元，按該系統年處理醬油10萬(wàn)噸計算，年節約500萬(wàn)元。
新建年產(chǎn)20萬(wàn)噸優(yōu)質(zhì)超濾醬油生產(chǎn)線(xiàn)