萬印華團隊成功將超濾膜技術應用于“海天醬油”生產
2014-04-12 17:04:34
admin
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據科學網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。但我國是醬油生產大國而非強國，究其原因，產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發展的瓶頸。
國內醬油傳統的滅菌消毒方法大都采用加熱法，該方法雖簡單易行，但能耗較高，還會影響醬油的風味和色澤，甚至出現返渾現象，嚴重影響了產品質量，造成我國醬油難以躋身國際高檔調味品行列。
現在，通過對傳統釀造工藝進行傳承和創新，國內醬油釀造企業已打破國外企業技術壟斷。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同創新中的表現可圈可點，他們運用先進的超濾技術成功實現了醬油的精制提質。
超濾研發助力企業
在日本，相關企業已成功將超濾技術應用于醬油生產。而在我國，由于傳統醬油超濾系統存在能耗偏高、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，導致連續生產時間短，膜使用壽命不高，因此該技術在醬油的精制提質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品獨特的風味。
2006年，萬印華團隊和海天公司聯合承擔廣東省經貿委重點技術創新專題項目“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有的膜過濾系統進行技術改造和升級的任務。
針對海天醬油超濾系統存在的技術難題，萬印華團隊開發出以“臨界通量”理論為依據的高效膜過程優化及控制技術以及基于系統水力學優化的膜過程污染控制技術，并且研發了與之配套的膜過濾系統，有效控制膜過濾系統的膜污染，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工業化應用。
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、中試到產業化生產一路走來相對順利。
合作第二年，海天公司建立了年產2.5萬噸超濾醬油產業化裝置。與原工藝相比，新裝置節能80%，節水25%，優質品產率提高5%，膜使用壽命提高1倍以上，且超濾后醬油產品質量穩定、無沉淀物、細菌總數低于10cfu/mL，為企業帶來可觀的經濟效益。
這進一步增強了企業協同創新的信心。2008年底，海天公司新建了年產7.5萬噸的超濾醬油生產裝置且投入生產。隨著新技術的不斷開發和應用，研發團隊開發的膜系統單機產能由*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線的產能已達到60萬噸/年，近3年實現累計新增收入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明專利5項，其中兩項已實現產業化應用；培養了研究生4名，發表相關學術論文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略合作項目、廣東省經貿委重點技術創新專題項目的支持；2012年“高品質醬油高效超濾關鍵技術及產業化應用”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產業化，膜技術在醬油超濾高效澄清除菌中得以成功應用，建立了優質超濾醬油生產線，醬油產品質量符合釀造醬油國家標準GB18186-2000中高鹽稀態發酵醬油的特級標準，同時醬油的衛生指標達到并遠超GB2717中的規定，具有廣闊的市場發展前景，更是帶動了國內多家調味品生產企業的合作意向。
協同創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化、中試放大、設備改造、生產線建設等各個工作環節。
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場，一桶生抽重100公斤，每天大概需要搬運六七次。膜過濾產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，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，嚴重影響企業經濟效益。
研究團隊曾嘗試多種傳統方法，卻難以解決問題。通量如果提升不上去，企業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帶來啟示：本應該調小截留液側的閥門因為誤操作被調大了，10多分鐘后大家才發現。
“但是，當我們改正后卻發現，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驗證，研究人員發現這種方法能將膜的過濾效率提高15%以上。
品質升級且節能增效
小小一滴醬油，融入的不僅是美味，更有高科技對品質提升和企業節能增效的貢獻。
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和應用、過程控制技術及清洗工藝的研究和優化等，在改善原有超濾系統、提高超濾效率的基礎上，投資建成的優質醬油超濾系統經過4年多的監測和生產運行，產品質量穩定，各項指標均達到預期水平。
通過超濾技術的成功應用，使海天公司生產的高品質醬油產品體態澄清、質量上乘，不僅在國內有良好口碑，而且可媲美代表國際先進水平的日本高端醬油產品。
同時，該項目在節能和降耗方面也顯示出巨大優勢，通過采用自主開發的換向流—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泵，并延長超濾運行時間從而減少膜清洗次數，達到同樣處理1萬噸醬油原料，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10萬噸計算，每年可節省電費136萬元。
另外，該超濾系統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，至少節約50萬元，按該系統年處理醬油10萬噸計算，年節約500萬元。
新建年產20萬噸優質超濾醬油生產線