萬(wàn)印華團(tuán)隊(duì)成功將超濾膜技術(shù)應(yīng)用于“海天醬油”生產(chǎn)
2014-04-12 17:04:34
admin
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據(jù)科學(xué)網(wǎng)2013年8月27日訊 醬油起源于我國(guó)，是人們餐桌上不可或缺的調(diào)味品。但我國(guó)是醬油生產(chǎn)大國(guó)而非強(qiáng)國(guó)，究其原因，產(chǎn)品微生物容易超標(biāo)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(guó)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(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(xiàn)返渾現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量，造成我國(guó)醬油難以躋身國(guó)際高檔調(diào)味品行列。
現(xiàn)在，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)釀造工藝進(jìn)行傳承和創(chuàng)新，國(guó)內(nèi)醬油釀造企業(yè)已打破國(guó)外企業(yè)技術(shù)壟斷。在這其中，中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所（簡(jiǎn)稱：過(guò)程所）研究員萬(wàn)印華帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在協(xié)同創(chuàng)新中的表現(xiàn)可圈可點(diǎn)，他們運(yùn)用先進(jìn)的超濾技術(shù)成功實(shí)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(guān)企業(yè)已成功將超濾技術(shù)應(yīng)用于醬油生產(chǎn)。而在我國(guó)，由于傳統(tǒng)醬油超濾系統(tǒng)存在能耗偏高、自動(dòng)化程度低等不足，特別是由于復(fù)雜物料體系中濃差極化和膜污染嚴(yán)重，過(guò)濾效率低，須對(duì)膜進(jìn)行頻繁清洗，導(dǎo)致連續(xù)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(yīng)用。
佛山市海天調(diào)味食品股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱：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(dú)特的風(fēng)味。
2006年，萬(wàn)印華團(tuán)隊(duì)和海天公司聯(lián)合承擔(dān)廣東省經(jīng)貿(mào)委重點(diǎn)技術(shù)創(chuàng)新專題項(xiàng)目“提高醬油超濾效率的膜過(guò)程控制技術(shù)與應(yīng)用”，過(guò)程所研究團(tuán)隊(duì)主要負(fù)責(zé)對(duì)海天公司現(xiàn)有的膜過(guò)濾系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造和升級(jí)的任務(wù)。
針對(duì)海天醬油超濾系統(tǒng)存在的技術(shù)難題，萬(wàn)印華團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出以“臨界通量”理論為依據(jù)的高效膜過(guò)程優(yōu)化及控制技術(shù)以及基于系統(tǒng)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(tǒng)，有效控制膜過(guò)濾系統(tǒng)的膜污染，顯著提高了過(guò)濾效率，使復(fù)雜物體系的高效膜分離濃縮成為可能并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。
依賴于團(tuán)隊(duì)過(guò)硬的技術(shù)基礎(chǔ)和海天公司的信任與支持，該項(xiàng)目從小試、中試到產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)一路走來(lái)相對(duì)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(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(wú)沉淀物、細(xì)菌總數(shù)低于10cfu/mL，為企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
這進(jìn)一步增強(qiáng)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)。隨著新技術(shù)的不斷開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，研發(fā)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的膜系統(tǒng)單機(jī)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)線的產(chǎn)能已達(dá)到60萬(wàn)噸/年，近3年實(shí)現(xiàn)累計(jì)新增收入7.77億元，利潤(rùn)1.29億元，稅收超過(guò)5300萬(wàn)元。
成績(jī)背后甘苦自知
該項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，相關(guān)技術(shù)共獲得國(guó)家發(fā)明專利5項(xiàng)，其中兩項(xiàng)已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用；培養(yǎng)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(guó)家“863”計(jì)劃、廣東省中科院全面戰(zhàn)略合作項(xiàng)目、廣東省經(jīng)貿(mào)委重點(diǎn)技術(shù)創(chuàng)新專題項(xiàng)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(yīng)用”獲得佛山市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)一等獎(jiǎng)。
項(xiàng)目成果在海天公司順利實(shí)現(xiàn)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(yīng)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB18186-2000中高鹽稀態(tài)發(fā)酵醬油的特級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)醬油的衛(wèi)生指標(biāo)達(dá)到并遠(yuǎn)超GB2717中的規(guī)定，具有廣闊的市場(chǎng)發(fā)展前景，更是帶動(dòng)了國(guó)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(jié)出的累累碩果離不開(kāi)團(tuán)隊(duì)成員的辛勤澆灌。
合作伊始，正值萬(wàn)印華歸國(guó)組建“生物膜分離技術(shù)與應(yīng)用”研究團(tuán)隊(duì)一周年。對(duì)于這個(gè)年輕的研究團(tuán)隊(duì)而言，人手緊缺是個(gè)大問(wèn)題。萬(wàn)印華在很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)往返于北京和佛山兩地，他既是科學(xué)家、實(shí)驗(yàn)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(shè)備改造、生產(chǎn)線建設(shè)等各個(gè)工作環(huán)節(jié)。
實(shí)驗(yàn)過(guò)程可謂“累并快樂(lè)著”。實(shí)驗(yàn)所用的進(jìn)料液醬油生抽須從另一個(gè)車間用桶運(yùn)至實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，一桶生抽重100公斤，每天大概需要搬運(yùn)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(yùn)并倒入高6米左右的大儲(chǔ)罐中。一天當(dāng)中，需要科研人員來(lái)回搬運(yùn)10多次。
重體力活兒并非是對(duì)科研人員的唯一挑戰(zhàn)，實(shí)驗(yàn)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(xiàng)指標(biāo)是膜通量。由于醬油生抽物性復(fù)雜，膜過(guò)濾過(guò)程中通量衰減很快，導(dǎo)致處理量降低，嚴(yán)重影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。
研究團(tuán)隊(duì)曾嘗試多種傳統(tǒng)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(tuán)隊(duì)所付出的心血和汗水就會(huì)付諸東流。
正當(dāng)大家一籌莫展之際，一次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的誤操作卻為大家?guī)?lái)啟示：本應(yīng)該調(diào)小截留液側(cè)的閥門(mén)因?yàn)檎`操作被調(diào)大了，10多分鐘后大家才發(fā)現(xiàn)。
“但是，當(dāng)我們改正后卻發(fā)現(xiàn)，透過(guò)液通量比之前有了明顯提高。”一位科研人員說(shuō)，這一方法的有效性得到進(jìn)一步系統(tǒng)驗(yàn)證，研究人員發(fā)現(xiàn)這種方法能將膜的過(guò)濾效率提高15%以上。
品質(zhì)升級(jí)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(duì)品質(zhì)提升和企業(yè)節(jié)能增效的貢獻(xiàn)。
該項(xiàng)目通過(guò)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(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(yīng)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(tǒng)、提高超濾效率的基礎(chǔ)上，投資建成的優(yōu)質(zhì)醬油超濾系統(tǒng)經(jīng)過(guò)4年多的監(jiān)測(cè)和生產(chǎn)運(yùn)行，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到預(yù)期水平。
通過(guò)超濾技術(shù)的成功應(yīng)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(guó)內(nèi)有良好口碑，而且可媲美代表國(guó)際先進(jìn)水平的日本高端醬油產(chǎn)品。
同時(shí)，該項(xiàng)目在節(jié)能和降耗方面也顯示出巨大優(yōu)勢(shì)，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(duì)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(zhǎng)超濾運(yùn)行時(shí)間從而減少膜清洗次數(shù)，達(dá)到同樣處理1萬(wàn)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(dá)13.6元/噸醬油。按超濾系統(tǒng)年處理醬油10萬(wàn)噸計(jì)算，每年可節(jié)省電費(fèi)136萬(wàn)元。
另外，該超濾系統(tǒng)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(xiàng)，每1萬(wàn)噸醬油可以減少低值化醬油500余噸，至少節(jié)約50萬(wàn)元，按該系統(tǒng)年處理醬油10萬(wàn)噸計(jì)算，年節(jié)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