電滲析組合物以及使用電滲析處理水溶液的方法技術(shù)

一種電滲析系統(tǒng)用于生產(chǎn)改變了ｐＨ而無(wú)令人厭惡的氣味和味道的電滲析組合物。水溶液與膜電滲析系統(tǒng)接觸且應(yīng)用有效量的電勢(shì)從而使水溶液的ｐＨ至少改變約２．０，并提供總陽(yáng)離子或陰離子濃度約為１．０Ｎ或更低的電滲析組合物，且單個(gè)陽(yáng)離子或陰離子濃度約０．６Ｎ或更低，且游離氯含量約２ｐｐｍ或更低。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及使用電滲析處理水溶液從而提供電滲析組合物的方法。更具體地，水溶液與膜電滲析系統(tǒng)接觸，有效地提供理想的感觀性質(zhì)、提高或降低了pH和/或減少了陰離子和/或陽(yáng)離子濃度的電滲析組合物。該電滲析系統(tǒng)在外加的中等電場(chǎng)影響下利用半透的、離子選擇性膜的組合物以提供電滲析組合物。
技術(shù)介紹
食品加工通常需要pH調(diào)節(jié)以獲得所需的產(chǎn)品穩(wěn)定性并用于進(jìn)一步的加工。在食品中直接加入酸(如HCl)和堿(如NaOH)用以調(diào)節(jié)pH，包括水，可能不為現(xiàn)行的食品法規(guī)所允許，至少不能為某些食品所使用。直接加入食品酸化劑(如乳酸)或堿(如磷酸鈉)，難免導(dǎo)致這樣的酸化或堿化食品的味道顯著(通常是負(fù)面的)改變。隨后的中和可導(dǎo)致不需要的沉淀，這損壞食品的感觀性質(zhì)并使其它的加工更加困難。向食品中加入酸或堿的一個(gè)可供選擇的方法是使用通過(guò)電解和/或電滲析生成的組合物。電滲析(ED)用于從一種水溶液向另一種水溶液分離溶解的鹽或其它雜質(zhì)。導(dǎo)致這些溶解的鹽或其它雜質(zhì)分離的原因是在建立于陰極(負(fù)電勢(shì)電極)和陽(yáng)極(正電勢(shì)電極)之間外加的直流場(chǎng)的影響下，離子轉(zhuǎn)移穿過(guò)半透的、離子選擇性膜。該膜對(duì)單價(jià)或多價(jià)離子具有選擇性，這取決于是否需要分離單價(jià)或多價(jià)的陽(yáng)離子和/或陰離子。該分離過(guò)程導(dǎo)致鹽或雜質(zhì)的濃縮液(被稱為濃縮液或鹽水)和鹽或雜質(zhì)的消耗流(被稱為稀釋液)。濃縮液和稀釋液流入電滲析儀器的溶液室中，其安置在陽(yáng)極和陰極之間并被可更換的陽(yáng)離子和陰離子選擇性膜分隔。與陽(yáng)電極和陰極相鄰的最外室，具有流動(dòng)于其間的再循環(huán)電極清洗液，以維持陰極和陽(yáng)電極的清潔。附附圖說(shuō)明圖1中舉例說(shuō)明了一類電滲析儀器的示意圖。附圖1中所示的電滲析儀器20具有一系列可更換的陽(yáng)離子半透的、離子選擇性膜C和陰離子半透的、離子選擇性膜A，安置在正直流電電勢(shì)陽(yáng)極22和負(fù)直流電電勢(shì)陰極24之間。陽(yáng)離子選擇性膜C和陰離子選擇性膜A之間形成分隔室。如附圖1所示，濃縮液和稀釋液分別如箭頭26和28所示流過(guò)相鄰室，從而由離子選擇性膜分離濃縮液和稀釋液。稀釋液可包含鹽(如氯化鈉(NaCl))或雜質(zhì)(如酸性氯化鎂(MgCl2)溶液中的氯化鈉(NaCl)或者氯化鈉(NaCl)和氯化鉀(KCl)溶液中的氯化鈣(CaCl2)和氯化鎂(MgCl2))。由于穿過(guò)單個(gè)室的電勢(shì)和分離單個(gè)室的陽(yáng)離子和陰離子選擇性膜，陽(yáng)離子(如氫離子(H+)、鈉離子(Na+)、鎂離子(Mg+2)、鈣離子(Ca+2)和鉀離子(K+))和陰離子(如氯離子(Cl-))以及水(水化膜和滲透)趨向于從稀釋液轉(zhuǎn)移至濃縮液。一旦濃縮液含有這些陽(yáng)離子和陰離子，就進(jìn)行回收并用于商業(yè)目的。此外，純化的或鹽-消耗的稀釋液也可能具有增加的商業(yè)價(jià)值。由于電極處潛在的電化學(xué)反應(yīng)而引發(fā)的影響(例如氣味)經(jīng)由選擇性膜從工藝物流分離得到的清洗液的處理而最小化。如附圖1示意圖進(jìn)一步所示，電極清洗液在與陽(yáng)極22相鄰的最外室30和與陰極24相鄰的最外室32中循環(huán)。與陰極相接觸的水溶液將產(chǎn)生氫氣。相似地，與陽(yáng)極相接觸的水溶液將產(chǎn)生氧氣。結(jié)果，循環(huán)通過(guò)室32的電極清洗液中的pH水平增加，同時(shí)循環(huán)通過(guò)室30的電極清洗液中的pH水平降低。因?yàn)榱鹘?jīng)室30和32后電極清洗液相混合，電滲析儀器20中所用的電極清洗液pH水平的增加和降低趨向于平衡。由于電滲析單元中存在分離單個(gè)室的膜，電極清洗液中的氫氣和氧氣總是保持分離。許多當(dāng)前的ED系統(tǒng)的缺陷在于它們無(wú)法處理適當(dāng)?shù)乃芤阂蕴峁┚哂锌山邮躳H水平和感觀性質(zhì)的ED組合物。此外，工藝物流和電極的直接接觸(如在電解時(shí))導(dǎo)致受電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物的污染。專利技術(shù)簡(jiǎn)介本專利技術(shù)涉及生產(chǎn)具有能改變pH但無(wú)令人厭惡的氣味和味道的電滲析組合物的電滲析(ED)方法。大多數(shù)情況下，電滲析組合物適于人直接消費(fèi)(除了極端的pH如低于2.0)或可作為食品成分用于食品中。該ED方法使用的儀器包括建立于陰極(負(fù)電勢(shì)電極)和陽(yáng)極(正電勢(shì)電極)間的外加的中等電場(chǎng)的影響下的半透的、離子選擇性膜。該膜和電場(chǎng)可有效地從添加的水溶液中分離溶解的離子而不降低所得電滲析組合物的感觀性質(zhì)。該ED方法可有效地提高或降低水溶液的pH，且無(wú)需加入堿或酸進(jìn)行pH調(diào)節(jié)。因?yàn)椴患尤胨岷蛪A，也就不形成不需要的的沉淀和鹽；因此，就無(wú)需從所得產(chǎn)物中除去沉淀或鹽。而且，沒(méi)有通過(guò)加入酸或堿而向電滲析組合物中引入令人厭惡的氣味和味道。因此，所得電滲析組合物適于許多與食品相關(guān)的應(yīng)用，包括但不限于，直接消費(fèi)和用于加工的食品中。所處理的水溶液的類型、ED儀器的設(shè)計(jì)及其運(yùn)行參數(shù)，可有效地用于提供電滲析組合物，其為中等的酸或堿但不包括或基本上不含令人厭惡的化合物，如游離氯、次氯酸、氯酸鹽和/或臭氧。該ED方法包括使用膜電滲析系統(tǒng)接觸總陰離子或陽(yáng)離子濃度低于約1.8N的水溶液。該膜系統(tǒng)包括位于多層陽(yáng)離子或陰離子膜之間的雙極膜。當(dāng)水溶液的pH預(yù)期增加時(shí)，該雙極膜優(yōu)選置于陰離子膜之間；當(dāng)水溶液的pH預(yù)期降低時(shí)，該雙極膜優(yōu)選置于陽(yáng)離子膜之間。膜均置于陰極和陽(yáng)極之間?？山?jīng)膜電滲析處理的水溶液包括總陰離子或陽(yáng)離子濃度為約1.8N或更低，優(yōu)選約1.0N或更低。所處理的水溶液應(yīng)基本上不含微生物和有害雜質(zhì)。在本專利技術(shù)的一個(gè)方面中，應(yīng)用跨越陽(yáng)極和陰極的電勢(shì)一段時(shí)間以有效地提供電滲析溶液，該溶液具有降低的pH且總陽(yáng)離子濃度約為1.0N或更低，優(yōu)選約0.5N或更低，最優(yōu)選約0.1N或更低，總陽(yáng)離子濃度約為0.5N或更低，優(yōu)選約0.3N或更低，單個(gè)陽(yáng)離子的濃度約為0.6N或更低，優(yōu)選約0.3N或更低，最優(yōu)選約0.04N或更低，以及有效氯或游離氯的含量約為2ppm或更低，優(yōu)選約1.0ppm或更低。該電滲析組合物的pH為5.0或更低，優(yōu)選pH約為1至約5。在本專利技術(shù)的另一個(gè)方面中，應(yīng)用跨越陽(yáng)極和陰極的電勢(shì)一段時(shí)間以有效地提供電滲析溶液，該溶液具有增加的pH且總陰離子濃度約為1.0N或更低，優(yōu)選約0.5N或更低，最優(yōu)選約0.1N或更低，單個(gè)陰離子的濃度約為0.6N或更低，優(yōu)選約0.3N或更低，最優(yōu)選約0.04N或更低，以及游離氯含量約為2ppm或更低，優(yōu)選約1.0ppm或更低。該電滲析組合物的pH為8.0或更高，優(yōu)選pH約為9至約13。在另一方面中，適于人消費(fèi)的電滲析組合物的制備方法包括使總陰離子或陽(yáng)離子濃度低于約1.8N的水溶液與一種膜電滲析系統(tǒng)接觸。該膜系統(tǒng)包括至少一個(gè)位于多層陽(yáng)離子膜或多層陰離子膜之間的雙極膜。所有的膜均置于陰極和陽(yáng)極之間。應(yīng)用跨越陽(yáng)極和陰極的電勢(shì)一段時(shí)間，以有效地提供電滲析組合物，該組合物的總陰離子或總陽(yáng)離子濃度低于1.0N，單個(gè)陽(yáng)離子或陰離子濃度低于約0.6N，以及游離氯含量低于1ppm。附圖簡(jiǎn)介附圖1是本專利技術(shù)現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)圖。附圖2是降低pH的膜電滲析系統(tǒng)的一個(gè)例子。附圖3是增加pH的膜電滲析系統(tǒng)的一個(gè)例子。附圖4是降低pH的膜電滲析系統(tǒng)的另一個(gè)例子。附圖5是增加pH的膜電滲析系統(tǒng)的另一個(gè)例子。專利技術(shù)詳述本專利技術(shù)的ED方法可有效地提供適于人消費(fèi)的ED組合物。這里所用“適于人消費(fèi)”意指不含有害的或未經(jīng)許可的化學(xué)制品以及令人厭惡的氣味或味道。該ED方法可有效地用于提供ED組合物，其中不需要的化合物的水平已降低至無(wú)法嘗出的程度。例如，該ED組合物含有低于約2ppm有效氯或游離氯，優(yōu)選低于約1ppm，以及不可檢測(cè)水平的次氯酸、氯酸鹽和臭氧。水溶液可本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種電滲析的方法，包括：使總陰離子或陽(yáng)離子濃度為１．８Ｎ或更低的水溶液與一種膜電滲析系統(tǒng)接觸，該膜電滲析系統(tǒng)包括至少一個(gè)位于多層陽(yáng)離子或多層陰離子膜之間的雙極膜、陰極和陽(yáng)極，此時(shí)所有膜置于陰極和陽(yáng)極之間；應(yīng)用跨越陽(yáng)極和陰極的 電勢(shì)一段時(shí)間，以有效地使該水溶液的ｐＨ至少改變２．０并提供電滲析組合物，該組合物的總陰離子或總陽(yáng)離子濃度為１．０Ｎ或更低，單個(gè)陽(yáng)離子或陰離子濃度為０．６Ｎ或更低，以及游離氯含量為２ｐｐｍ或更低。

【技術(shù)特征摘要】
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：CP克勞利，JP羅，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：卡夫食品集團(tuán)公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：US[美國(guó)]