原子力显微镜在食品加工领域膜制备中的应用

膜过滤技术在食品加工领域一直以惊人的速度快速发展，而影响膜分离技术可行性的一个重要因素就是其过滤速度。为了实现最佳的膜过滤技术，必须研究膜的制备、形态和性质的关系，了解其过滤的基本机制。膜能否用于某些特定的流体加工工业取决于其表面形貌及内部微观结构，这与膜的制造过程有关，运用AFM可对反渗透膜、微滤膜及超滤膜进行以下各项指标的观测研究。

有部分学者对膜表面结构进行观察和测定，分析孔径和孔径分布，并研究膜表面结构与性能的关系，发现膜的性能与孔尺寸和孔径分布和谐统一。与此同时，有些科学工作者还指出，如果对膜孔尺寸和膜的切割分子量有一个大致的认识，对于超滤膜和纳滤膜的表面结构将带来很大的方便。

同时经过与其他观测方法（SEM,TEM）的比较，发现由于AFM对样品基本上无预处理的要求，对样品损坏极小，所以其观测结果比以往的方法更为准确可信。AFM将在膜过滤技术中得到越来越广泛的应用，并有望成为膜表面观察的首选技术。

通常认为，由高分子材料制备得到的合成膜表面应当是光滑的，因此不希望在膜的制备过程中产生表面带有花纹的膜。但是，随着膜科学技术的发展和对膜现象的深入了解，人们发现表面看似有花纹的膜在其透过通量上比平整的膜表面有更大的优势。AFM利用其先进的扫描技术和分析方法可以对膜的表面图像进行分析，得到其粗糙度参数，并可研究膜的表面粗糙度与膜的透过通量及受污染程度之间的关系。

AFM对膜表面形态与结构的成像与分析，对于膜制备过程中的成膜机理研究也带来了极大的帮助。通过观测膜的表面形貌及粗糙度可以推断出其成膜的相分离机理，同时研究影响成膜过程的各种因素如凝胶浴的组成及温度、膜液的组成等，并掌握其随条件变化的规律，以求制备出性能良好的膜。

研究发现在AFM悬臂上粘附某种颗粒（如一种球形颗粒）以取代针尖的硅/二氧化硅，即可通过测量该颗粒与膜表面之间的作用力来确定其在膜表面的粘附程度，从而预见膜表面的污染状况。

在不同的过滤时期对膜进行了定性观测，分析滤饼在流体过滤（脱脂奶过滤、果汁澄清）时形成的过程及其对过滤的影响，探讨膜过滤技术的机制。也可以运用AFM对不同膜进行观察比较，以选择合适的膜用于特定用途，如观察发现NF及Desal-5DK都适用于果汁浓缩，而后者得到的浓缩汁浓度较高。

食品包装工业以食品保鲜为目的，必须生产出一系列廉价的可隔绝气体、水分以及气味的聚合体膜，如聚丙烯膜、氧化硅气体隔绝膜等，AFM可测量氧化硅气体隔绝膜的空隙大小和密度，还可对未处理和预处理过的聚丙烯膜进行分析，并与其他实验技术相结合来研究膜的各项性质以及不同制备条件对膜的影响，从而优化膜的预处理方法。

在食品工业（以及家庭）中，与食品材料或成品有所接触的一系列表面必须是平滑、卫生、防磨损及易于保持卫生质量的。不锈钢、环氧树脂及聚亚安酯等都是广泛用于制造与食品有所接触的各种表面的材料，其中某些材料容易磨损，磨损后不易于清理，对食品卫生产生不利影响。产生这一结果的原因在于材料的磨损使其表面结构和化学组成发生变化，所以检测材料的粗糙度尤为重要。将传统方法与AFM进行比较，发现传统方法得到的结果数据较为粗糙且重复率差，不利于对不同的表面材料（尤其是粗糙度相差极小的两样品）进行比较，而运用AFM观察可得到纳米级的测量结果，精确度较好且重复率高，故而可对各种不同材料进行研究分析和比较，并为设计生产新型表面材料提供数据信息及资料。分别对磨光和未磨光的不锈钢表面进行AFM成像所得的结果，可以观测比较两种材料的表面形貌，同时还可测量Ra值，达到纳米级的测量结果，为实验生产提供有效数据

AFM在较短的时间内发展迅速，如今已成为研究微观材料、分子、原子等的有利工具，它无需对样品进行预处理，成像条件简单且实验结果分辨率高，故而在许多领域得到广泛应用。如文中所述，AFM的应用使人们更深层次的了解多糖、胶类等食品材料的结构和性质，促进了食品工业的发展。而AFM在食品领域的应用尚处于起步阶段，随着AFM技术的不断改进，它也将成为研究食品材料，改进食品工艺流程的重要手段。如可以对酒类（如白酒、啤酒等）中颗粒进行AFM研究，了解其超微结构及对酒类品质的影响，并分析在酒类酿造过程中影响这些颗粒结构的因素，以此为依据找出最佳的工艺条件，从而改善酿造工艺，使酒类的品质得到改善，口感更细腻、柔滑。随着AFM技术的不断改进，人们还可用它观察分子内的作用力及胶体的相互作用。可见，AFM技术为食品科学的研究与发展开创了一条新的道路，为科学工作者提供了新的研究手段。值得注意的是，成像结果会受针尖的形状和尺寸的影响，也容易受许多参数（如反馈回路和扫描速度等）的影响。所以研究工作者仍努力改进实验方法，将这些因素考虑入内。随着研究的不断进展，新的成像模式和制样方法会相继出现并应用于AFM的常规应用，使AFM技术日趋成熟。