陶瓷膜技術(shù)在黃酒生產(chǎn)中的應(yīng)用
行業(yè)動(dòng)態(tài)
膜分離技術(shù)具有分離效率高、設(shè)備簡單、操作方便和節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。膜分離按照膜孔徑的不同可分為反滲透、納濾、超濾及微濾。在膜科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中，開發(fā)較早的膜材料是有機(jī)聚合材料，它在很多方面有獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)，也有一些自身無法克服的缺點(diǎn)，如不耐高溫、酸堿、有機(jī)溶劑，機(jī)械強(qiáng)度不夠，易堵塞，不易清理等，限制了其在各個(gè)領(lǐng)域中的使用。無機(jī)膜是一種固態(tài)膜。常用的無機(jī)膜材料通常是溶膠-凝膠法將性能穩(wěn)定的Al2O3、TiO2及SiO2等材料鍍?cè)谔沾傻妮d體上，也稱為陶瓷膜。與有機(jī)膜相比，無機(jī)陶瓷膜在實(shí)際應(yīng)用中具有化學(xué)穩(wěn)定性好，能耐酸、耐堿、耐有機(jī)溶劑，機(jī)械強(qiáng)度大，抗微生物能力強(qiáng)，耐高溫，孔徑分布窄，分離效率高等優(yōu)勢。無機(jī)膜的不足之處在于造價(jià)較高，不耐強(qiáng)堿，并且無機(jī)材料脆性大，彈性小，給膜的成型加工及組件裝備帶來很大困難。
膜過濾在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用非常廣泛，主要包括牛乳的加工、果汁澄清、調(diào)味品除菌、除雜以及飲用水的凈化等。采用的多是無機(jī)微濾膜和超濾膜。微濾主要用于除菌、澄清等。超濾主要用于蛋白質(zhì)的分離精制、脫鹽與濃縮以及細(xì)菌等的去除。
黃酒是我國的傳統(tǒng)特色發(fā)酵產(chǎn)品，其酒味醇厚、酒性柔順，營養(yǎng)豐富。但由于黃酒在生產(chǎn)和保存過程中會(huì)產(chǎn)生沉淀現(xiàn)象，影響黃酒的感官質(zhì)量和商品價(jià)值。用超濾可以把黃酒中的蛋白質(zhì)等渾濁物及細(xì)菌分離出來，從而實(shí)現(xiàn)同步除菌、除濁的目的。本文采用陶瓷膜超濾裝置過濾黃酒，探討了超濾時(shí)間、壓力、溫度對(duì)膜通量的影響，考查了相關(guān)質(zhì)量指標(biāo)的變化規(guī)律。試驗(yàn)表明，在溫度為20℃～25℃，壓力為0.2MPa～0.25MPa時(shí)，用孔徑為0.15μm膜過濾黃酒，其中高分子蛋白質(zhì)的去除率為56.9%，黃酒的穩(wěn)定性顯著提高，且理化指標(biāo)符合要求，保持了黃酒的傳統(tǒng)風(fēng)味。
1 實(shí)驗(yàn)材料和方法
1.1 實(shí)驗(yàn)材料
陶瓷膜裝置：由浙大中控科技集團(tuán)有限公司提供，膜為國產(chǎn)無機(jī)陶瓷膜；黃酒：由江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)訓(xùn)車間生產(chǎn)。
1.2 試驗(yàn)方法
采用錯(cuò)流過濾技術(shù)。
1.2.1 超濾時(shí)間與膜通量的關(guān)系
分別用0.20μm、0.15μm、0.10μm孔徑的無機(jī)陶瓷膜在超濾壓力0.2MPa，溫度20℃～25℃下過濾黃酒，測定膜通量與超濾時(shí)間的關(guān)系。
1.2.2 超濾溫度對(duì)膜通量的影響
分別用0.20μm、0.15μm、0.10μm孔徑的無機(jī)陶瓷膜在0.2MPa超濾黃酒，先超濾15min使膜滲透性能穩(wěn)定后，再循環(huán)超濾40min，并測定溫度在10℃～45℃的膜通量和超濾溫度的關(guān)系。
1.2.3 無機(jī)陶瓷膜超濾壓力通膜通量影響的確定
分別用0.20μm、0.15μm、0.10μm孔徑的無機(jī)陶瓷膜，測定不同超濾壓力下的膜通量與超濾壓力的關(guān)系。在超濾溫度20℃～25℃，先超濾15min，使膜滲透性能穩(wěn)定后，再循環(huán)超濾40min，并對(duì)超濾穩(wěn)定膜通量與壓力的關(guān)系進(jìn)行測定。
1.2.4 不同孔徑膜過濾比較試驗(yàn)
將正常生產(chǎn)后的黃酒在常溫下過濾，以正常生產(chǎn)的黃酒為對(duì)照樣，作進(jìn)一步的穩(wěn)定性試驗(yàn)和品評(píng)。
2 結(jié)果與討論
2.1 超濾時(shí)間對(duì)膜通量的影響
隨著超濾時(shí)間的延長，膜通量逐漸降低，但其變化的速率是不同的。在剛開始的幾分鐘內(nèi)，膜通量迅速降低，這是因?yàn)樵诔瑸V剛開始時(shí)，凝膠層不斷增厚、濃差極化不斷增強(qiáng)，使得阻力迅速增加，導(dǎo)致膜通量大幅度下降；超濾15min后，膜通量下降幅度減小，且逐漸趨于穩(wěn)定，這是因?yàn)槟け砻嬉呀⑵鸱€(wěn)定的邊界層，吸附作用趨于飽和，從而使得膜通量較為穩(wěn)定；當(dāng)超濾時(shí)間接近2h時(shí)，膜通量又出現(xiàn)緩慢下降的趨勢，這是由于隨著超濾的進(jìn)行，樣品濃縮倍數(shù)增加，大分子物質(zhì)繼續(xù)沉積，造成膜面污染加劇，從而使膜通量進(jìn)一步下降。3種不同孔徑的超濾膜超濾時(shí)都呈相同的變化規(guī)律。
2.2 超濾溫度對(duì)膜通量的影響
穩(wěn)定膜通量隨著操作溫度的升高而增加。這是因?yàn)闇囟壬呤沟脴悠佛ざ认陆担瑪U(kuò)散加速，濃差極化減弱，從而使得穩(wěn)定膜通量增加。在生產(chǎn)工藝許可的條件下，可適當(dāng)提高操作溫度來提高超濾效率，但綜合考慮，試驗(yàn)選定超濾溫度為20℃～25℃。
2.3 無機(jī)陶瓷膜超濾壓力對(duì)膜通量影響的測定
增大壓力有利于穩(wěn)定膜通量的增加。壓力較小時(shí)，隨著壓力的增大，穩(wěn)定膜通量增加較快；當(dāng)壓力升至0.2MPa時(shí)，隨著壓力的增大，穩(wěn)定膜通量增加的趨勢減小。這是因?yàn)殡S著壓力的增大，膜面流速加快，產(chǎn)生的剪切力有利于減小濃差極化，從而使得穩(wěn)定膜通量增加的幅度較大。當(dāng)壓力增大到一定時(shí)，由于大分子顆粒具有較強(qiáng)的可壓縮性，隨著壓力的增大，堵孔作用加劇，膜過濾阻力增加，在一定程度上抵消了增大壓力對(duì)增加膜通量的作用，從而使得膜通量增加的趨勢減小。因此，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并結(jié)合能耗考慮，試驗(yàn)選定超濾壓力位0.2MPa～0.25MPa。
2.4 黃酒經(jīng)不同孔徑膜過濾后對(duì)其穩(wěn)定性測試
對(duì)經(jīng)過0.20μm、0.15μm、0.10μm膜過濾后的酒樣分別在0℃，以目測的方法觀察冷混濁情況。在自然條件下存放，以目測的方法觀察其沉淀情況。
據(jù)觀察，經(jīng)0.15μm、0.10μm膜過濾的酒的冷穩(wěn)定性和自然穩(wěn)定性明顯提高。
2.5 黃酒超濾處理前后的感官評(píng)價(jià)
色澤是黃酒的感官要求之一，不同黃酒具有不同的色澤，其色澤從淺黃至紅褐色，甚至黑色不一，而且隨著貯存期的延長，色澤加深。黃酒的味是黃酒中各種呈味物質(zhì)的綜合反映，是甜、酸、鮮、苦、澀六味的融合體。
超濾處理后，黃酒經(jīng)0.20μm、0.15μm、0.10μm超濾膜過濾處理后，黃酒的酒體顏色變淺，其色度變化率分別為23.6%、34.9%和43.80%。顏色變淺主要的原因是因?yàn)槌瑸V膜可以截留酒體中部分呈色物質(zhì)。而且黃酒經(jīng)過超濾處理后，由于其中某些物質(zhì)被去除，引起黃酒中各種成分含量的比例發(fā)生變化，從而對(duì)黃酒的顏色和口味產(chǎn)生一定的影響。通過品嘗發(fā)現(xiàn)，與過濾前黃酒相比，經(jīng)0.20μm、0.15μm膜超濾處理后所得的黃酒的香氣變化不大，不僅具有黃酒特有的香味，而且口味較清爽柔和，酒體協(xié)調(diào)，但經(jīng)0.10μm膜超濾處理后所得的黃酒的香氣稍弱，酒味較淡薄。由于經(jīng)0.20μm膜過濾的酒穩(wěn)定性較差，采用0.10μm膜超濾處理后所得的黃酒的香氣稍弱，而經(jīng)0.15μm膜超濾處理后所得的黃酒的冷穩(wěn)定性和自然穩(wěn)定性明顯提高且香氣變化不大，因此采用0.15μm膜處理黃酒。
2.6 經(jīng)0.15μm膜過濾前后酒樣理化指標(biāo)分析
與超濾前的生黃酒相比，黃酒中酒精度、總酸、氨基酸態(tài)氮、揮發(fā)脂等含量變化不大，總糖、還原糖、非糖固形物、總固形物含量稍有變化，pH值基本上不變，說明這些物質(zhì)在超濾時(shí)，或多或少地被超濾膜截留，因?yàn)辄S酒成分非常復(fù)雜，其主要成分為粗蛋白質(zhì)、氨基酸、未水解的粗淀粉、還原糖、多酚以及鉀、鈣、鈉、鎂等鹽類，這些物質(zhì)在酒液中相互影響、相互結(jié)合，形成一個(gè)復(fù)雜的膠體體系。當(dāng)超濾膜截留住某些大分子物質(zhì)時(shí)，也會(huì)附帶著把與之相結(jié)合的其他物質(zhì)一起截留住，從而使酒液中各成分含量或多或少地發(fā)生變化。雖然黃酒經(jīng)0.15μm超濾膜過濾后各理化指標(biāo)都呈減小的趨勢，但均符合GB/T13662-2000的指標(biāo)要求，說明經(jīng)超濾處理后所得的黃酒仍具有黃酒的特性。
2.7 膜過濾前后酒樣中糊精、多酚、蛋白質(zhì)的變化
與過濾前后黃酒相比，濾后黃酒中糊精、總多酚、總蛋白質(zhì)的含量以及高、中、低分子蛋白質(zhì)的含量均減少，總蛋白質(zhì)的去除率為17.10%，其中高分子蛋白質(zhì)的去除效果更為明顯，去除率為69.1%，從而可以說明超濾后黃酒中蛋白質(zhì)含量的降低主要是由于高分子蛋白質(zhì)含量的降低引起的。同時(shí)從隆丁區(qū)分中還可以看出，經(jīng)超濾處理后所得的黃酒中低分子蛋白質(zhì)的相對(duì)含量卻有所增加，由72.17%增加為83.2%，這是因?yàn)槌瑸V膜對(duì)高分子和中分子蛋白質(zhì)的截留效果更明顯，這樣在一個(gè)體系中低分子蛋白質(zhì)的相對(duì)含量就會(huì)增加。這對(duì)提高黃酒的穩(wěn)定性有較為明顯的效果。因此，經(jīng)超濾處理后所得的純生黃酒的非生物穩(wěn)定性得到了一定的提高。
3 結(jié)論
以孔徑為0.15μm的膜過濾黃酒，黃酒的非生物穩(wěn)定性顯著提高，且保持黃酒傳統(tǒng)風(fēng)味，較適合黃酒的過濾。
無機(jī)陶瓷膜在實(shí)際應(yīng)用中具有化學(xué)穩(wěn)定性好、能耐酸、耐堿、耐有機(jī)溶劑、機(jī)械強(qiáng)度大、抗微生物能力強(qiáng)、耐高溫、孔徑分布窄、分離效率高等優(yōu)勢，在提高黃酒非生物穩(wěn)定性方面有較大的應(yīng)用價(jià)值。
