酒業(yè)應(yīng)用膜分離技術(shù)概述
現(xiàn)代膜分離技術(shù)是一種仿生技術(shù)。分離的根本原理在于膜具有選擇透過(guò)性。膜分離法是用天然或人工合成的高分子薄膜,以外界能量或化學(xué)位差為推動(dòng)力,對(duì)雙組分或多組分的溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行分離、分級(jí)、提純和富集的方法,可用于液相和氣相。對(duì)于液相分離,可用于水溶液體系、非水溶液體系、水溶膠體系以及含有其他微粒的水溶液體系。
1、 膜分離技術(shù)的分類
根據(jù)膜的種類可分為微濾、超濾、反滲透和納濾、透析、電滲析、滲透氣化、氣體分離。
2、 膜分離技術(shù)的特點(diǎn)
(1) 膜分離過(guò)程不發(fā)生相變化,與有相變化的分離法和其他分離法相比,能耗要低。因此膜分離技術(shù)又稱省能技術(shù)。
(2) 膜分離過(guò)程是在常溫下進(jìn)行,因而特別適用于對(duì)熱敏感的物質(zhì),如果汁、酶、藥品等的分離、分級(jí)、濃縮與富集。
(3) 膜分離技術(shù)不僅適用于有機(jī)物和無(wú)機(jī)物,從病毒、細(xì)菌到微粒的廣泛分離的范圍,而且還適用于許多特殊溶液體系的分離,如溶液中大分子與無(wú)機(jī)鹽的分離、一些共沸物或近沸點(diǎn)物系的分離等。
(4) 由于只是用壓力作為膜分離的推動(dòng)力,因此分離裝置簡(jiǎn)單,操作容易,易自控、維修。
3、 膜分離技術(shù)在酒和酒精飲料生產(chǎn)工藝過(guò)程中的應(yīng)用
(1) 微濾除菌
用微濾膜可對(duì)發(fā)酵工業(yè)中的用水和產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)無(wú)菌化。
目前各酒業(yè)公司已廣泛使用0.45 um濾芯對(duì)成品酒進(jìn)行終端過(guò)濾替代原有的熱殺菌技術(shù),節(jié)省能耗,避免高溫給產(chǎn)品帶來(lái)的煮熟味。
另外,生產(chǎn)設(shè)備在間歇清洗的過(guò)程中需要無(wú)菌化的清洗水,微濾技術(shù)是一種節(jié)能、高效的選擇。
(2) 超濾精制
用超過(guò)濾膜能除去酒及究竟飲料中引起沉淀渾濁的物質(zhì),如殘存的酵母菌、雜菌及膠體等,從而使酒的澄清性得到改善,并獲得良好的保存性。除此以外,還能使生就具有成熟味,因而縮短了酒的保存期,對(duì)一些酒經(jīng)超過(guò)濾處理,酒的風(fēng)味有所改善,變得清爽而又醇香延綿。
因此,采用超過(guò)濾對(duì)酒和酒精飲料的精制已在美國(guó)、意大利、日本等國(guó)得到應(yīng)用,所處理的酒類有葡萄酒、威士忌、果子酒、燒酒、清酒等。用超過(guò)濾法對(duì)酒和酒精飲料的精制,避免了酒的熱殺菌而易形成的渾濁成分的析出,而這些渾濁成分通常是用硅藻土或紙板、棉餅過(guò)濾機(jī)除去的。
近年美國(guó)提出了硅藻土的毒性問(wèn)題,而采用膜過(guò)濾可避免,同時(shí)簡(jiǎn)化了過(guò)濾設(shè)備。但是用超過(guò)濾膜對(duì)酒和酒精飲料的處理需要注意兩個(gè)問(wèn)題:一是膜材料的選擇,由于酒是醇類,所以膜材料要有對(duì)醇的穩(wěn)定性;二是膜要有適宜的孔徑和孔分布,以便使酒的有效成分能通過(guò)膜,而有害成分被膜截留。
(3) 低醇/無(wú)醇果酒制作
目前低醇/無(wú)醇果酒的開發(fā)在國(guó)外業(yè)已成功,產(chǎn)品很受歡迎。其生產(chǎn)方式主要有3種:三效蒸發(fā)、離心分子膜蒸發(fā)和常溫膜分離技術(shù)。三效蒸發(fā)的方法由于高能耗和影響產(chǎn)品品質(zhì)的劣勢(shì)而逐漸被膜技術(shù)所部分以至全部取代。
在美國(guó),科技工作者以葡萄作原料,進(jìn)行完全發(fā)酵,過(guò)濾后,送入旋轉(zhuǎn)蒸氣加熱槽內(nèi),由離心分子膜蒸發(fā)器進(jìn)行處理,從而使發(fā)酵后的葡萄酒在酒槽內(nèi)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),使酒精在熱空氣的作用下蒸發(fā)。用此工藝制成的“雷金思”葡萄酒,色香味與白葡萄酒一樣,酒精的最高含量?jī)H0.49%。但酒精有防腐作用,“雷金思”由于含酒精極少,因而容易變質(zhì)。故瓶裝需用食品罐頭制造法,即在20分鐘內(nèi)通過(guò)140℉的設(shè)備,進(jìn)行巴氏滅菌消毒。
此外,科學(xué)家還發(fā)明了一種可透過(guò)乙醇而不透過(guò)水和其他成分的分離膜,只需在膜的透過(guò)側(cè)抽取真空,幾乎在常溫下進(jìn)行,能耗極低。透過(guò)膜的乙醇可以經(jīng)冷凝后再回收。這種方法稱為滲透汽化。用目前普遍應(yīng)用在制備純凈水方面的反滲透膜也可以達(dá)到脫除乙醇、截取酒體中有益成分的作用。需要注意的是,在乙醇與水共同透過(guò)膜之后酒體會(huì)被濃縮,有必要向其中補(bǔ)充適當(dāng)?shù)募兯,以保持酒體的平衡。
(4) 控制酒的甜度
為了提高葡萄酒的甜度,日本釀酒業(yè)已應(yīng)用反滲透膜設(shè)備生產(chǎn)葡萄酒,用于分離溶液成分中的水,使酒濃縮而達(dá)到所需的甜度,生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)天然葡萄酒。其優(yōu)點(diǎn)是:不需加熱,因而不會(huì)產(chǎn)生煮熟味,不發(fā)生色素分解和褐色現(xiàn)象;不經(jīng)過(guò)蒸發(fā)過(guò)程,不損失營(yíng)養(yǎng)成分,可保持良好的酒質(zhì)和香氣;耗能低。
(5) 生產(chǎn)過(guò)程中調(diào)整酒中成分,提高釀酒效率和品質(zhì)
用任何工藝釀制成的葡萄酒,都會(huì)或多或少地含有酚類、無(wú)機(jī)鹽類、氧化酶等有害物質(zhì)及不穩(wěn)定成分。因此在釀制過(guò)程中和包裝之前,必須提高并且穩(wěn)定葡萄酒的質(zhì)量,其新技術(shù)有:分離無(wú)機(jī)鹽類。應(yīng)用半透膜過(guò)濾裝置,透過(guò)酒液成分中的水和無(wú)機(jī)鹽類等較小分子,但不透過(guò)膠態(tài)分子和高分子物質(zhì),可大大縮短釀造時(shí)間并減少工序,不但節(jié)省能源,還能提高酒的質(zhì)量。
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