不同分子量超濾膜在黃酒澄清中的應(yīng)用研究

黃酒是以谷物作為原料，用麥曲或小曲做糖化發(fā)酵劑制成的釀造酒。黃酒中含有多種有益健康的微量元素及氨基酸，包括硒、鋅等元素，是一種適當(dāng)飲用有益健康的酒種，具有較高的性價(jià)比。不過，黃酒生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的沉淀含有酵母菌、乳酸菌、醋酸菌、雜菌等，對其感官質(zhì)量和商品價(jià)值有一定的影響，也制約著黃酒加工業(yè)的發(fā)展。目前，用于黃酒澄清的方法有很多，如自然澄清法、板框式壓濾機(jī)過濾、復(fù)合澄清劑澄清、硅藻土過濾以及超濾等?，F(xiàn)在市場上流通的黃酒產(chǎn)品對其澄清度、貨架期穩(wěn)定性的要求越來越高，因此，選擇一種適合的過濾方式，對于黃酒產(chǎn)品的升級(jí)具有重大意義。

超微濾膜分離技術(shù)是近年來在食品工業(yè)中廣泛應(yīng)用的一種新技術(shù)，以壓力為驅(qū)動(dòng)力，采用錯(cuò)流方式過濾，近似機(jī)械篩分，具有無相變、不添加化學(xué)試劑、能耗低、操作簡單和較好保持原黃酒風(fēng)味和營養(yǎng)成分等優(yōu)點(diǎn)?；诖耍疚难芯苛瞬煌亓舴肿恿砍瑸V膜對黃酒超濾品質(zhì)的影響，以超濾膜通量、膜通量穩(wěn)定性、膜清洗通量恢復(fù)情況、米醋澄清度、撞擊蛋白析出量、鹽析情況為評(píng)定指標(biāo)，優(yōu)選適用于黃酒的超濾膜，以期為黃酒生產(chǎn)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供可行的工藝改革思路。

1. 材料與設(shè)備

1.1 材料

黃酒，市售；氫氧化鈉、次氯酸鈉，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；膜堿，中科瑞陽（北京）膜技術(shù)有限公司。

1.2 設(shè)備

超濾機(jī)、卷式超濾膜（PVDF材質(zhì)，分子量分別為350、300、250、200、150、100KDa），四川和誠過濾科技集團(tuán)有限公司；萬通自動(dòng)電位滴定儀（905 Titrando），瑞士萬通中國有限公司；濁度儀（美國哈希2100an），上海鑫嵩實(shí)業(yè)有限公司。

2. 實(shí)驗(yàn)與方法

2.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置如圖1所示。

2.2 黃酒澄清度的測定

每個(gè)水平做三個(gè)平行試驗(yàn)，用濁度計(jì)進(jìn)行測量，以濁度（NTU）表示。

2.3 超濾膜通量的測定

2.3.1 記錄相應(yīng)超濾膜的初始水通量。

2.3.2 膜通量=（初始膜通量+超濾結(jié)束時(shí)膜通量）/2

膜通量衰減率=（初始膜通量-超濾結(jié)束時(shí)膜通量）/運(yùn)行時(shí)間

2.3.3 超濾膜污染情況用在進(jìn)膜壓力1kg下的初始水通量，以及超濾黃酒后僅用水沖洗后的水通量計(jì)算得到的污染度表示。污染度=（膜使用前純水通量-膜使用后純水通量）/膜使用前純水通量

2.3.4 超濾后的膜清洗恢復(fù)情況，以清洗結(jié)束后自動(dòng)水循環(huán)的通量表示。

2.4 超濾前后黃酒固形物含量的測定

超濾前后黃酒固形物含量分別使用阿貝爾折光儀測定。

2.5 冷凍蛋白析出量

取黃酒超濾清液置于3℃條件下貯藏，12d后觀察其瓶底沉淀物析出量。

2.6 黃酒體態(tài)感官評(píng)定

黃酒體態(tài)感官評(píng)定等級(jí)與標(biāo)準(zhǔn)詳見表1。

3. 結(jié)果與分析

3.1 不同分子量超濾膜的初始通量

超濾黃酒前，在進(jìn)膜壓力為3.5kg的條件下測定初始水通量；超濾運(yùn)行時(shí)，進(jìn)膜壓力為3.5kg。各支膜的初始通量如表2所示。

由表2可知，隨著超濾膜分子量的減小，其初始水通量均逐漸降低，但在超濾黃酒時(shí)150KDa分子量超濾膜的運(yùn)行通量反而高于200、250KDa分子量濾膜。當(dāng)膜分子量繼續(xù)降低時(shí)，為達(dá)到相應(yīng)的通量，超濾過程中必須使用加壓泵，但長時(shí)間高壓運(yùn)行對超濾膜的壽命有一定影響，因此各支膜的初始通量情況對于膜的選型具有一定的參考作用。

3.2 不同分子量超濾膜對膜通量的影響

每支分子量的超濾膜重復(fù)運(yùn)行3次，進(jìn)膜壓力為3.5kg，取超濾過程中膜通量的平均值表示。不同分子量膜超濾黃酒過程中，膜通量變化情況、膜通量衰減情況、膜通量衰減率如圖2和圖3所示。

超濾對溶質(zhì)的分離機(jī)理主要分為：膜表面及微孔內(nèi)吸附（引起濃差極化現(xiàn)象）；膜孔中停留而去除（造成膜孔堵塞）；膜面的機(jī)械截留（篩分形成濾餅層）。

由圖3可知，在運(yùn)行過程中100KDa分子量濾膜平均膜通量為190L/h，大于200、250KDa分子量濾膜；150KDa分子量濾膜的平均膜通量較高，為580L/h；300、350KDa分子量濾膜的平均膜通量更高，分別為870、940L/h。6支超濾膜中，250KDa分子量濾膜的平均膜通量最低，僅為120L/h。較小分子量濾膜中，150KDa分子量濾膜的通量最優(yōu)。300、350KDa分子量濾膜的通量雖然更高，但由于膜的孔徑較大，其實(shí)用性還需從實(shí)際的超濾效果來評(píng)價(jià)。從開機(jī)30min后的整個(gè)過程計(jì)算，不同分子量超濾膜的膜通量衰減率詳見圖4。

從膜通量的穩(wěn)定性上來看，100、150、300和350KDa分子量濾膜的通量穩(wěn)定性較好，100KDa分子量濾膜的通量穩(wěn)定性要明顯優(yōu)于200、250KDa分子量濾膜。

3.3 堿清洗后超濾膜通量恢復(fù)情況

堿清洗條件為：清洗溫度35℃-45℃、清洗時(shí)間1h、進(jìn)膜壓力1.5kg、清洗用水50L，清洗劑用量為膜堿1斗、氫氧化鈉0.5斗、次氯酸鈉0.5斗。堿清洗后，用自來水將其沖洗至中性。在該清洗條件下，不同分子量的超濾膜均能恢復(fù)至初始水通量。

3.4 不同分子量膜超濾清液澄清度及冷凍蛋白析出情況

3.4.1 不同分子量膜超濾清液澄清度。超濾清液澄清度用濁度表示，不同分子量膜黃酒超濾清液澄清度詳見表3。

由表3可知，由于黃酒原液的澄清度較好，各支膜超濾清液樣的澄清度相差不大，整體均為澄清透明，通透性良好。在色澤方面，除100KDa分子量濾膜外，其它濾膜的超濾清液色澤與原液相近，對色澤無截留；100KDa分子量濾膜對色澤有所截留，其超濾清液的色澤比原液及其余膜的清液淺一個(gè)色度。

3.4.2 黃酒超濾清液冷凍沉淀析出情況。取黃酒超濾清液置于3℃條件下貯藏，12d后觀察其瓶底沉淀物析出量。以黃酒原液為對照，黃酒超濾清液冷凍實(shí)驗(yàn)情況如表4所示。

由表4可知，200KDa分子量濾膜產(chǎn)出清液的冷藏效果最好，250KDa分子量濾膜次之，為同一級(jí)別；150、100KDa分子量濾膜產(chǎn)出清液的冷藏析出量為B級(jí)，瓶底均有明顯一層沉淀析出；300、350KDa分子量濾膜產(chǎn)出清液的冷藏析出量為C級(jí)，瓶底有較厚一層沉淀析出，其析出量與原液樣品相近。

3.4.3 黃酒超濾清液風(fēng)味感官情況。對各支膜的超濾清液進(jìn)行感官評(píng)定，以原液樣品作為對照，將評(píng)定結(jié)果分為A、B、C級(jí)，各支膜的超濾評(píng)定結(jié)果詳見表5。

從各支膜超濾清液樣品的感官結(jié)果來看，各支膜超濾清液均保留了黃酒的特征風(fēng)味，整體來說各支膜對其風(fēng)味影響不是很明顯，但在香氣的濃郁度上仍有少許差別。其中，150、300、350KDa分子量濾膜對黃酒風(fēng)味的保留效果最好。

3.4.4 黃酒超濾前后理化指標(biāo)情況。對黃酒超濾前后的固形物含量理化指標(biāo)進(jìn)行測定，結(jié)果如表6所示，黃酒超濾前后的固形物含量沒有明顯變化。

綜上所述，由膜通量、膜通量穩(wěn)定性、黃酒超濾清液冷凍試驗(yàn)結(jié)果、感官評(píng)定結(jié)果綜合分析，150KDa分子量超濾膜整體超濾效果最優(yōu)，既能保證黃酒超濾清液較好的澄清度、冷凍效果以及風(fēng)味感官，又能保證超濾過程中較高的膜通量及膜通量穩(wěn)定性。