膜分離技術(shù)在無醇米酒生產(chǎn)中的應(yīng)用

范明霞，劉軍，楊吉，熊超，徐思思，陳穎，萬端極

（1.湖北工業(yè)大學(xué)輕工學(xué)部化學(xué)與化工學(xué)院，湖北武漢430068；2.湖北工業(yè)大學(xué)膜技術(shù)研究所，湖北武漢430068）

膜分離技術(shù)在無醇米酒生產(chǎn)中的應(yīng)用

范明霞1，劉軍1，楊吉1，熊超1，徐思思1，陳穎1，萬端極2，*

（1.湖北工業(yè)大學(xué)輕工學(xué)部化學(xué)與化工學(xué)院，湖北武漢430068；2.湖北工業(yè)大學(xué)膜技術(shù)研究所，湖北武漢430068）

采用膜分離技術(shù)應(yīng)用于無醇米酒的生產(chǎn)中，使用無機超濾膜對米酒進行澄清處理。試驗結(jié)果，表明最佳操作條件為：操作壓力0.2MPa，操作溫度55℃，膜面流速4.0m/s。在此條件下膜通量大而且穩(wěn)定，能很好地除去酒體中的雜質(zhì)，解決酒體的后渾濁問題。澄清后的米酒經(jīng)過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)脫除乙醇，得到淡黃色透明無醇米酒。

米酒；脫醇；澄清；超濾膜

米酒，又稱糯米酒、甜酒、酒釀、醪糟，是我國民間的一種傳統(tǒng)發(fā)酵食品，已有二千多年的食用歷史，是老百姓喜愛的營養(yǎng)保健食品。米酒的主要原料是大米、糯米，以天然微生物純酒曲發(fā)酵而成，含有葡萄糖、維生素、氨基酸等營養(yǎng)成分，有活氣養(yǎng)血、活絡(luò)通經(jīng)、補血生血以及潤肺之功效，是中老年人、孕產(chǎn)婦和身體虛弱者補氣養(yǎng)血之佳品。隨著社會的快速發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，對健康也日益重視，傳統(tǒng)米酒因其成分里含有一定量酒精，不適宜老人、兒童、司機、疾病患者、部分宗教人士等人群飲用。為最大范圍地滿足人民的生活需求，適合特定人群使用的無醇米酒也應(yīng)運而生。

為改善商品米酒的外觀品質(zhì)、增長米酒的存放期，需要將原酒中的雜蛋白、膠體、淀粉、纖維、糊精、酵母、細菌和微生物等雜質(zhì)成分除去。經(jīng)傳統(tǒng)的板框過濾、離心機除雜后，雖然米酒短時間內(nèi)看不見沉淀，但透明度差，存放一定時間后，由于電荷作用，未除盡的雜質(zhì)會再次聚集起來，導(dǎo)致酒體產(chǎn)生后渾濁現(xiàn)象，影響產(chǎn)品的外在感官[1]。因此，有必要對米酒進行徹底澄清和除雜。膜分離技術(shù)是近幾十年發(fā)展起來的新興分離技術(shù)，超濾膜法具有傳統(tǒng)分離操作（如蒸餾、萃取等）無可比擬的優(yōu)點，如常溫操作、無相變、能耗低、工藝設(shè)備簡單、操作方便可靠、分離效率高、無環(huán)境污染等特點，在食品工業(yè)中應(yīng)用越來越廣泛[2-4]。

將采用無機陶瓷超濾膜對米酒原漿進行澄清處理，通過試驗考察膜在工作過程中的最佳操作壓力、操作溫度和膜面流速，以期確定最佳的生產(chǎn)工藝參數(shù)，澄清后米酒通過真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)工藝脫除酒體中的乙醇，探求制備澄清無醇米酒的新方法。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料

優(yōu)質(zhì)去渣原漿米酒：武漢山海府食品有限公司提供。

氫氧化鈉：食品級；硫酸肼：分析純；六亞甲基四氨：分析純。

1.1.2 設(shè)備

奧立龍868型酸度計：上海偉業(yè)儀器廠；超濾膜組件：湖北工業(yè)大學(xué)膜技術(shù)研究所；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀帶真空泵：上海亞榮生化儀器廠；硅藻土過濾機：溫州市金松輕工機械有限公司；HPLC-20AT高效液相色譜儀：日本島津公司；氣相色譜儀：日本島津公司；電熱鼓風(fēng)干燥箱：南京萊步科技實業(yè)有限公司；電子分析天平：托利多儀器（上海）有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

原漿米酒預(yù)處理→硅藻土過濾→無機膜過濾→旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)脫醇

1.2.2 膜分離試驗

米酒膜分離使用的是M1016型無機陶瓷膜，膜孔徑30 nm，試驗中重點研究操作壓力、操作溫度、膜面流速對膜通量的影響。超濾膜通量定義為[5]：在一定操作壓力下，單位時間內(nèi)通過單位膜面積的透過液量。計算式為：J=V/（S×t）。

式中：J為通量，[L/（m2·s）]；V為透過液體積，L；S為有效膜面積，m2；t為超濾時間，s。

1.3 分析方法

澄清度測定：待測液體與新鮮配置的參考懸濁液比較，在擴散日光和黑色背景下，垂直觀察比較5min。

濁度標(biāo)準(zhǔn)：由等體積的1%硫酸肼溶液和2.5%六亞甲基四胺溶液混合配置的福爾馬阱懸濁液定義為4000NTU作為原始參考標(biāo)準(zhǔn)。將原乳光懸濁液稀釋相應(yīng)倍數(shù)作為參比懸濁液。

糖分測定：采用HPLC測定糖含量。

酒精度測定：采用氣相色譜法測定米酒中乙醇含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 原酒預(yù)處理

2.1.1 等電點試驗和絮凝試驗

測得原酒的pH為3.95，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的氫氧化鈉溶液調(diào)米酒pH分別為4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5，搖勻并靜置2 h。米酒絮狀沉淀含量隨pH變化如表1所示。

由表1可以看出，當(dāng)試樣pH為5.5時，試樣中絮狀沉淀量最多，因此原酒pH調(diào)至5.5時最適合澄清操作。此外，分別用海藻酸鈉和單寧作為絮凝劑對調(diào)pH為5.5的原酒進行絮凝試驗，靜置12 h。實驗發(fā)現(xiàn)，其澄清狀況與不加絮凝劑時無明顯改觀。

2.1.2 溫度試驗

將原酒試樣煮沸，并保持一段時間，冷卻后常溫靜置3 h，試驗結(jié)果如表2所示。

由表2可知，原酒pH調(diào)至5.5，煮沸并保持15min，冷卻后常溫靜置3 h，米酒絮狀澄清效果最好，在此條件下預(yù)處理后體系更適合后序的過濾分離。

2.2 硅藻土過濾試驗

由于原酒經(jīng)煮沸后會有大量的變性蛋白質(zhì)及膠體等雜質(zhì)析出，在進行膜分離操作時對膜造成污染等不利影響。采用硅藻土過濾機除去雜質(zhì)，可防止膜污染，提高膜通量和穩(wěn)定性。試驗中使用1.2m2硅藻土過濾機，過濾速度為46.5 kg/m2·h。經(jīng)硅藻土過濾后的原酒稍有渾濁，呈微黃色。

2.3 膜分離試驗

2.3.1 操作壓力對膜通量的影響

在物料溫度為30℃，膜面流速4.5m/s條件下，分別測量膜在0.08、0.10、0.12、0.14、0.16、0.18、0.20、0.22、0.24、0.26、0.28、0.30MPa工作壓力下膜通量值，實驗結(jié)果如圖1所示。

由圖1可以看出，在膜工作壓力升高的初始階段，膜通量隨壓力升高迅速增大，當(dāng)壓力升至0.2MPa以后，膜通量隨壓力升高而增大的幅度變緩。其原因是，隨著膜分離的進行，膜面形成大分子物質(zhì)組成的動態(tài)膜（濃差極化層）在壓力越大時會變得密實，成為膜通量增大的負(fù)因素，因此通量的增加變緩。由此可以確定30 nm陶瓷無機膜在分離米酒時的適宜工作壓力為0.2MPa。

2.3.2 操作溫度對膜通量的影響

在膜操作壓力為0.2MPa，膜面流速為4.5m/s條件下，分別測量膜在25、30、35、40、45、50、55、60℃時的膜通量，實驗結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，隨著溫度升高，膜通量也隨之增大。原因是隨著溫度升高，物料粘度變小，加快了分子運動，減少了膜面濃差極化的形成。雖然溫度升高膜通量會變大，但需考慮米酒在溫度過高時會損失一部分揮發(fā)性香味成分，降低產(chǎn)品質(zhì)量。綜合考慮，膜工作溫度在55℃為宜。

2.3.3 膜面流速對膜通量的影響

膜面流速由物料流經(jīng)膜組件的流量來表征，膜面流速的的變化可以改變膜面濃差極化的程度從而影響膜通量。在操作壓力0.2MPa、溫度為50℃條件下，分別測試膜面流速為2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0m/s時膜通量情況，實驗結(jié)果如圖3所示。

由圖3可以看出，隨著膜面流速的增加，膜通量呈上升趨勢。這是因為增加膜面流速即增加了膜面流體對濃差極化層的剪切力，使?jié)獠顦O化程度降低，因此膜通量上升。在膜面流速達到4.0m/s后再增大流速值，膜通量增加趨緩，從節(jié)約能源的角度考慮，膜面流速控制在4.0m/s為宜。

2.3.4 膜的清洗

膜過濾工作完成后，由于大分子雜質(zhì)對膜面產(chǎn)生污染，使膜的分離性能下降，因此需要對膜進行清洗，恢復(fù)膜通量，以保障生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。實驗證明，過濾米酒后受污染的膜先經(jīng)過自來水漂洗，再經(jīng)過1%氫氧化鈉和次氯酸鈉溶液清洗，可以很好地恢復(fù)膜通量。

2.4 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)脫醇

經(jīng)過膜除雜后的米酒采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在真空度為0.098MPa下脫醇。收集前10%餾出液，測得酒精度為5%，至餾出液20%時酒精度為0。可見原酒蒸發(fā)至餾出液占原體積20%時可使原酒不含乙醇。觀察到餾出液為淡金黃色透明狀，略帶酒糟味。

2.5 米酒指標(biāo)的測定

米酒原液、硅藻土過濾后米酒、超濾后米酒、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后米酒分別編號為：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。對各步米酒均測定澄清度、糖分和酒精度，測定結(jié)果如表3所示。

由表3結(jié)果可見Ⅱ號比Ⅰ號澄清許多，說明硅藻土有一定的除雜能力，但實驗觀察到Ⅱ號有明顯的后渾濁現(xiàn)象，Ⅲ、Ⅳ號澄清度高且無后渾濁現(xiàn)象產(chǎn)生，表明超濾膜分離除雜效果好。經(jīng)過以上工藝流程，各步米酒中糖分變化不大，表明對米酒進行澄清脫醇仍舊保持了原有的甜度和口感。經(jīng)過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)脫醇，米酒中已檢測不出乙醇，最后得到無醇米酒。

3 結(jié)論

1）膜分離技術(shù)應(yīng)用于無醇米酒生產(chǎn)中澄清米酒是可行的，該生產(chǎn)技術(shù)操作簡單、分離精度高，能夠徹底地除去酒體中的雜質(zhì)，并解決了商品米酒存放中容易產(chǎn)生后渾濁的問題。本研究通過試驗確定30 nm陶瓷無機膜合適的操作參數(shù)為：操作壓力0.2MPa，操作溫度55℃，膜面流速4.0m/s。工作后受污染的膜經(jīng)過堿性清洗劑清洗可以很好地恢復(fù)原通量，能夠保障生產(chǎn)的連續(xù)性。

2）經(jīng)過硅藻土過濾技術(shù)、膜分離技術(shù)、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)脫醇技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用于無醇米酒的生產(chǎn)，得到的無醇米酒保持了原米酒的獨特風(fēng)味和口感，外觀呈誘人的淡金黃色透明液，增加了產(chǎn)品的商業(yè)競爭力。

[1]吳新明,易求實,黃元喬,等.米酒的澄清與保鮮[J].培訓(xùn)與研究——湖北教育學(xué)院學(xué)報,2000,17(5):34-36

[2] 羅安偉,劉興華,任亞梅,等.獼猴桃干酒超濾澄清技術(shù)研究[J].中國食品學(xué)報,2005(2):54-56

[3] 李華蘭,黎波,王濤.竹蓀米酒超濾澄清技術(shù)研究[J].釀酒,2009,36 (5):71-73

[4]李寶艷,萬端極.超濾膜法制備豌豆蛋白的工藝[J].食品研究與開發(fā),2010,31(10):75-77

[5]楊座國.膜科學(xué)技術(shù)過程與原理[M].上海:華東理工大學(xué)出版社, 2009

The Application of Membrane Technology in the Production of Rice Wine without Alcohol

FANMing-xia1，LIU Jun1，YANG Ji1，XIONGChao1，XUSi-si1，CHENYing1，WANDuan-ji2，*
（1.College of Chemistry and Chemical Engineering，Hubei University of Technology，Wuhan 430068，Hubei，China；2．Institute of Membrane Technology，Hubei University of Technology，Wuhan 430068，Hubei，China）

Membrane technology was applied to the production of rice wine without alcohol. The ultrafiltrationmembrane was used to clarification of rice wine. The results showed that under the optimal technique conditionsthat the operation pressure 0.2 MPa， temperature 55 ℃， flow rate 4.0 m/s higher and more stable flux wasobtained. Ultrafiltration had the advantage of removing impurity from wine well and dealing with turbidity ofwine. Lightly yellow and clear rice wine without alcohol was obtained after rice wine was removed alcoholthrough rotary evaporation.

rice wine；dealcoholization；clarification；ultrafiltration membrane

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.07.016

2014-07-30

國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（201310500001）

范明霞（1979—），女（漢），講師，博士，研究方向：新型分離技術(shù)。

*通信作者：萬端極（1953—），男，教授。