養(yǎng)生酒殘余酒回收技術(shù)質(zhì)效的比較研究

趙旭冬，曹曉念，2，馮華芳，劉青青，萬 永，蘭 余，沈才洪，2，張學(xué)平

（1.瀘州老窖股份有限公司，四川瀘州 646000；2.國家固態(tài)釀造工程技術(shù)研究中心，四川瀘州 646000）

隨著當(dāng)前消費(fèi)日趨健康化，保健酒及露酒的市場規(guī)模不斷擴(kuò)大，其產(chǎn)品品種多，原輔料來源廣泛，生產(chǎn)方式多樣，浸提、滲漉等生產(chǎn)方式均會產(chǎn)生大量的殘余酒，目前國內(nèi)外對殘余酒回收的研究主要是關(guān)于中藥乙醇提取后殘留乙醇等的回收，對以各型蒸餾酒為酒基調(diào)配而成的養(yǎng)生酒，其殘余酒回收利用還沒有相關(guān)研究，公司當(dāng)前主要采用（甑桶）蒸餾方式進(jìn)行回收，因甑桶蒸餾是一種應(yīng)用廣泛的蒸餾方式，具有設(shè)備投入低，工藝簡單，工人易于操作等優(yōu)點(diǎn)，但同樣面臨回收率較低，回收質(zhì)量不高的問題。綠色（清潔）生產(chǎn)是以節(jié)能、降耗、減污為目標(biāo)，以管理和技術(shù)等手段實(shí)施生產(chǎn)全過程污染控制，使污染物的產(chǎn)生最少化的一種綜合措施，踐行綠色生產(chǎn)理念，是實(shí)現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然要求，因此通過技術(shù)創(chuàng)新、工藝優(yōu)化等舉措，提高殘余酒回收質(zhì)效具有重要的意義：一方面可充分利用資源，提高經(jīng)濟(jì)效益，另一方面消除潛在的環(huán)境污染，減少后續(xù)環(huán)保處理壓力，具有重要的環(huán)境和社會效益。

目前，國內(nèi)外關(guān)于母液提取后殘渣液中乙醇回收的技術(shù)研究，如張紅等[1]采用普通精餾與共沸精餾相結(jié)合的方法從蕎麥黃酮提取乙醇廢液中將乙醇進(jìn)行提純回收；黃振江等[2]運(yùn)用多功能提取罐回收藥渣中殘留的乙醇，通過在提取罐內(nèi)部通入飽和蒸汽，將殘留乙醇蒸發(fā)為氣態(tài)后冷凝回收，節(jié)約了能源，提高乙醇回收率。

閉環(huán)式低溫蒸餾工藝是一種新型、可實(shí)現(xiàn)能量的高效利用的設(shè)備，借鑒制冷原理，載能介質(zhì)在封閉循環(huán)下完成氣態(tài)→液態(tài)→氣態(tài)的不斷循環(huán)往復(fù)，介質(zhì)在相態(tài)變化過程中實(shí)現(xiàn)放熱、吸熱。其中，釋放的熱能用于料液升溫蒸發(fā)，吸收的熱能來自于料液蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸發(fā)的冷凝熱。通過對能源的冷熱雙側(cè)利用，實(shí)現(xiàn)料液濃縮、溶劑蒸發(fā)和回收，應(yīng)用于易燃易爆類、有機(jī)溶劑如乙醇、甲醇、乙酸乙酯等溶液的蒸發(fā)濃縮及回收，也可用于水溶液的蒸發(fā)濃縮。

有機(jī)物優(yōu)先透過膜過濾是一種新型的滲透除雜工藝，可優(yōu)先透過己酸乙酯等醇溶性組分和乙醇，滲透液被凈化，其他雜質(zhì)被截留。設(shè)備原理即將殘余酒打入原料罐，預(yù)熱裝置對原料預(yù)熱，達(dá)到預(yù)定溫度后以液態(tài)形式進(jìn)入膜上游側(cè)，膜下游側(cè)用抽真空加冷凝方式在膜的上下游形成組分的蒸汽分壓差，原料中的有效成分經(jīng)膜滲透至下游側(cè)。在真空條件下汽化，滲透蒸汽在真空機(jī)組抽吸下進(jìn)入冷凝器。冷凝后以凈化酒進(jìn)入產(chǎn)品收集罐，膜上游側(cè)被截留的滲余液通過換熱器降溫后進(jìn)入滲余液儲罐[3]。

超重力精餾是一種新型高效的精餾設(shè)備（常壓），傳統(tǒng)蒸餾塔的替代者，采用超重力精餾原理進(jìn)行配置，其原理是采用離心力把液體打散后跟氣體接觸，液相經(jīng)歷了多次分散—聚集的過程，形成了比表面極大而又不斷更新的氣液界面，提高氣液相間接觸比，比液體直接跟其他接觸更加充分。超重力精餾技術(shù)廣泛應(yīng)用于乙醇、甲醇、丙酮、乙酸乙酯等有機(jī)溶劑的回收及產(chǎn)品分離提純，在原料藥、醫(yī)藥中間體、精細(xì)化工、制酒等行業(yè)中廣泛應(yīng)用。

本研究旨在以殘余酒為研究對象比較以上幾種酒液回收裝置的回收效果，以期為行業(yè)余酒回收工藝選擇提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、儀器

酒樣：殘余酒（酒精度41 %vol，20 ℃標(biāo)準(zhǔn)條件，瀘州老窖養(yǎng)生酒業(yè)有限責(zé)任公司）。

儀器設(shè)備：甑桶（不銹鋼活動甑桶，容量約2.0 m3,非標(biāo)設(shè)備,包括鍋爐等附屬設(shè)施）；閉環(huán)蒸餾設(shè)備,型號HCBSE-500（蒸發(fā)量500 L/h）浙江蘭旺節(jié)能科技公司；有機(jī)物優(yōu)先透過膜設(shè)備，型號JS-LSU-M3，南京九思公司；超重力（撬裝式）精餾機(jī)450 型，處理能力450 kg/h，浙江新創(chuàng)興公司。

1.2 工藝方案

根據(jù)物料特性和設(shè)備特點(diǎn)，影響酒體蒸餾的主要控制條件為蒸發(fā)溫度，設(shè)定相應(yīng)參數(shù)后開展各工藝實(shí)驗(yàn)。

1.2.1 甑桶蒸餾

采用甑桶進(jìn)行殘余酒蒸餾，殘余酒計量后投料，每批次450 kg（41.0%vol），開展3 批次實(shí)驗(yàn)，升溫30 min 出酒后開始收酒，后期無酒花時停止收集，蒸餾樣收集完畢后，計重、測酒精度，計算回收率、理化指標(biāo)檢測。

1.2.2 超重力精餾

設(shè)定蒸發(fā)溫度為釜溫（95～115 ℃），頂溫（80～90 ℃），啟動蒸汽裝置和精餾設(shè)備，殘余酒計量后投料，加熱逐漸升溫至設(shè)定溫度，開冷凝水，蒸餾出酒后收集蒸餾液，殘液中無酒時停止收集，蒸餾酒計重、測酒精度，計算回收率，進(jìn)行理化和感官評估等。

1.2.3 閉環(huán)式蒸餾

物料按照45～50 ℃、50～55 ℃、55～60 ℃不同蒸發(fā)溫度分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，殘液盡量蒸發(fā)濃縮到酒精含量最低。所得物料分別進(jìn)行計量，測酒精度，計算回收率、理化和感官評估等。

1.2.4 膜過濾（有機(jī)物優(yōu)先透過膜）工藝

（1）過濾溫度選擇。根據(jù)有機(jī)物優(yōu)先透過膜應(yīng)用于酒體過濾的相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析，影響產(chǎn)物質(zhì)量和過濾速率的主要因素為溫度[3]。合適溫度利于香味組分透過，可截留影響口感和穩(wěn)定性的高沸點(diǎn)物質(zhì)（高級脂肪酸酯、雜醇油等），溫度低，則香味雜，過濾速度慢，溫度過高，則酒體有焦糊味。合適的溫度范圍為25～55 ℃，故本實(shí)驗(yàn)設(shè)定溫度條件分別為25～35 ℃、35～45 ℃、45～55 ℃，分析不同溫度下滲透液品質(zhì)變化，確定合適的過濾溫度。

（2）效果評估。最佳溫度工藝條件下，開展3批次實(shí)驗(yàn)，收集蒸餾樣，測酒精度，計算回收率、理化和感官評估等。

1.2.5 質(zhì)量指標(biāo)

（1）感官指標(biāo)。處理后酒體感官評判標(biāo)準(zhǔn)為澄清度、色澤、香氣、口感和異雜味5 項，由酒體評判小組根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評估和排序。

（2）理化指標(biāo)檢測。各工藝處理后酒液檢測采用國標(biāo)進(jìn)行，GB 2757—2012《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)蒸餾酒及其配制酒》、GB/T 10345—2007《白酒分析方法》、GB/T 9722—2006《化學(xué)試劑氣相色譜法通則》、GB/T 5009.48—2003《蒸餾酒及配制酒衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的分析方法》。

2 結(jié)果與分析

2.1 各工藝?yán)砘Y(jié)果及分析

甑桶實(shí)驗(yàn)（對照實(shí)驗(yàn)）開展3 批次，物料量450 kg/批，蒸 汽 溫 度100～120 ℃,蒸 餾 時 間80～100 min，約30 min 后出酒，后期無酒花時停止收集，所得蒸餾酒平均酒度63.9%vol，酒體平均回收率約58.3%（見表1）。

表1 甑桶蒸餾實(shí)驗(yàn)結(jié)果

感官質(zhì)量、能耗、回收率綜合對比見下文（表5、表6、圖1—圖4）。

2.2 超重力精餾實(shí)驗(yàn)

根據(jù)物料特性和設(shè)備工藝條件，影響蒸餾的主要控制條件為蒸發(fā)溫度，控制釜溫（95～115 ℃），頂溫（80～90 ℃），殘余酒經(jīng)過超重力精餾后，精餾液度數(shù)達(dá)到90 %vol 以上，回收率92.0 %以上，結(jié)果見表2。

表2 超重力精餾實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.3 膜過濾工藝（有機(jī)物優(yōu)先透過膜）

溫度對有機(jī)物優(yōu)先透過膜過濾速度和質(zhì)量有重要影響，合適溫度利于保證酒體質(zhì)量（口感）和過濾速度。根據(jù)方案設(shè)定實(shí)驗(yàn)溫度分別為25～35 ℃、35～45 ℃、45～55 ℃，不同溫度下過濾酒樣感官見表3。

表3 過濾樣感官和生成速度(不同溫度)

2 號過濾樣感官較好，主要原因是溫度過高或過低都影響酒質(zhì)，溫度低，不利于醇、醛、酯類等滲透，微量成分比例改變，酒體香氣異常、醇香欠缺；溫度過高，導(dǎo)致膜通量增大，乳酸乙酯、部分雜味組分透過較多，出現(xiàn)香氣不自然、澀口、烘焙味等現(xiàn)象；根據(jù)產(chǎn)物生產(chǎn)速度（3 號＞2 號＞1 號），溫度高生成速率快，故確定合適的過濾溫度為35～45 ℃，可保證過濾速度和質(zhì)量，根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)確定的溫度條件，開展3個批次的膜過濾實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表4。

上述工藝條件下，殘余酒通過膜過濾設(shè)備回收酒體，回收率平均可達(dá)85.0 %左右，感官質(zhì)量、能耗、回收率等對比見下文（表5、表6、圖1—圖4）。

表4 膜過濾實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表5 各工藝(綜合樣)感官鑒定

表6 各工藝（綜合樣）理化指標(biāo) (g/L)

表7 閉環(huán)蒸餾結(jié)果

圖1 各工藝?yán)砘笜?biāo)對比（g/L，折合41.0%vol）

2.4 閉環(huán)式蒸餾工藝實(shí)驗(yàn)

按照3 種蒸發(fā)溫度進(jìn)行蒸發(fā)濃縮實(shí)驗(yàn)，每批蒸發(fā)濃縮時長約0.5 h，結(jié)果見表7。

結(jié)果分析：（1）殘余酒采用閉環(huán)設(shè)備蒸餾工藝，各個不同蒸發(fā)溫度下，酒體平均回收率可達(dá)到91.7%以上（見圖3）；（2）理化指標(biāo)進(jìn)行分析，采用蒸發(fā)溫度50～55 ℃低溫蒸餾，（綜2 樣）酒體理化指標(biāo)總酯、己酸乙酯含量較高，酸酯等骨架成分回收較高；蒸發(fā)后殘液進(jìn)行理化檢測，除乳酸乙酯外，其他酯類幾乎為0，回收比較完全；（3）安全指標(biāo)結(jié)果：樣品安全指標(biāo)檢測合格，甲醇含量小于0.116 g/L、氰化物未檢出(以HCN 計,mg/L），鉛含量小于0.04（以Pb 計算，mg/kg）。

圖2 各工藝總酯回收率（%）

2.5 各工藝結(jié)果對比

感官質(zhì)量排序：閉環(huán)蒸餾工藝樣＞膜過濾工藝樣＞超重力精餾工藝樣＞甑桶蒸餾樣。

3 結(jié)論

圖3 各工藝酒體回收率

圖4 各工藝能耗對比

本研究通過比較減壓蒸餾（閉環(huán)蒸餾工藝）、常壓蒸餾（甑桶蒸餾和超重力精餾工藝）、膜過濾（有機(jī)物優(yōu)先透過膜）等多種酒體回收工藝，對比回收質(zhì)效，即以質(zhì)量（感官和理化、衛(wèi)生指標(biāo)）和效能（能耗和酒體回收率）為對比指標(biāo)，結(jié)論如下：

（1）各工藝處理酒體質(zhì)量：通過感官判定，處理效果較好為閉環(huán)式蒸餾和膜過濾工藝處理樣，酒體異雜味程度輕微，可部分替代基酒使用；且閉環(huán)蒸餾樣品理化指標(biāo)較高（總酯含量高，回收率高）；安全指標(biāo)甲醇、鉛、氰化物等符合安全標(biāo)準(zhǔn)。

（2）各工藝效能（能耗和回收率）：閉環(huán)式蒸餾工藝酒體平均回收率達(dá)91.7%以上（大批量處理回收率可達(dá)95.0 %以上）；且閉環(huán)蒸餾工藝能耗僅70kW·h/t，遠(yuǎn)低于其他各種工藝，節(jié)能降耗效果明顯(見圖3、圖4)。

（3）各種工藝進(jìn)行綜合對比，最優(yōu)工藝為：閉環(huán)式蒸餾工藝，采用50～55 ℃進(jìn)行低溫減壓蒸餾，酒體感官質(zhì)量有較大改善（等級提升），能耗僅約70kW·h/t，平均回收率達(dá)91.7 %以上（大批量處理可達(dá)95%），本工藝可使殘余酒回收質(zhì)效有較大提升，能盤活公司資源，加快殘余酒消化，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益。