膜分离技术与传统的分离方法相 比

膜分离技术与传统的分离方法相比，具有节能、几乎无污染、不会产生健康危险、不需要助滤剂、使用灵活等优点，因此，在工业发展中有着极其重要的价值[1] 。此外，逐步完善的环境保护法也为膜分离技术的发展提供了新的机遇。

膜是具有选择性分离功能的材料，利用膜的选择性可以实现料液不同组分的分离、纯化和浓缩。膜可以在分子范围内进行分离，且这一过程是物理过程，不需发生相的变化和添加助滤剂。膜的孔径一般为微米级。根据其孔径（或截留分子量）的不同，可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等[2] 。根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要是微滤级别的膜，如陶瓷膜和金属膜；有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、聚醚砜、聚氟聚合物等等。根据其构件的不同，可分为平板膜、卷式膜、管式膜。膜分离技术已在传统酿酒行业中得到广泛的应用，并表现出巨大的应用前景。

1 用反渗透膜生产无醇或低醇酒反渗透法生产无醇或低醇酒因几乎不改变风味而成为主流方法。国外基本都使用反渗透法生产无醇啤酒和低醇葡萄酒。反渗透又名逆渗透，是一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。即对膜一侧的料液施加高压，当压力超过它的渗透压时，溶剂会逆着自然渗透的方向，作反方向渗透。饮料酒中的各种成分，对膜的渗透能力相差很大：水最易透过；酒精次之；浸出物最困难，这样即可达到脱醇的目的。目前，国内已经研究开发出了反渗透法生产无醇啤酒的方法和设备，可得到酒精度< 0.5% （v/v）的无醇啤酒，反渗透法脱醇前后酒的理化指标分析见表1[3] 。从表1可看出，经过反渗透，酒精度下降89.7% ，反映啤酒中总浸出物的真正浓度几乎不变，表明反渗透膜对乙醇的透过率比啤酒中的其他物质大得多，用反渗透的工艺来制备无醇啤酒是可行的。此外，反映啤酒醇厚性的总蛋白质、多酚、葡聚糖3项指标经脱醇后确有下降，但下降仅在3.3% 以内，因此在酒体的醇厚性及黏稠度上，脱醇酒与原酒是基本一致的。与限制发酵、蒸馏脱醇方法相比，反渗透法能克服限制发酵法造成的无醇啤酒产品中的残糖含量高、蒸馏法使得无醇啤酒产品有蒸煮味等风味缺陷，能够得到高品质的无醇啤酒产品。

表1 啤酒脱醇前后理化指标的分析结果

项目原酒脱醇酒

色度/EBC 5.0~5.5 5.0~5.5

浊度/EBC 0.24 0.30

粘度/ （mPa ·s） 1.52 1.53

酒精度/% （v/v） 3.39 0.35

真正浓度/% （w/w） 2.69 2.67

原浓/% （w/w）7.96 3.23

外观浓度/% （w/w） 1.59 2.74

pH值 4.19 4.17

总酸/ （mL·100mL -1）0.88 0.80

总还原糖/ （g·100mL -1）0.90 0.87

总多酚/ （mg·L -1 ）74.62 72.16

总蛋白质/（mL·100mL -1）58.07 56.21

α-氨基酸态氮/ （mg·L -1）66.52 65

双乙酰/ （mg·L -1 ）0.072 0.065

浙江古越龙山绍兴酒股份有限公司与江南大学生物工程学院合作，对绍兴黄酒进行反渗透膜脱醇的中试表明，酒精度从16%~18%下降为10%~12% （v/v），几乎能保持绍兴黄酒风味和理化指标不变.

2 膜过滤在纯生酒酿造中的应用国外从20世纪60年代开始，将膜分离技术用于啤酒过滤除菌生产纯生啤酒，目前已在工业上广泛应用。国内已经有十几个品牌的纯生啤酒上市，对比同一个啤酒品牌，纯生啤酒的口味比熟啤酒好。我国啤酒行业协会已经将纯生啤酒列为今后啤酒行业的主要发展方向之一。与传统啤酒生产过程中的巴氏杀菌方式不同，纯生啤酒采用低温膜过滤除菌，实现了“冷杀菌”，可避免加热过程中造成风味物质及营养成分被破坏，保持了鲜啤酒的新鲜口味。生产纯生啤酒的微孔过滤膜是用生物稳定性、化学稳定性很强的合成纤维制成，常用的材料有醋酸纤维、聚酯、聚矾、聚丙烯、尼龙66等。滤膜完全用其表面截流粒子，故具有过滤速度高，化学稳定性好、耐高温、可加热灭菌、可用酸或碱清洗，机械强度高、柔韧性好、可折叠等优点。生产纯生啤酒采用折叠式筒状薄膜滤芯，它具有表面积大、过滤面积大、流量大的优点。可按照要求对滤芯进行组合以获得不同流量，多的可为40~50根滤芯。

滤芯的寿命主要取决于过滤啤酒的量及再生情况，一般情况下可于使用前对滤芯进行完整性测试，以防止微生物滋生穿透薄膜而进入清酒。目前，国内啤酒厂配备的膜过滤系统以Sartorius、Pall和Seitz公司的产品较多[4] 。

膜过滤是纯生啤酒生产的关键性技术，膜过滤后啤酒中的细菌总数关系到最终纯生啤酒的生物稳定性。膜过滤孔径一般为0.45 μm 。如此小的孔径能够把酒中的细菌和酵母细胞滤除干净，达到纯生啤酒在一定保质期内的生物稳定性要求。生产中膜的清洗一般按照下列过程：过滤结束后先用水漂洗，以除去附着在膜上的蛋白质、酒花树脂等杂质，接着按照顺序用热水、热碱、热水、冷水分别冲洗，最后用热水杀菌后排空背压待用。清洗膜所用水除了保证无菌，还必须保证无杂质、硬度低，防止杂质和热水中的钙盐堵塞膜的微孔。此外，日本采用低温膜过滤除菌生产出纯生清酒，进Sartorius公司膜过滤设备成功生产纯生黄酒。此外，日本采用低温膜过滤除菌生产出纯生清酒，深受市场欢迎；

3 啤酒酿造中膜过滤代替硅藻土过滤长期以来，啤酒过滤这一过程需通过添加硅藻土来完成的，但啤酒行业希望寻找一种新的绿色环保的方法来取代现有的硅藻土过滤工艺。啤酒行业已开始实施膜过滤技术在啤酒生产中的应用研究。在德国已有啤酒厂实现了用膜处理代替硅藻土过滤，中国的珠江啤酒公司也已经成功采用膜过滤技术替代了硅藻土过滤。膜过滤与硅藻土过滤相比，具有无粉尘、不会产生健康危险、不需要助滤剂、使用更加灵活方便、膜的寿命更长等优点。由于膜的孔径非常细微，容易控制粒子的

通过。但是膜处理的缺点是易堵塞，需要用化学试剂来清洗膜。

在啤酒过滤时，膜的性能非常重要。过去一直认为，造成膜堵塞、过滤性能下降的主要原因是β-葡聚糖，事实上，Paul等[5]研究表明阿拉伯木聚糖对黏度和过滤性能的影响不亚于β-葡聚糖。Stewart和Hawthorne等[6] 也证实啤酒的黏度和膜的过滤性能和阿拉伯木聚糖的含量密切相关，而β-葡聚糖仅与啤酒的黏度有关，与膜的过滤性能无关。除此之外，蛋白质———单宁复合物、多酚、微生物和微粒物质也对膜过滤有很大的影响。为了提高过滤性能，可在过滤前添加絮凝剂，除去大分子粒子。通常添加PVPP （聚乙烯吡咯烷酮）除多酚，用硅胶沉淀除蛋白，有时两者联合使用，操作时关键要有足够的沉淀时间，否则它们对膜的影响比不添加更加糟糕，会有更大的粒子存在于膜系统中。膜过滤时不同的堵塞导致膜性能下降，从而使渗透量减少。孔堵塞会增加膜的阻力，而滤饼层的形成产生了新的附加阻力，可以对膜进行反冲洗以减少膜堵塞从而改善其性能。

采用错流膜过滤技术也可减少膜的堵塞。目前全世界采用错流膜过滤的啤酒厂仅有五六家，且大多数处于生产线试验阶段。在我国几乎所有的啤酒生产中均采用硅藻土过