膜过滤技术在低醇葡萄酒生产过程中的应用

膜过滤技术在低醇葡萄酒生产过程中的应用

1 低醇葡萄酒生产

1.1 低醇葡萄酒

葡萄酒含有多种氨基酸、维生素及各种活性物质，具有较高的营养价值。随着生活水平的提高，人们重新考虑饮酒习惯，普通葡萄酒酒精度较高（12%vol），在某种程度上限制了一些消费者对葡萄酒的饮用。低醇葡萄酒所含热量仅是普通葡萄酒的1/2，酒精度为1%-7%vol，其具有普通葡萄酒的色泽和香气及其营养成分,同时又避免了高酒精度对人体的不良影响。自20世纪70年代，低醇葡萄酒逐渐在美国、英国、澳大利亚、新西兰等国家市场上畅销。

低醇葡萄酒的生产方法有3类：热处理法、膜处理法和终止酒精生成法。其中终止酒精生成法是目前生产低醇葡萄酒较常用方法,对品质影响较小,口感醇厚。

将膜处理法与终止酒精生成法两者结合起来,利用中空纤维超滤膜在酵母发酵后期,除去多余的酵母细胞,减少酵母产酒精量,以制备低醇葡萄酒。可以最大程度的保持葡萄酒中原有口味及各类功能性成分,并且生产成本低廉,易于操作。

1.2 中空纤维超滤膜技术

中空纤维超滤膜技术是以分子或粒子大小为基础的,以压力作为推动力的动态错流过滤技术。目前中空纤维的直径在0.5mm-2.0mm，膜孔径在0.01μm一0.001μm，超滤膜截留分子量范围基本为100000Da-6000Da。它可将细菌、病毒、微小悬浮物、微生物、胶体等大部分地截留。

中空纤维膜的特点是耐压性能好，无需支撑体，膜组件可做成任意大小和形状装填密度大。单位体积的膜面积大、通量大。因此，采用中空纤维膜对发酵中的葡萄酒进行处理，具有实际操作性及商业价值。

2 中空纤维超滤膜在低醇葡萄酒生产中的应用

聚偏氟乙烯膜可以高压消毒，耐一般的熔剂，耐游离氯性强于聚砜膜，广泛应用于超滤和微滤过程。但该膜是疏水性的，经膜表面改性后可改善其亲水性。

2.2 中空纤维超滤膜装置操作方法

2.2.1 膜通量的确定

将葡萄酒经过中空纤维膜,用量筒承接滤液 ,经一定时间t后(用秒表计),读取体积数V,则膜通量J计算公式:

式中:J为膜通量、V为t时间内收集的滤液体积，t为过滤时间，A为有效膜面积。

随着超滤时间的延长，膜通量逐渐降低。在刚开始的几分钟内，膜通量迅速降低，这是因为凝胶层不断增厚、浓差极化不断增强，使得阻力迅速增加，导致膜通量大幅度下降；超滤20,min后,膜通量下降幅度减小，且逐渐趋于稳定，这是因为膜表面已建立起稳定的边界层，吸附作用趋于饱和从而使得膜通量较为稳定。当超滤时间接近2h时，膜通量又出现缓慢下降的趋势,这是由于随着超滤的进行，样品浓缩倍数增加，大分子物质继续沉积，造成膜面污染加剧，从而使得膜通量进一步下降。因此。生产时先超滤20min使膜渗透性能稳定后，再循环超滤60min。

2.2.2 操作压力的确定

在膜过滤中操作压力对超滤速度有着直接影响。进料原酒浓度持不变的条件下，超滤20min使膜渗透性能稳定后，进行测定，结果表明，随着压力的增大,出液量逐渐增大，结合膜承受压力的范围，将压力控制在0.1MPa-0.3MPa。在此

范围内，测定膜过滤速度与压力的变化关系，结果表明：在实际操作中将压力定

为0.2MPa比较合理。

2.2.3 操作温度的确定

影响超滤过程的主要因素除了压力以外，温度也是主要因素之一。确定压力和膜通量条件下，进行测定，超滤速度随着温度的升高显著提高，根据葡萄酒的稳定性、发酵温度及后期口感的等方面考虑，超滤过程控制为25℃比较合适.

2.2.4 预处理工艺

料液事先进行预处理，将劣化物质除去，尽量减缓膜的劣化速度。

预处理包括调整温度和pH值、除去悬浮物。超滤温度和原料温度保持在25℃左右为宜，可采用冷却降温和蒸汽加热的方法来调整。可用H2SO4、HCl或者NaOH 调整原料的pH值。根据原料的不同情况，可用过滤，微孔过滤和加絮凝剂出去固体悬浮物和胶体。

2.2.5 一级一段超滤操作流程图

2.2.6 错流过滤

为了控制浓差极化现象，采用错流过滤。料液流动的方向平行于滤膜。这样可阻止膜表面上凝胶层的形成，并控制浓差极化现象。料液在泵的作用下进入膜组件以后分成两路，一路是透过液，一路是截留液。透过液透过膜面流出，在管外收集；截留液则以高的剪切速度沿膜面流动，以带走被膜截留而聚集于膜表面

的沉积物，防止和减小膜空堵塞。

2.3 中空纤维超滤膜装置清洗方法

2.3.1 物理清洗

等压冲洗：冲洗时首先降压运行，关闭超滤液出口并增加料液进入速率。此时中空纤维内腔压力随之上升，直至达到与中空纤维外侧腔体操作压力相等，使膜两侧压力差为零，滞留于膜表面的溶质分子即会悬浮于溶液中并随浓缩液排出。

2.3.2 化学清洗

化学清洗所采用的清洗剂在具体选择的时候，应根据污染的类型和程度、膜的理化性质来确定。可用HNO3、H3PO4和柠檬酸等清洗膜表面碱性沉淀物；用酶作清洗剂清除蛋白质、多糖和油等污垢；用水溶性乳化液清洗油和氧化铁所形成的污染物等

参考文献

[1]张传军. 膜过滤技术在低醇葡萄酒生产过程中的应用[J]. 中国酿造, 2008，24：63-66

[2] 夏光辉. 超滤技术在葡萄酒加工中的应用概述[J]. 中外葡萄与葡萄酒，2009，1：70-72

[3] 曹恒霞, 姜海凤, 唐礼升，等. 膜技术在酒类生产中的应用[J]. 酿酒科技, 2011，6：83-85

[4] 李景明，吴军，王树生，等. 微孔膜在红葡萄酒过滤澄清中的应用研究[J]. 农业工程学报, 2004，20（1）：222-225

[5] 高树贤，高畅，等. 葡萄酒工程学[M].陕西人民出版社

[6] 丁玉，等现代分离方法与技术[M]. 化学工业出版社

[7] 陈少洲，陈芳，等膜分离技术与食品加工[M]. 化学工业出版社