膜過濾技術在釀酒工業(yè)中的應用研究

◎韓 睿，王千存，付潤年

（1.甘肅雄關酒業(yè)有限責任公司，甘肅 嘉峪關 735100；2.酒鋼集團供應鏈管理分公司，甘肅 嘉峪關 735100）

釀酒工業(yè)中的過濾是確保酒水生產質量的重要一環(huán)，特別是在酒水需要遠銷并長期儲存時，更要求酒水具備風味、生物的穩(wěn)定性。近年來，我國釀酒工業(yè)取得了飛速發(fā)展，市場競爭也越發(fā)激烈，要想在市場上站穩(wěn)腳步，釀酒企業(yè)必須生產高質量、健康的酒水，若想達到此目的，釀酒企業(yè)就要合理應用膜過濾技術。

1 膜過濾的發(fā)展進程

膜過濾分離技術是一種綜合性的高新技術。自然界存在很多膜分離現(xiàn)象，雖然人們發(fā)現(xiàn)且認識這一現(xiàn)象，但因科技水平不足，并未對此進行高度關注，直到1854 年、1856 年，有學者發(fā)現(xiàn)了透析現(xiàn)象和天然膜具有各向異性特點后，才開展膜研究工作。這一階段，有學者使用天然膜制作了首個膜滲透器，同時成功將糖蜜、鹽類分離，不僅推動了膜分離技術的發(fā)展，還將其具備的優(yōu)勢得以體現(xiàn)。然而，天然膜應用期間有一定的局限性，隨著社會科技的發(fā)展，新產業(yè)部門興起，提出了研究開發(fā)新的分離技術、人工合成分離膜，并進行了相應實踐。1864 年，世界上首張人造膜問世；20 世紀30 年代各種孔徑的硝酸纖維超濾膜被成功研發(fā)。

據(jù)了解，過濾技術早就應用到了釀酒工業(yè)中，1875 年，第一臺啤酒過濾產品便是由興趣引發(fā)制造。1930 年，德國建立了第一家微濾膜工廠，促進澄清過濾等得到了大力發(fā)展。1960 年，美國2 兩位學者應用溶膠—凝膠相互轉化的方法制備出了首張實用性強的反滲透膜，從此各國進入了膜分離過濾技術時代。隨著材料工藝的發(fā)展，更多新型膜材料、工藝和裝置隨之出現(xiàn)，反滲透、氣體分離與超濾等膜技術不斷趨于工業(yè)化，微濾技術也正式進入全新發(fā)展階段。此外，由于膜分離技術節(jié)能環(huán)保且過程溫和，被廣泛應用于我國生物制藥、食品飲料等領域，成為當時最有發(fā)展前景的技術之一。

2 膜過濾的多樣化與其在釀酒工業(yè)中的應用

膜技術的優(yōu)化、革新促使膜過濾的形式、種類不斷增多，同時也普及運用到各工業(yè)領域中，如在釀酒工業(yè)中的多樣化運用[1]。膜過濾指膜發(fā)揮過濾的功能，然而基于微觀層面及作用機理，膜過濾并非是簡單的篩網，其還具有平面攔截的效用，篩網式平面攔截如圖1 所示。其中，膜結構包括膜孔徑及其分布范圍內的多孔高分子材料，膜的過濾精度和空隙率是其核心特性，將上、下支撐層有效組合，構建具有良好過濾功能的結構?；谀さ慕Y構不一樣，過濾膜分為非對稱性膜與對稱性膜；基于膜材料存在差異，過濾膜分為金屬膜、有機膜等；基于膜孔徑范圍，過濾膜分為反滲透膜、微濾膜等。

圖1 篩網式平面攔截圖

結合膜過濾相關機制，其過濾形式包括布朗運動、直接攔截和慣性碰撞，隨著膜過濾技術的發(fā)展，膜過濾形式不斷增多，其中包括錯流過濾、死端過濾。同時，實際應用期間，針對不同的工藝環(huán)節(jié)，不同類型的膜應結合工藝需求搭配高效、可行的自動化程序控制，再與換熱器、閥門等功能單元有機組合，構建不同形式的過濾體系。

2.1 釀酒工業(yè)中的氣體過濾裝置

釀酒工業(yè)常會用到氣體過濾裝置，這一裝置采用的是死端過濾形式，其間使用了疏水性好的有機微濾膜，通常情況下，釀酒企業(yè)會使用聚四氟乙烯PTFE材質，因膜過濾器廣泛應用于釀酒工業(yè)，使得該行業(yè)跨越了應用棉花活性炭進行過濾的時代，同時在氣體使用位置就近設置膜過濾器，還能全面解決氣體給釀酒工藝帶來的污染隱患。同時，應用膜過濾器可進行在線滅菌，還能完成完整性測試，這不但能提升其過濾性，還能確保工藝操作的安全性，而過濾器管理維護的耗用也能降至最低，正因如此，釀造人員無需顧慮氣體工藝管理，能夠有效促進釀酒工作。

2.2 CFS—純生啤酒除菌過濾系統(tǒng)

CFS 指全自動集束式除菌過濾系統(tǒng)，釀酒企業(yè)可將其應用到純生啤酒除菌過濾工作中，其間使用了親水性良好的微濾膜，采用的仍是死端過濾形式，因啤酒除菌的生產規(guī)模較大，故要考慮微生物管理的安全性、系統(tǒng)運行經濟性等問題。經多年實踐，集束式設計成為某公司的專利并廣泛應用于純生啤酒生產，這也得到了各界人士的認可與好評[2]。

2.3 多個錯流膜過濾系統(tǒng)

釀造工作中，很多釀酒企業(yè)都想回收啤酒發(fā)酵罐底酵母醪液內的啤酒，但其回收難度極大。雖然可使用板框壓濾、沉淀分離等諸多分離形式，但受個別因素的影響，無法將各指標要素控制在最佳水平，如微生物、設備維修成本與回收酒品質等的控制。正因如此，大部分釀酒企業(yè)不得不放棄回收，只能將這部分啤酒排入地溝。然而，應用錯流過濾形式，有效解決了這個問題。

2.3.1 陶瓷膜錯流過濾系統(tǒng)

陶瓷膜是一種無機膜，不僅耐溫范圍大，而且還具有良好的化學兼容性能。陶瓷膜錯流過濾系統(tǒng)通常會被用于回收發(fā)酵罐底酵母醪液中的啤酒工作。該系統(tǒng)具備一大優(yōu)勢，即回收酒的品質優(yōu)良、穩(wěn)定且安全。基于設計規(guī)模，可將此系統(tǒng)分為連續(xù)型操作模式、批次型操作模式，不過這一系統(tǒng)的投資較大，釀酒企業(yè)會酌情選用。

2.3.2 中空纖維錯流微濾膜過濾系統(tǒng)

該系統(tǒng)使用的是中空纖維有機膜材料，膜的厚度在400 nm 且呈對稱形，因膜材質均衡、致密，所以可形成內、外表面光滑且足夠堅韌的特性，正因如此，膜可耐受溫度且能被頻繁清洗，而膜的過濾年限更是在數(shù)年以上[3]。通常情況下，釀酒企業(yè)會用此替代以往使用的硅藻土過濾系統(tǒng)進行黃酒、葡萄酒的澄清過濾。這不僅能確保酒品質優(yōu)良，還能使酒澄清、透亮，同時釀酒環(huán)節(jié)屬于全自動化操作，其不僅靈活性強，還能保證作業(yè)現(xiàn)場的衛(wèi)生，這在很大程度上能夠推進高效管理模式的落實，也能滿足現(xiàn)代化釀酒工作的發(fā)展需要。如今，中空纖維錯流微濾系統(tǒng)已被廣泛應用于歐美國家的葡萄酒行業(yè)、果酒行業(yè)，成為當下技術革新發(fā)展的主要趨勢。

3 釀酒工業(yè)中膜過濾技術的應用趨勢

隨著膜過濾分離技術的發(fā)展，其在我國釀酒工業(yè)中得到了普及運用。不僅帶動了釀酒工業(yè)在過濾領域的改革、創(chuàng)新，還大幅提高了釀酒工作的安全性、經濟性、節(jié)能性[4]。究其原因，膜分離可在常溫下進行，不會造成較大的營養(yǎng)損失，而且適用于熱敏物質（如果汁、酶）。同時膜分離不會發(fā)生相變化，揮發(fā)性成本損失少，可保留原有芳香，與那些有相變化的分離法相比，其能耗更低[5]。同時，合理應用膜過濾技術還能優(yōu)化生產管理、保護環(huán)境。本文提及的膜過濾技術逐漸取代傳統(tǒng)硅藻土過濾，不論是在啤酒工業(yè)、白酒工業(yè)還是其他果酒工業(yè)，膜過濾技術的應用都成為主要發(fā)展趨勢，這一技術帶動了我國釀造業(yè)過濾領域的全面變革。

4 結語

總之，膜過濾分離技術是一門綜合性、多元化學科，隨著科學技術的發(fā)展，這一技術全面滲透到我國釀酒工業(yè)中，推動了釀酒業(yè)的發(fā)展、變革，使釀酒工作的經濟性、安全性能全面提高。膜過濾技術的應用，有利于釀酒企業(yè)健康生產，而且對生態(tài)環(huán)境也能起到有效保護的作用。當前，膜過濾技術逐漸替代了傳統(tǒng)的硅藻土過濾方法。不論是在葡萄酒釀造領域，還是在啤酒工業(yè)，合理應用膜過濾技術能推動我國釀酒工業(yè)的發(fā)展。