膜分离技术在无醇米酒生产中的应用

范明霞，刘军，杨吉，熊超，徐思思，陈颖，万端极

（1.湖北工业大学轻工学部化学与化工学院，湖北武汉430068；2.湖北工业大学膜技术研究所，湖北武汉430068）

膜分离技术在无醇米酒生产中的应用

范明霞1，刘军1，杨吉1，熊超1，徐思思1，陈颖1，万端极2，*

（1.湖北工业大学轻工学部化学与化工学院，湖北武汉430068；2.湖北工业大学膜技术研究所，湖北武汉430068）

采用膜分离技术应用于无醇米酒的生产中，使用无机超滤膜对米酒进行澄清处理。试验结果，表明最佳操作条件为：操作压力0.2MPa，操作温度55℃，膜面流速4.0m/s。在此条件下膜通量大而且稳定，能很好地除去酒体中的杂质，解决酒体的后浑浊问题。澄清后的米酒经过旋转蒸发脱除乙醇，得到淡黄色透明无醇米酒。

米酒；脱醇；澄清；超滤膜

米酒，又称糯米酒、甜酒、酒酿、醪糟，是我国民间的一种传统发酵食品，已有二千多年的食用历史，是老百姓喜爱的营养保健食品。米酒的主要原料是大米、糯米，以天然微生物纯酒曲发酵而成，含有葡萄糖、维生素、氨基酸等营养成分，有活气养血、活络通经、补血生血以及润肺之功效，是中老年人、孕产妇和身体虚弱者补气养血之佳品。随着社会的快速发展，人们的生活水平不断提高，对健康也日益重视，传统米酒因其成分里含有一定量酒精，不适宜老人、儿童、司机、疾病患者、部分宗教人士等人群饮用。为最大范围地满足人民的生活需求，适合特定人群使用的无醇米酒也应运而生。

为改善商品米酒的外观品质、增长米酒的存放期，需要将原酒中的杂蛋白、胶体、淀粉、纤维、糊精、酵母、细菌和微生物等杂质成分除去。经传统的板框过滤、离心机除杂后，虽然米酒短时间内看不见沉淀，但透明度差，存放一定时间后，由于电荷作用，未除尽的杂质会再次聚集起来，导致酒体产生后浑浊现象，影响产品的外在感官[1]。因此，有必要对米酒进行彻底澄清和除杂。膜分离技术是近几十年发展起来的新兴分离技术，超滤膜法具有传统分离操作（如蒸馏、萃取等）无可比拟的优点，如常温操作、无相变、能耗低、工艺设备简单、操作方便可靠、分离效率高、无环境污染等特点，在食品工业中应用越来越广泛[2-4]。

将采用无机陶瓷超滤膜对米酒原浆进行澄清处理，通过试验考察膜在工作过程中的最佳操作压力、操作温度和膜面流速，以期确定最佳的生产工艺参数，澄清后米酒通过真空旋转蒸发工艺脱除酒体中的乙醇，探求制备澄清无醇米酒的新方法。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料

优质去渣原浆米酒：武汉山海府食品有限公司提供。

氢氧化钠：食品级；硫酸肼：分析纯；六亚甲基四氨：分析纯。

1.1.2 设备

奥立龙868型酸度计：上海伟业仪器厂；超滤膜组件：湖北工业大学膜技术研究所；旋转蒸发仪带真空泵：上海亚荣生化仪器厂；硅藻土过滤机：温州市金松轻工机械有限公司；HPLC-20AT高效液相色谱仪：日本岛津公司；气相色谱仪：日本岛津公司；电热鼓风干燥箱：南京莱步科技实业有限公司；电子分析天平：托利多仪器（上海）有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程

原浆米酒预处理→硅藻土过滤→无机膜过滤→旋转蒸发脱醇

1.2.2 膜分离试验

米酒膜分离使用的是M1016型无机陶瓷膜，膜孔径30 nm，试验中重点研究操作压力、操作温度、膜面流速对膜通量的影响。超滤膜通量定义为[5]：在一定操作压力下，单位时间内通过单位膜面积的透过液量。计算式为：J=V/（S×t）。

式中：J为通量，[L/（m2·s）]；V为透过液体积，L；S为有效膜面积，m2；t为超滤时间，s。

1.3 分析方法

澄清度测定：待测液体与新鲜配置的参考悬浊液比较，在扩散日光和黑色背景下，垂直观察比较5min。

浊度标准：由等体积的1%硫酸肼溶液和2.5%六亚甲基四胺溶液混合配置的福尔马阱悬浊液定义为4000NTU作为原始参考标准。将原乳光悬浊液稀释相应倍数作为参比悬浊液。

糖分测定：采用HPLC测定糖含量。

酒精度测定：采用气相色谱法测定米酒中乙醇含量。

2 结果与讨论

2.1 原酒预处理

2.1.1 等电点试验和絮凝试验

测得原酒的pH为3.95，用质量分数为10%的氢氧化钠溶液调米酒pH分别为4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5，摇匀并静置2 h。米酒絮状沉淀含量随pH变化如表1所示。

由表1可以看出，当试样pH为5.5时，试样中絮状沉淀量最多，因此原酒pH调至5.5时最适合澄清操作。此外，分别用海藻酸钠和单宁作为絮凝剂对调pH为5.5的原酒进行絮凝试验，静置12 h。实验发现，其澄清状况与不加絮凝剂时无明显改观。

2.1.2 温度试验

将原酒试样煮沸，并保持一段时间，冷却后常温静置3 h，试验结果如表2所示。

由表2可知，原酒pH调至5.5，煮沸并保持15min，冷却后常温静置3 h，米酒絮状澄清效果最好，在此条件下预处理后体系更适合后序的过滤分离。

2.2 硅藻土过滤试验

由于原酒经煮沸后会有大量的变性蛋白质及胶体等杂质析出，在进行膜分离操作时对膜造成污染等不利影响。采用硅藻土过滤机除去杂质，可防止膜污染，提高膜通量和稳定性。试验中使用1.2m2硅藻土过滤机，过滤速度为46.5 kg/m2·h。经硅藻土过滤后的原酒稍有浑浊，呈微黄色。

2.3 膜分离试验

2.3.1 操作压力对膜通量的影响

在物料温度为30℃，膜面流速4.5m/s条件下，分别测量膜在0.08、0.10、0.12、0.14、0.16、0.18、0.20、0.22、0.24、0.26、0.28、0.30MPa工作压力下膜通量值，实验结果如图1所示。

由图1可以看出，在膜工作压力升高的初始阶段，膜通量随压力升高迅速增大，当压力升至0.2MPa以后，膜通量随压力升高而增大的幅度变缓。其原因是，随着膜分离的进行，膜面形成大分子物质组成的动态膜（浓差极化层）在压力越大时会变得密实，成为膜通量增大的负因素，因此通量的增加变缓。由此可以确定30 nm陶瓷无机膜在分离米酒时的适宜工作压力为0.2MPa。

2.3.2 操作温度对膜通量的影响

在膜操作压力为0.2MPa，膜面流速为4.5m/s条件下，分别测量膜在25、30、35、40、45、50、55、60℃时的膜通量，实验结果如图2所示。

由图2可以看出，随着温度升高，膜通量也随之增大。原因是随着温度升高，物料粘度变小，加快了分子运动，减少了膜面浓差极化的形成。虽然温度升高膜通量会变大，但需考虑米酒在温度过高时会损失一部分挥发性香味成分，降低产品质量。综合考虑，膜工作温度在55℃为宜。

2.3.3 膜面流速对膜通量的影响

膜面流速由物料流经膜组件的流量来表征，膜面流速的的变化可以改变膜面浓差极化的程度从而影响膜通量。在操作压力0.2MPa、温度为50℃条件下，分别测试膜面流速为2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0m/s时膜通量情况，实验结果如图3所示。

由图3可以看出，随着膜面流速的增加，膜通量呈上升趋势。这是因为增加膜面流速即增加了膜面流体对浓差极化层的剪切力，使浓差极化程度降低，因此膜通量上升。在膜面流速达到4.0m/s后再增大流速值，膜通量增加趋缓，从节约能源的角度考虑，膜面流速控制在4.0m/s为宜。

2.3.4 膜的清洗

膜过滤工作完成后，由于大分子杂质对膜面产生污染，使膜的分离性能下降，因此需要对膜进行清洗，恢复膜通量，以保障生产的连续性和稳定性。实验证明，过滤米酒后受污染的膜先经过自来水漂洗，再经过1%氢氧化钠和次氯酸钠溶液清洗，可以很好地恢复膜通量。

2.4 旋转蒸发脱醇

经过膜除杂后的米酒采用旋转蒸发仪在真空度为0.098MPa下脱醇。收集前10%馏出液，测得酒精度为5%，至馏出液20%时酒精度为0。可见原酒蒸发至馏出液占原体积20%时可使原酒不含乙醇。观察到馏出液为淡金黄色透明状，略带酒糟味。

2.5 米酒指标的测定

米酒原液、硅藻土过滤后米酒、超滤后米酒、旋转蒸发后米酒分别编号为：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。对各步米酒均测定澄清度、糖分和酒精度，测定结果如表3所示。

由表3结果可见Ⅱ号比Ⅰ号澄清许多，说明硅藻土有一定的除杂能力，但实验观察到Ⅱ号有明显的后浑浊现象，Ⅲ、Ⅳ号澄清度高且无后浑浊现象产生，表明超滤膜分离除杂效果好。经过以上工艺流程，各步米酒中糖分变化不大，表明对米酒进行澄清脱醇仍旧保持了原有的甜度和口感。经过旋转蒸发脱醇，米酒中已检测不出乙醇，最后得到无醇米酒。

3 结论

1）膜分离技术应用于无醇米酒生产中澄清米酒是可行的，该生产技术操作简单、分离精度高，能够彻底地除去酒体中的杂质，并解决了商品米酒存放中容易产生后浑浊的问题。本研究通过试验确定30 nm陶瓷无机膜合适的操作参数为：操作压力0.2MPa，操作温度55℃，膜面流速4.0m/s。工作后受污染的膜经过碱性清洗剂清洗可以很好地恢复原通量，能够保障生产的连续性。

2）经过硅藻土过滤技术、膜分离技术、旋转蒸发脱醇技术联合应用于无醇米酒的生产，得到的无醇米酒保持了原米酒的独特风味和口感，外观呈诱人的淡金黄色透明液，增加了产品的商业竞争力。

[1]吴新明,易求实,黄元乔,等.米酒的澄清与保鲜[J].培训与研究——湖北教育学院学报,2000,17(5):34-36

[2] 罗安伟,刘兴华,任亚梅,等.猕猴桃干酒超滤澄清技术研究[J].中国食品学报,2005(2):54-56

[3] 李华兰,黎波,王涛.竹荪米酒超滤澄清技术研究[J].酿酒,2009,36 (5):71-73

[4]李宝艳,万端极.超滤膜法制备豌豆蛋白的工艺[J].食品研究与开发,2010,31(10):75-77

[5]杨座国.膜科学技术过程与原理[M].上海:华东理工大学出版社, 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

国家级大学生创新创业训练计划项目（201310500001）

范明霞（1979—），女（汉），讲师，博士，研究方向：新型分离技术。

*通信作者：万端极（1953—），男，教授。