从啤酒废酵母泥中回收啤酒和啤酒酵母的研究

金作宏，王素霞

(1.河北美邦工程科技股份有限公司，河北石家庄 050035；2.河北省膜过程工程技术研究中心，河北石家庄 050035)



从啤酒废酵母泥中回收啤酒和啤酒酵母的研究

金作宏1,2，王素霞1,2

(1.河北美邦工程科技股份有限公司，河北石家庄 050035；2.河北省膜过程工程技术研究中心，河北石家庄 050035)

为了得到高附加值的产品，利用陶瓷膜分离设备从啤酒废酵母泥中过滤得到啤酒和啤酒酵母，啤酒用于后续纯生啤酒或者清酒的加工，啤酒酵母进入后续深加工系统。小试试验、中试试验和工业试验的结果表明：使用陶瓷膜分离设备处理啤酒废酵母泥，无废弃物排放，啤酒废酵母泥中啤酒回收率可达70%(质量分数)以上；与传统的板框过滤法相比，该方法动力消耗小、回收率高，回收的啤酒不含酵母细胞，浊度合格，达到了降低酒损、提高啤酒收率的目的，提高了企业经济效益；无废弃物排放，解决了环保问题，实现了资源的优化配置。

食品化工；陶瓷膜；啤酒；废酵母泥；回收利用

金作宏，王素霞.从啤酒废酵母泥中回收啤酒和啤酒酵母的研究[J].河北工业科技,2016,33(5):404-409.

JIN Zuohong,WANG Suxia. Research on the recycle of beer and beer yeast from waste beer yeast mud[J].Hebei Journal of Industrial Science and Technology,2016,33(5):404-409.

啤酒酿造过程中会产生剩余酵母泥，每生产100 t啤酒就可产含水分75%～80%(质量分数)的剩余酵母泥1.5 t[1-2]，其中一小部分剩余酵母泥作为种酵母再次利用，其余部分则成为啤酒废酵母泥。啤酒废酵母泥中固形物约占9%(质量分数)，固形物富含蛋白质(质量分数大于45%)[3]，其余大部分为啤酒，利用价值非常高[4-5]。最早对啤酒废酵母泥回收利用的主要方法是通过板框压滤获得酵母饼和啤酒液[6]，不仅浪费资源，而且造成环境的严重污染[7]。随着技术的发展，对啤酒废酵母泥的利用方法逐渐增多，比如制取核糖核酸等高附加值产品[8-13]、生产酵母浸膏[14-15]、制造营养酸奶[16]等。由于啤酒在啤酒废酵母泥中占有很大比例，因此，寻找一种经济有效的从啤酒废酵母泥中回收啤酒的技术是国内许多啤酒厂亟待解决的问题。

1 试验

1.1 试验材料

本研究所用啤酒废酵母泥来自石家庄嘉禾啤酒有限责任公司，为该公司啤酒酿造过程中产生的12°特啤啤酒废酵母泥。

本研究所用陶瓷膜分离设备由河北美邦工程科技股份有限公司制造，设备型号为MBKJ-4F-01。陶瓷膜分离设备关键分离材料为陶瓷膜，其规格为CUF-50×1016×30×4.0。

啤酒浊度采用HD-2015型浊度仪(北京边华电化学分析仪器有限公司提供)测定。

1.2 试验流程

啤酒废酵母泥回收的关键过程为陶瓷膜分离，其过程如下：把啤酒废酵母泥置于富CO2的环境中使其隔绝空气，控制一定的温度、压力，经过陶瓷膜分离设备进行分离，分离到一定的程度后，通过流加少量含有CO2的纯化水，洗涤酵母泥中的啤酒，收集渗透侧的啤酒，用于后续生产纯生啤酒或者添加到清酒中。截留侧得到的酵母泥浓缩液进入后续深加工系统，以得到高附加值的产品。具体流程见图1。

图1 啤酒废酵母泥回收啤酒流程图Fig.1 Flow chart of beer recycle from waste beer yeast mud

1.3 试验方法

1)板框过滤

将加30%(质量分数，下同)的水混匀后的啤酒酵母泥通过0.5 m2的板框过滤设备进行过滤，进口压力控制在0.3～0.4 MPa，温度为10～20 ℃，收集板框滤液和滤饼。

2)陶瓷膜过滤[17]

本研究分别进行了小试试验、中试试验和工业试验。

①小试试验:采用膜面积为0.23 m2的单膜管陶瓷膜分离设备进行过滤，如图2所示，啤酒废酵母泥处理量为0.05 m3/d。

图2 陶瓷膜过滤小试设备Fig.2 Test equipment of ceramic membrane filtration

在进行试验前，首先进行纯水通量测试，即将进膜压力和出膜压力分别控制在0.2 MPa和0.1 MPa，温度控制在室温25 ℃，使纯水通过陶瓷膜分离设备，测试其通量。然后将啤酒废酵母泥加30%的水混匀后通过陶瓷膜分离设备进行过滤，控制进膜压力和出膜压力分别为0.3 MPa和0.15 MPa，温度控制在10～20 ℃，收集渗透啤酒清液，陶瓷膜截留的浓液进行深加工处理。

②中试和工业试验：中试试验采用膜面积为3.2 m2的双膜组件串联的陶瓷膜分离设备进行过滤，如图3所示，啤酒废酵母泥处理量为2 m3/d。工业试验采用2套膜面积为68 m2的四并两串的陶瓷膜分离设备回收啤酒，啤酒废酵母泥处理量为150 m3/d，如图4所示。

图3 陶瓷膜过滤中试设备Fig.3 Pilotscale equipment ceramic membrane filtration

图4 陶瓷膜过滤工业化系统Fig.4 Industrial system of ceramic membrane filtration

试验前，首先进行纯水通量测试，即将进膜压力、出膜压力分别控制在0.3 MPa和0.1 MPa，温度控制在室温25 ℃，使纯水通过陶瓷膜分离设备，测试其通量。然后将啤酒废酵母泥加30%的水混匀后通过陶瓷膜分离设备进行过滤，控制进膜压力和出膜压力分别为0.35～0.40 MPa和0.12～0.15 MPa，温度控制在10～20 ℃，收集渗透啤酒清液、陶瓷膜截留的浓液进行深加工处理。

3)测定方法

分别测定啤酒废酵母泥(加30%的水混匀后)原麦汁浓度(简称原浓)、板框滤液原麦汁浓度、陶瓷膜滤液原麦汁浓度，计算啤酒回收率。啤酒原麦汁浓度采用密度瓶法测定，即在一定温度下，用同一容积的密度瓶分别称取等体积的样品溶液与蒸馏水的质量，从两者的质量比求出试样溶液的相对密度。

啤酒回收率的计算公式为

式中：V泥，C1分别是指啤酒废酵母泥加30%的水混匀后的体积和原麦汁浓度；V清，C2是指板框滤液或陶瓷膜滤液的体积和原麦汁浓度。

透过液的理化指标用酒精度、实浓(即酒精浓度)、原浓、发酵度、酵母拦截率等来表示。酒精度、实浓、原浓均采用密封瓶法测定，发酵度采用锥形瓶发酵法测定，酵母含量采用气相色谱法测定。

2 结果与讨论

2.1 小试试验

按照1.3节中小试试验的方法，通过板框过滤机对啤酒废酵母泥中的啤酒进行回收，统计平均通量、啤酒回收率及浊度，结果如表1所示。

表1 板框过滤小试试验数据

按照1.3节中小试试验纯水通量测定方法，测得陶瓷膜设备的纯水通量为400 L/(m2·h)。

按照1.3节中小试试验方法，通过陶瓷膜分离小试设备对啤酒废酵母泥中的啤酒进行回收，统计平均通量、啤酒回收率及浊度，结果如表2所示。

表2 陶瓷膜过滤小试试验数据

通过表1中的试验数据可知，板框过滤时，啤酒废酵母泥中的啤酒回收率为40%左右，啤酒透过液平均通量为35～42 L/(m2·h)，通量较低且不稳定，不能有效去除酵母菌等杂质，啤酒透过液浑浊，浊度均在2 EBC以上，浊度不合格。

通过表2中的试验数据可知，陶瓷膜过滤时，啤酒废酵母泥中的啤酒回收率可达到82%以上，啤酒透过液平均通量为100～120 L/(m2·h)，约为纯水通量(400 L/(m2·h))的1/4，通量较高且比较稳定，能够有效去除酵母菌等杂质，啤酒浊度均在0.5 EBC以下，浊度合格率100%。

因此，不考虑采用板框过滤进行啤酒酵母泥中啤酒的回收，将陶瓷膜过滤作为啤酒酵母泥中啤酒回收的最佳选择。

2.2 中试试验

按照1.3节中中试试验的方法，采用陶瓷膜分离中试设备对啤酒废酵母泥进行过滤分离批量试验，统计啤酒的回收率、平均通量、浊度等数据并测定透过液的理化指标。试验结果如表3和表4所示，陶瓷膜平均膜通量约为60 L/(m2·h)，啤酒回收率为80%左右，回收酒液的浊度小于0.5 EBC，浊度合格。

表3 中试试验数据

表4 透过液理化指标

注：表中的酒精度为体积分数。

由表4可知，透过液的酒精度约为4.5%(体积分数，下同)，实浓在3%(体积分数，下同)左右，原浓为12%(体积分数，下同)左右，发酵度70%以上，酵母拦截率100%，符合12°特啤的理化指标，即透过液理化指标合格。

膜通量随时间的衰减情况如图5所示。在啤酒回收的过程中，随着时间增加，陶瓷膜分离设备的平均通量基本稳定在50～60 L/(m2·h)，衰减不明显。说明陶瓷膜系统可长时间稳定运行，减少了膜清洗、再生等的投资。

图5 膜通量随时间的变化Fig.5 Change of membrane flux with time

2.3 工业试验

按照1.3节的方法，采用陶瓷膜分离设备对啤酒废酵母泥进行过滤分离工业试验，试验结果数据如表5所示。由表中数据可知，啤酒回收膜分离系统在不同温度时的处理量不同，温度低时，啤酒回收膜分离系统处理能力相对较低，温度高时处理能力较高。采用陶瓷膜错流过滤分离技术从废酵母泥中回收啤酒收率可达70%以上。啤酒回收膜分离系统回收的啤酒质量较好，浊度小于0.5 EBC，口感和观感较好，回收啤酒的品质同现有板框式硅藻土过滤机生产的啤酒品质相当。啤酒回收膜分离系统平均通量基本稳定，衰减不明显。2011年3月，啤酒废酵母泥回收啤酒工业示范装置进入正式工业生产阶段，到目前已稳定运行5年多，啤酒回收率及回收质量均未发生改变。

3 结 论

使用啤酒回收膜分离系统处理啤酒废酵母，无废弃物排放，啤酒废酵母泥中啤酒回收率可达70%以上，与板框过滤法相比，动力消耗小、回收率高，回收的啤酒不含酵母细胞，浊度合格。每年全国可回

表5 工业试验数据

收12～17万t的啤酒，折合人民币约2亿元，啤酒厂污水BOD值可减少50%(质量分数)左右，具有良好的经济、社会效益和应用前景。

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Research on the recycle of beer and beer yeast from waste beer yeast mud

JIN Zuohong1,2, WANG Suxia1,2

(1.Hebei Meibang Engineering Technology Company Limited, Shijiazhuang, Hebei 050035, China; 2. Membrane Process Engineering Technology Research Center of Hebei Province, Shijiazhuang, Hebei 050035, China)

In order to obtain high value-added products, a ceramic membrane separation equipment is used to filter waste beer yeast mud to obtain beer and beer yeast, and the beer is injected to the subsequent draft beer or added to the sake, and the beer yeast is injected to the subsequent deep processing system. The small scale test, pilot test and industrial test results show that using ceramic membrane separation equipment to dispose waste beer yeast mud can make the beer recovery of waste beer yeast mud reach above 70%(wt), and there is no waste emissions. Compared with the traditional method of plate and frame filtration, this method can get power consumption, high recovery, no yeast cells and qualified turbidity. It has achieved the goal of reducing the loss, improving the yield of beer, and improving the economic benefits of enterprises. The no-waste-discharge solves the environmental problem and gains the purpose of optimizing the allocation of resources.

food chemistry; ceramic membrane; beer; waste beer yeast mud; reclaim and utilization

1008-1534(2016)05-0404-06

2016-03-17;

2016-07-08；责任编辑：王海云

河北省膜过程工程技术研究中心建设项目

金作宏(1971—)，男(满族)，辽宁营口人，高级工程师，硕士，主要从事精细化工产品方面的研究。

E-mail:jinzuohong@163.com

TS262.2；TS261.4；X797

A

10.7535/hbgykj.2016yx05008