組合式中空纖維膜澄清楊梅果酒的研究

羅蘭萍，肖凱軍

（華南理工大學輕工與食品學院，廣東廣州510640）

組合式中空纖維膜澄清楊梅果酒的研究

羅蘭萍，肖凱軍*

（華南理工大學輕工與食品學院，廣東廣州510640）

楊梅果酒是不穩定性膠體溶液，為提高其澄清度和穩定性，采用超濾膜過濾的方法，進行了單一中空纖維膜工藝和組合式中空纖維膜工藝澄清楊梅果酒的研究。以超濾壓力、時間、溫度和料液流速為影響因素，探討超濾工藝條件及膜處理方式對楊梅果酒的澄清效果和品質的影響。結果表明：在溫度為28℃，壓力為0.08MPa，料液流速為6L/h下，用分子截留量為80000u與50000u的組合式中空纖維膜處理后得到的楊梅果酒色度值A520為0.301，澄清度T680為96%，膜通量為25L/（m2·h），蛋白質與單寧含量明顯減少，且總酸、總糖、酒精度等含量幾乎無變化。

楊梅果酒，組合，中空纖維膜，澄清

楊梅，學名MyricarubraSeibamp;Zucc，英文名Chinese bayberry，為楊梅科楊梅屬（Myrica rubra s.at）多年生綠果樹，是原產中國亞熱帶果樹之一[1-2]。楊梅果實富含碳水化合物、蛋白質、氨基酸、有機酸、金屬鹽類、色素等物質[3]。楊梅果酒是以新鮮楊梅為原料，經破碎、榨汁、發酵等工藝釀造而成，營養豐富，色澤紅艷，酸甜適口，有良好的保健功效，是一種老少皆宜的時尚飲品[4]。但由于楊梅果酒是一種高度分散的熱力學不穩定體系，在生產過程中，易引起渾濁、沉淀等現象，嚴重影響楊梅果酒的品質。如何獲得理想的澄清效果又不減少營養成分是楊梅果酒生產工藝中的一個重要問題。目前大多采用澄清劑如皂土、硅藻土、明膠、單寧等或聯合使用來澄清果酒[5-6]，也有研究使用食品添加劑如殼聚糖以達到澄清目的[7-8]。超濾膜澄清技術具有無相變、不帶入化學物質、工藝操作簡便、能耗低等諸多優點，產品質量較好，在果酒生產中的應用已有報道，但是采用組合式的中空纖維膜澄清果酒的應用研究還較少[9-10]。本實驗先分別用較大切割分子量膜與較小切割分子量的中空纖維膜處理楊梅果酒，再將兩種膜組合使用，探討不同膜處理方式及處理工藝條件對楊梅果酒澄清效果及營養品質的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

楊梅果酒 楊梅原汁含量50%，酒精度12%±1%，湖南湘西靖州侗鄉食業酒廠；實驗所用試劑 均為分析純。

截留分子量為80000u（80ku）與50000u（50ku）的聚偏氟乙烯（PVDF）中空纖維膜 進口壓力＜0.25MPa，使用溫度10～45℃，膜有效面積0.1m2，廣州潔圣膜科技有限公司；LanGePump ZT60－600型蠕動泵 保定蘭格恒流泵有限公司；TU－1810型紫外可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司；酒精計 上海醫用儀表廠。

1.2 超濾處理

圖1 超濾澄清楊梅果酒工藝流程圖Fig.1 The process flows of clarification of Chinese bayberry fruit wine by multistage ultra filtration

超濾裝置如圖1所示，通過控制各閥門來選擇所需要的中空纖維膜，每次超濾過程中，流出的酒液為原酒液20%時，即補加20%的新鮮酒液。如此反復，加5次料液，剩余部分為原酒液20%時，即停止超濾過程，重新換料液。此實驗過程中，重點研究超濾時間、壓力、溫度及料液流速對膜通量的影響，以及采用不同膜處理方式以探討最佳超濾條件。

1.3 PVDF中空纖維膜的清洗

實驗過程中，為防止PVDF中空纖維膜被污染，影響膜通量，每隔2h對膜進行清洗，清洗方法為：先用清水循環沖洗除去附著在膜表面的疏松污染物、濃差極化層和管道內的殘留物，再用1%的NaOH（含0.1%十二烷基磺酸鈉SDS）循環清洗40min，除去與膜結合緊密的或進入膜孔的污染物，然后用去離子水洗至中性，使膜通量恢復到90%以上[11]。

1.4 測定指標與方法

1.4.1 膜通量J 在一定操作壓力下，單位時間內，通過單位膜面積的透過液量，實驗中采用組合式中空纖維膜處理時，樣品進入分子截留量為50ku膜的瞬間才開始計時，膜通量J計算公式如下：

J=V/（S×t）

式中：J為膜通量，L/（m2·h）；V為透過液體積，L；S為膜有效面積，m2；t為樣品進入膜組件后直至得到一定量的透過液所經歷的時間，h。

1.4.2 總酸的測定[12]酸堿滴定法。

1.4.3 總糖的測定[12]蒽酮比色法。

1.4.4 可溶性固形物的測定[12]手持折光儀法。

1.4.5 蛋白質的測定[12]凱氏定氮法。

1.4.6 單寧的測定[12]福林丹試劑法。

1.4.7 酒度測定 酒精計法（GB/T 15038－94）。

1.4.8 澄清度的測定[13]用TU－1810型紫外可見分光光度計，在680nm下用1cm比色皿測定透光率（T%），蒸餾水作空白。

1.4.9 色度的測定[13]用TU－1810型紫外可見分光光度計，在520nm下用1cm比色皿測定吸光度值（A值），蒸餾水作空白。

2 結果與分析

2.1 各超濾條件對膜通量的影響

2.1.1 超濾壓力對膜通量的影響 在室溫下，酒濃度保持不變的情況下，分別測量0.01～0.12MPa下的膜通量，以確定適合操作壓力，結果如圖2所示。隨著操作壓力增大，超濾膜通量均呈現先上升后下降的趨勢，且酒液先用截流分子量為80ku的膜處理后，再經截流分子量為50ku的膜處理所得的膜通量比單獨使用截流分子量為80ku或50ku的膜通量都要大。根據超濾的動力學原理，對于純水，膜通量與操作壓力呈直線關系，大分子溶質隨溶劑一起流至膜的表面，但它透不過薄膜，故在膜表面處積聚成一層密集的“溶質層”，稱之為“濃差極化現象”。在較小的壓力下，由于只存在膜本身的阻力，物料沒有形成明顯的濃差極化層，所以膜通量隨壓力的增加而增大；隨著壓力的增加，濃差極化層、膜的表面形成凝膠層和膜本身都對膜通量產生影響，膜通量J越大，濃差極化現象越顯著。所以曲線出現下降趨勢。酒液先經截流分子量為80ku的膜處理后，可除去大部分分子量大的物質，從而能有效提高其經截流分子量為50ku的膜通量。因而超濾楊梅果酒時宜選擇用截流分子量為80ku與50ku的組合式膜在壓力為0.08MPa時進行。

圖2 超濾壓力對膜通量的影響Fig.2 Effect of operating pressure on membrane flux

圖3 超濾時間對膜通量的影響Fig.3 Effect of operating time on membrane flux

2.1.2 超濾時間對膜通量的影響 在室溫，壓力為0.08MPa，酒濃度保持不變的情況下，分別在第2、4、

6、8、10、12、14、16、18、20、22、24min時測其膜通量，考察處理時間與膜通量之間的關系。結果如圖3，在超濾的初始階段，膜通量有下降趨勢，隨著時間的增加，被截留的大分子物質在膜表面逐漸積聚成一層密集的“溶質層”，濃差極化開始出現，膜孔被污染，膜通量下降速度變大，超濾處理16min后，膜通量變化較穩定，流量趨于平穩。從三條曲線的膜通量值也可以得到，選擇80ku與50ku的組合式膜處理所得的膜通量較單獨使用時大。

2.1.3 超濾溫度對膜通量的影響 在0.08MPa下，考察超濾溫度對膜通量的影響。從圖4可知，在溫度較低時，膜通量隨溫度的升高而增大，在28℃與30℃之間達到最大，當溫度超過30℃后，膜通量卻有下降的趨勢。理論上，溫度越高越有利于超濾，膜通量會越大，但由于受膜材料對溫度的承受能力及物料熱敏性的限制，所以實際所得結果與理論存在差別。本實驗確定28℃為超濾溫度。

圖4 超濾溫度對膜通量的影響Fig.4 Effect of operating temperature on membrane flux

2.1.4 料液流速對膜通量的影響 在28℃，0.08MPa下，調節料液流速分別為1、2、3、4、5、6、7、8、9L/h，測其膜通量，確定合適料液流速，結果見圖5。從圖5可知，在一定范圍內，隨著料液流速的增大，膜通量增加。料液流速的增加，增大了膜面的剪切力，加快了大分子物質離開膜面的速度，從而減輕了濃差極化現象帶來的不利影響，增加了濾膜的有效面積，因此使膜通量增加。超過6L/h時，通量增加趨向平緩，故選擇6L/h為楊梅果酒超濾的物料流速。

圖5 料液流速對膜通量的影響Fig.5 Effect of bulk flow rate on membrane flux

2.2 澄清前后楊梅果酒品質的變化

在0.08MPa，28℃，料液流速為6L/h，酒濃度保持不變的情況下，分別用分子截留量為80、50ku及先用80ku中空纖維膜處理的透過液再經50ku的膜超濾處理16min，重復3次實驗，分別測定超濾前后楊梅果酒的色度、澄清度及其主要理化成分的含量，結果如圖6所示。楊梅果酒在超濾前色度值大，澄清度低，經過中空纖維膜處理后，透過液清澈透明，色度降低，酒中的蛋白質、單寧等物質含量明顯減少，且幾乎不影響總酸、總糖、酒精的含量。先用80ku中空纖維膜處理的透過液再經50ku的膜超濾處理后的透過液澄清度T680高達96%，且單寧含量變化最大。說明用組合式中空纖維膜處理楊梅果酒是一種較好的澄清方式。

圖6 超濾前后楊梅果酒的品質變化Fig.6 The quality changes of Chinese bayberry fruit wine before and after clarification

3 結論

在楊梅果酒的中空纖維膜超濾澄清中，從每一個單因素實驗結果可以看出，原酒液先經截流分子量為80ku的膜處理后的透過液，可有效提高其經截流分子量為50ku的膜通量，并降低其通量衰減速度，且使超濾效果得到明顯改善。先對楊梅果酒用較大分子截留量的膜處理，再用較小分子截留量的膜處理，能夠先除去或減少楊梅果酒中較大分子量的溶質，從而減小這些溶質在較小分子截留量膜表面的沉積和膜孔堵塞，提高膜的通透速率，而且減少了膜的污染，保持膜的正常分離效率，延長膜的使用壽命，可見組合式中空纖維膜對楊梅果酒澄清具有重要意義。

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Study on application of multistage hollow fiber membranes in clarification of Chinese bayberry fruit wine

LUO Lan-ping，XIAO Kai-jun*
（College of Light Industry and Food Sciences，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China）

Single and multistage hollow fiber membranes were used to improve the clarity and stability of Chinese bayberry fruit wine.The key influencing factors，including operating pressure，time，temperature and bulk flow rate，were selected to investigate the effects of single ultra filtration and multistage ultra filtration on clarification of Chinese bayberry fruit wine.Results showed that the best quality of Chinese bayberry fruit wine was obtained by using the multistage hollow fiber membranes with molecular weight cutoff of 80000u and 50000u at 28℃ for a pressure of 0.08MPa.When multistage ultra filtration was employed to clarify the fruit wine，the membrane flux was 25L/（m2·h）.The clarity of treated fruit wine was 96%with a chromaticity of 0.301. For the obtained fruit wine，the content of protein and tannin was significantly reduced while there was almost no change in the content of total acid，total sugar and alcohol.

Chinese bayberry fruit wine；multistage；hollow fiber membrane；clarification

TS262.7

B

1002-0306（2012）03-0208-04

2011－05－09 *通訊聯系人

羅蘭萍（1986-），女，碩士研究生，研究方向：天然產物分離和食品工程。

2009廣東省教育部產學研結合項目（2009B090200020）；2010廣東省開平市科技攻關項目（開財工【2010】35號）。