膜過濾技術在釀酒工業中的應用研究

◎韓 睿，王千存，付潤年

（1.甘肅雄關酒業有限責任公司，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）

釀酒工業中的過濾是確保酒水生產質量的重要一環，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、生物的穩定性。近年來，我國釀酒工業取得了飛速發展，市場競爭也越發激烈，要想在市場上站穩腳步，釀酒企業必須生產高質量、健康的酒水，若想達到此目的，釀酒企業就要合理應用膜過濾技術。

1 膜過濾的發展進程

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象，雖然人們發現且認識這一現象，但因科技水平不足，并未對此進行高度關注，直到1854 年、1856 年，有學者發現了透析現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展，還將其具備的優勢得以體現。然而，天然膜應用期間有一定的局限性，隨著社會科技的發展，新產業部門興起，提出了研究開發新的分離技術、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。

據了解，過濾技術早就應用到了釀酒工業中，1875 年，第一臺啤酒過濾產品便是由興趣引發制造。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。隨著材料工藝的發展，更多新型膜材料、工藝和裝置隨之出現，反滲透、氣體分離與超濾等膜技術不斷趨于工業化，微濾技術也正式進入全新發展階段。此外，由于膜分離技術節能環保且過程溫和，被廣泛應用于我國生物制藥、食品飲料等領域，成為當時最有發展前景的技術之一。

2 膜過濾的多樣化與其在釀酒工業中的應用

膜技術的優化、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領域中，如在釀酒工業中的多樣化運用[1]。膜過濾指膜發揮過濾的功能，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。基于膜的結構不一樣，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，針對不同的工藝環節，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 釀酒工業中的氣體過濾裝置

釀酒工業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，使得該行業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

CFS 指全自動集束式除菌過濾系統，釀酒企業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模較大，故要考慮微生物管理的安全性、系統運行經濟性等問題。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

釀造工作中，很多釀酒企業都想回收啤酒發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

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通常會被用于回收發酵罐底酵母醪液中的啤酒工作。該系統具備一大優勢，即回收酒的品質優良、穩定且安全。基于設計規模，可將此系統分為連續型操作模式、批次型操作模式，不過這一系統的投資較大，釀酒企業會酌情選用。

2.3.2 中空纖維錯流微濾膜過濾系統

該系統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年以上[3]。通常情況下，釀酒企業會用此替代以往使用的硅藻土過濾系統進行黃酒、葡萄酒的澄清過濾。這不僅能確保酒品質優良，還能使酒澄清、透亮，同時釀酒環節屬于全自動化操作，其不僅靈活性強，還能保證作業現場的衛生，這在很大程度上能夠推進高效管理模式的落實，也能滿足現代化釀酒工作的發展需要。如今，中空纖維錯流微濾系統已被廣泛應用于歐美國家的葡萄酒行業、果酒行業，成為當下技術革新發展的主要趨勢。

3 釀酒工業中膜過濾技術的應用趨勢

隨著膜過濾分離技術的發展，其在我國釀酒工業中得到了普及運用。不僅帶動了釀酒工業在過濾領域的改革、創新，還大幅提高了釀酒工作的安全性、經濟性、節能性[4]。究其原因，膜分離可在常溫下進行，不會造成較大的營養損失，而且適用于熱敏物質（如果汁、酶）。同時膜分離不會發生相變化，揮發性成本損失少，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化生產管理、保護環境。本文提及的膜過濾技術逐漸取代傳統硅藻土過濾，不論是在啤酒工業、白酒工業還是其他果酒工業，膜過濾技術的應用都成為主要發展趨勢，這一技術帶動了我國釀造業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，隨著科學技術的發展，這一技術全面滲透到我國釀酒工業中，推動了釀酒業的發展、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，有利于釀酒企業健康生產，而且對生態環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，合理應用膜過濾技術能推動我國釀酒工業的發展。