膜分離技術(shù)起步于20世紀(jì)60年代到至今不過(guò)40多年，但由于它具有過(guò)程無(wú)相態(tài)變化，基本在常溫下進(jìn)行，特別適用對(duì)熱敏感物質(zhì)的分離過(guò)程，分離范圍可以從小分子到大分子；從細(xì)菌到病毒；從蛋白質(zhì)、膠體到糊精、多糖、多酚、灰分、焦糖色等；分離過(guò)程僅僅是簡(jiǎn)單的加壓輸送、易自控、操作簡(jiǎn)便，分離性能穩(wěn)定、占地面積小等特點(diǎn)，特別是與其它如蒸餾、冷凍、萃取等分離方法比較，節(jié)能效果顯著，因此已逐步受到我國(guó)食品行業(yè)的高度重視和興趣。膜分離技術(shù)是建立在高分子材料基礎(chǔ)上的新興邊緣學(xué)科的高新技術(shù)、涉及到材料，化工、生物工程、環(huán)境工程、醫(yī)藥工程、食品工程、機(jī)械工程和系統(tǒng)工程等多種學(xué)科。
1.膜分離原理
1.1 反滲透膜（revrse osmosis membra me）
當(dāng)兩項(xiàng)不同濃度的溶液被半透膜間隔時(shí)，依照自然現(xiàn)象濃度較低的溶液就會(huì)往濃度較高的一側(cè)滲透。純水往鹽水方面滲透、就會(huì)產(chǎn)生鹽水往純水方面的滲透的反常現(xiàn)象，稱為反滲透（RO）。此技術(shù)特點(diǎn)是：
是液體對(duì)液體的分離技術(shù)，過(guò)程中無(wú)相的變
文章來(lái)源中國(guó)酒業(yè)新聞網(wǎng)化。屬物理分離，超過(guò)99%的鹽類及微生物都能安全去除。
1.2 超過(guò)濾膜（altra filtration nanofiltrativn mem ramc）
一項(xiàng)利用低壓10ps－150ps半透膜來(lái)分離高分子物質(zhì)（分子量1000－3000）薄膜技術(shù)就是超過(guò)濾（VF/NF）。薄膜對(duì)兩價(jià)離子與分子量大于300有高去除率，單價(jià)離子在高濃度時(shí)僅有0%－20%的去除率。二者的結(jié)構(gòu)雖略有不同，功能的重點(diǎn)對(duì)象也略有差異，但都有下列的共同特點(diǎn)：
它是一項(xiàng)液體對(duì)液體的分離技術(shù)、能源消耗低。利用具不同分子量阻擋能力的不同，VF/NF可做不同分子量的篩選。
1.3 微孔過(guò)濾膜（microfiltrat ionmembrane）
微孔過(guò)濾（MF）也是一種低壓（通常為10PSL－50PSL）的薄膜分離技術(shù)，它的過(guò)濾能力僅介于一般濾器和超過(guò)濾間，通常只被用來(lái)分離從0.05－10nm的懸浮物質(zhì)，其它水的溶液物質(zhì)都能透過(guò)MF膜起篩選作用來(lái)濾掉式液體中的微粒細(xì)菌。
2.膜分離技術(shù)的特點(diǎn)
膜可以看作是把兩相分開(kāi)的一薄層物質(zhì)，可以是固態(tài)，也可以是液態(tài)或氣態(tài)，具有滲透式半滲透性。用天然或人工合成膜、以外界能量或化學(xué)位差作推動(dòng)力，對(duì)雙組分或多組分溶液和溶質(zhì)進(jìn)行分離、分級(jí)、提純和富集方法，統(tǒng)稱為膜分離法。膜過(guò)濾與其它分離過(guò)程相比具有許多優(yōu)點(diǎn)：一是一般不發(fā)生相變，能耗低；二是分離效率高、效果好；三是通常在室溫下工作，操作維護(hù)簡(jiǎn)便，可靠性高；四是設(shè)備體積較小，占地面積少。
按成膜材料不同，膜可以分為有機(jī)膜和無(wú)機(jī)膜。有機(jī)膜制備工藝簡(jiǎn)單、方便，膜產(chǎn)品易變形，膜組件的裝填密度高，受熱不穩(wěn)定，不耐高溫，在液體中易溶脹，強(qiáng)度低，再生復(fù)雜，使用壽命短；無(wú)機(jī)膜制備工藝較復(fù)雜，因其具有膜不易變形，耐高溫，耐有機(jī)溶劑，抗微生物腐蝕，剛性及機(jī)械強(qiáng)度好，再生性能好，不老化等特點(diǎn)，因而有更大的發(fā)展?jié)摿ΑＤみ^(guò)濾技術(shù)將成為提高品質(zhì)質(zhì)量，改善產(chǎn)品風(fēng)味，縮短生產(chǎn)周期和提高工效的重要手段，因此已得到迅速發(fā)展。近年來(lái)，微濾、超濾、反滲透已經(jīng)出現(xiàn)了相互重疊的現(xiàn)象，其中納膜過(guò)濾，（簡(jiǎn)稱NF）技術(shù)就是介于傳統(tǒng)分離范圍的超濾和反滲透之間的一種新型分子級(jí)膜分離技術(shù)。
3.納膜過(guò)濾的分類和比較
3.1 微孔過(guò)濾膜，微孔過(guò)濾膜的孔徑0.1Mm－1.0Mm，多為對(duì)稱性多孔膜，可分離大的膠體粒子和懸浮微粒，適用在低壓（<0.3Mpa）條件下過(guò)濾，如應(yīng)用于制備飲料和酒類過(guò)濾。
3.2 超濾膜：超濾膜孔徑為0.001Mm－0.1Mm，一般為非對(duì)稱性膜，可分離淀粉、果膠及懸浮固形物等大的合成分子，截留分子量范圍一般為500到50萬(wàn)道爾頓，純水工作壓力為0.3Mpa，一般在常溫下進(jìn)行操作，特別適用于熱敏性物質(zhì)的濃縮與分離。如應(yīng)用超濾裝置對(duì)乳制品，生物制品、果酒，果汁的分離和提純，蛋白質(zhì)濃縮，飲用純凈水等。
3.3 反滲透膜：其孔徑0.001－0.0001Mm，工作壓力比超濾膜的高，通常反滲透適行的切割分子量小于500，能截留鹽式小分子量有機(jī)物，使水選擇性通過(guò)或氣體通過(guò)。國(guó)外為滿足各種不同用途的需要，增加薄膜強(qiáng)度及使用壽命，已開(kāi)發(fā)薄膜與金屬網(wǎng)的復(fù)合物，薄膜與優(yōu)選織物的復(fù)合物，雙層、3層、強(qiáng)化薄膜及帶電荷薄膜等新品種。
3.4 納濾膜：過(guò)濾精變孔0.005μm－0.0005μm，切割分子量為200－10萬(wàn)；持留通過(guò)納濾膜的溶質(zhì)介于傳統(tǒng)分離范圍的超濾和反滲透之間，如鹽內(nèi)。適用范圍為海水淡化、超純水、多糖，乳酸，酪素和抗菌素濃縮等。
3.5 膜分離技術(shù)的比較（見(jiàn)表1）
4.格不入膜裝置主要部件
膜分離裝置主要包括兩部分：一是膜分離單元部件，即膜組件；二是對(duì)流體提供壓力和流速的裝置，即泵等外部件。
4.1 膜材料，最重要的是纖維素酯系膜，如醋酸纖維素，三醋酸纖維素、醋酸丁酸纖維素、醋酸苯二甲酸纖維素、醋酸二甲氨基磺酸纖維素和聚丙烯，聚醚楓、尼龍膜以及聚酰亞胺膜和聚砜系膜。
4.2 膜組件，主要有平板式組件、管式組件和中空纖維式組件。平板式組件原液通截面積大、不易堵塞、對(duì)原液預(yù)處理要求相對(duì)較低，壓力損失較小，流速大。管式組件流動(dòng)狀態(tài)好、流速易控制、安裝、拆卸、換膜較方便，能處理含微粒較多的溶液，不易堵塞。但單位體積內(nèi)有效膜面積較少。中空纖維組件能小型化，具有較高的膜裝填密度、但膜面不易除垢，無(wú)法更換膜，只能用化學(xué)方法處理去垢。
5.膜分離技術(shù)在黃酒生產(chǎn)中的應(yīng)用研究
黃酒是我國(guó)的民族酒，歷史悠久，產(chǎn)品優(yōu)良，但是傳統(tǒng)的黃酒生產(chǎn)方法十分古老、原始、陳舊、新中國(guó)成立后，隨著科技的提高和進(jìn)步，人們逐漸了解到釀酒的科學(xué)原理、開(kāi)始對(duì)黃酒生產(chǎn)和工藝進(jìn)行科學(xué)研究和總結(jié)。其中對(duì)于黃酒的非生物穩(wěn)定性的工藝研究以前普遍采用澄清一下膠、棉餅過(guò)濾到至今采用硅藻土過(guò)濾的方法，固而長(zhǎng)期來(lái)對(duì)黃酒對(duì)非生物穩(wěn)定性，一直難以得到滿意的效果。
由于近幾年膜分離技術(shù)在啤酒、葡萄酒行業(yè)對(duì)純生啤酒，葡萄酒的應(yīng)用收到較好的效果。因此也逐步受到國(guó)內(nèi)大中型黃酒生產(chǎn)企業(yè)的重視研究和應(yīng)用。經(jīng)過(guò)膜分離技術(shù)在黃酒過(guò)濾中的應(yīng)用試驗(yàn)比較證實(shí)，以國(guó)產(chǎn)錯(cuò)流膜過(guò)濾系統(tǒng)設(shè)備分離黃酒、光澤透明高，酒質(zhì)明亮，黃酒非生物穩(wěn)定性明顯提高，貨架保質(zhì)期延長(zhǎng)，而且保持原有風(fēng)味特征，同時(shí)錯(cuò)過(guò)濾膜過(guò)濾黃酒操作方便，不易堵塞。效果穩(wěn)定，生產(chǎn)成本低，具有較高的實(shí)用價(jià)值。現(xiàn)將國(guó)產(chǎn)錯(cuò)流膜設(shè)備過(guò)濾提高黃酒產(chǎn)品質(zhì)量，技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)分析介紹如下。
5.1 國(guó)產(chǎn)錯(cuò)流膜過(guò)濾黃酒的特點(diǎn)，液體錯(cuò)流膜除菌微濾系統(tǒng)，其核心分離膜具有高強(qiáng)度、長(zhǎng)壽命、耐酸堿、耐腐蝕等優(yōu)異特性并針對(duì)液體要求可作適當(dāng)?shù)目讖秸{(diào)整。系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)化控制能在適行過(guò)程中實(shí)現(xiàn)間歇變頻反沖負(fù)壓脈動(dòng)，汽、水清洗等目前國(guó)際先進(jìn)的膜應(yīng)用技術(shù)。并具有應(yīng)急保護(hù)停機(jī)功能和選配在線濁度檢測(cè)，生產(chǎn)結(jié)束后自動(dòng)停機(jī)等功能。該機(jī)系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：
5.1.1 過(guò)濾產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)異，出液澄清透明度高，同時(shí)除菌效果達(dá)到99.9%以上。
5.1.2 可適應(yīng)高濁度、高粘稠度液體過(guò)濾，精濾一次完成，不需傳統(tǒng)的棉餅，硅藻土過(guò)濾做預(yù)過(guò)濾。
5.1.3 獨(dú)特的錯(cuò)流過(guò)程設(shè)計(jì)及運(yùn)行過(guò)程中的自動(dòng)化自體清洗，保證分離的連續(xù)性和規(guī)模性，與傳統(tǒng)膜分離設(shè)備相比，提高分離效果在40%以上，防堵塞性能極佳。
5.1.4 具有自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)便，分離性能穩(wěn)定，使用費(fèi)用成本低。
5.2 膜分離技術(shù)應(yīng)用黃酒中的優(yōu)勢(shì)
黃酒產(chǎn)生混濁沉淀的原因主要是黃酒中細(xì)菌等顆粒物和大分子蛋白質(zhì)、糊精、糖分、焦糖色、多酚、灰分在酒體內(nèi)部溫度發(fā)生變化時(shí)、分子締合、吸附、凝集、形成比較大的膠團(tuán)、從而打破黃酒膠體溶液的穩(wěn)定性、產(chǎn)生沉淀的現(xiàn)象。所以現(xiàn)在引起黃酒沉淀的因素中，環(huán)境、條件、溫度的變化是外因，而細(xì)菌等顆粒物和大分子的蛋白質(zhì)、糊精、焦糖色等在其中起凝集核的內(nèi)因作用，因此采用錯(cuò)濾分級(jí)膜過(guò)濾黃酒可解決黃酒混濁沉淀，并可取代于冷凍過(guò)濾。
5.2.1 現(xiàn)代膜分離技術(shù)的發(fā)展，使膜孔徑的控制變得相當(dāng)容易，因此該錯(cuò)濾膜分離工藝可選擇不同分子量的膜組合，直接濾去黃酒中影響非生物穩(wěn)定性的部分大分子蛋白質(zhì)、糊精、焦糖色，也就是濾去產(chǎn)生沉淀膠團(tuán)的凝集核，使黃酒成為比較均勻而穩(wěn)定的溶膠體系，不易產(chǎn)生沉淀，采用該工藝濾后的酒樣在冰箱中冷藏、其冷穩(wěn)定性能顯著提升，同時(shí)產(chǎn)品在貨架期中沉淀產(chǎn)生時(shí)間得到明顯延緩，沉淀物產(chǎn)生量也極輕微。
5.2.2 生黃酒中存在一定量酵母、細(xì)菌，霉菌及其孢子、它們可引起黃酒發(fā)酵和酸敗，經(jīng)過(guò)膜分離技術(shù)，可以去除99%以上的微生物菌體，使得黃酒經(jīng)膜分離后，微生物數(shù)量控制在10－50個(gè)/容升以下，因此可以適當(dāng)降低瓶裝黃酒的殺菌溫度和時(shí)間，從而提高黃酒整體風(fēng)味價(jià)值。
5.2.3 對(duì)消費(fèi)者而言，黃酒是一種天然，營(yíng)養(yǎng)、綠色、低度的原汁原味的產(chǎn)品、它來(lái)自自然界、經(jīng)生物釀造。因此不同的原料、配料、工藝造成生產(chǎn)過(guò)程中質(zhì)量控制和保持產(chǎn)品一致性和穩(wěn)定性的困難，而應(yīng)用膜分離技術(shù)，黃酒的成分一性質(zhì)和特征都可以保持高度穩(wěn)定性，有利于質(zhì)量穩(wěn)定性和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，由于其本身天然營(yíng)養(yǎng)，再加上穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量和產(chǎn)品典型風(fēng)格，黃酒產(chǎn)品價(jià)值可以提升。
5.2.4 因?yàn)椴捎媚し蛛x技術(shù)過(guò)濾黃酒，它的成分并不全是碳水化合物，并還含有多肽，氨基酸、低聚糖、多酚、灰分和一些小分子物質(zhì)。顏色和風(fēng)味雖然略有改變，但是仍能保留黃酒的基本特性，而且香味純正幽雅，口味更加柔和、細(xì)膩、協(xié)調(diào)、清爽。
5.2.5 現(xiàn)今各黃酒企業(yè)對(duì)黃酒混濁都采用冷凍加過(guò)濾的工藝來(lái)解決黃酒的沉淀問(wèn)題。這不僅需要雙重的設(shè)備投資，并且還需增加冷凍沉降罐和保溫設(shè)施，因此投資較大，該工藝不僅需要過(guò)濾的運(yùn)行費(fèi)用，并且每處理一噸黃酒需要支出10－20元的電費(fèi)。而膜分離技術(shù)由于分離過(guò)程簡(jiǎn)單，并且膜的價(jià)格近年已降低到一個(gè)合理的水平，因此采用錯(cuò)濾分級(jí)膜分離技術(shù)，能解決黃酒的沉淀問(wèn)題，在經(jīng)濟(jì)性上具有一定的優(yōu)勢(shì)。
5.3 應(yīng)用錯(cuò)濾膜分離黃酒對(duì)膜的選定要求：
首先確定過(guò)程為對(duì)黃酒沉淀物的分析——黃酒中蛋白質(zhì)總量及不同分子量蛋白質(zhì)數(shù)量分布檢測(cè)——不同孔徑（分子量）膜的不同溫度下過(guò)濾黃酒正反試驗(yàn)——過(guò)濾酒樣的理化指標(biāo)及感官評(píng)價(jià)——過(guò)濾酒樣的冷熱穩(wěn)定性試驗(yàn)及貨架存放期試驗(yàn)——最后確定膜分離工藝。例目前為：
A、黃酒的溫度在15℃以下時(shí)，采取截留孔徑為0.18μm的液體錯(cuò)流膜除菌微濾系統(tǒng)過(guò)濾一次完成。這是因?yàn)辄S酒中的大分子蛋白質(zhì)在20℃以下能與多酚的質(zhì)吸附，凝集形成比較大的基團(tuán)，因此用微濾級(jí)別的膜就能實(shí)現(xiàn)目的。
B、當(dāng)黃酒溫度高于15℃ 以上時(shí)，由于黃酒中蛋白質(zhì)膠團(tuán)形成較困難以及溫度提高物質(zhì)的溶解度相應(yīng)提高等因素，使得0.18μm微濾膜過(guò)濾效果相對(duì)會(huì)有所降低。因此為求得質(zhì)量穩(wěn)定，在0.18μm的微濾膜過(guò)濾后，再采用特定截留分子量的超濾膜、濾去存有部分大分子蛋白質(zhì)、糊精、灰分和焦糖色分子、進(jìn)一步提高黃酒的非生物穩(wěn)定性和光澤透明度。
C、黃酒采用膜分離對(duì)理化感官指標(biāo)的影響
黃酒經(jīng)膜過(guò)濾一般酒精度、糖分、氨基酸、態(tài)氮、總酸、揮發(fā)酯基本不會(huì)變、色率降低在10%－30%（百分比例）之間，除糖固形物的降低在0.5g/L－2g/L之間。因此膜分離對(duì)黃酒的理化指標(biāo)影響不大，在黃酒的風(fēng)味變化上，只是變得柔和，純正，清爽，香氣醇和幽雅。（見(jiàn)表2）
由于膜分離技術(shù)有上述的優(yōu)勢(shì)，所以它的市場(chǎng)近年來(lái)有較大的擴(kuò)展。在日本早在1981年就應(yīng)用于清酒生產(chǎn)，用膜分離技術(shù)可濾除分子量1萬(wàn)至5萬(wàn)以下的小分子物質(zhì)。膜分離不但可用于清酒出庫(kù)前的終端過(guò)濾，也可作滅菌前二次過(guò)濾式濾除清酒貯存中產(chǎn)生白濁成分。還可用來(lái)濃縮含沉淀物的酒腳，濃縮率可高達(dá)20－30倍。我國(guó)在釀造行業(yè)目前應(yīng)用液體錯(cuò)流膜除菌微濾系統(tǒng)設(shè)備已涉及到黃酒、醬油、米醋、飲料、水處理等，因此隨著膜過(guò)濾技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域研究的逐步深入，新型膜材料和工藝將不斷出現(xiàn)，性能優(yōu)良，價(jià)格低廉的過(guò)濾膜及膜組件將隨時(shí)產(chǎn)生。膜過(guò)濾技術(shù)必將在食品、釀造和各個(gè)領(lǐng)域得到更加廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。
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編輯：張勇
