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1、超滤技术在果酒澄清中的应用摘要： 超滤是一种可用于果酒澄清处理的有效分离技术。本文首先介绍了我们设计的板框式超滤机结构和组件特点， 以及I厂规模的 I 艺操作流程j 其次训定了具有不同孔径分布的膜对青梅酒渗透通量随时间的变化， 评述了减小膜污染和恢复通量的三种清洗方法； 最后讨论了在食品， 饮料I业应用中需考虑的一些 I程因素。关键询:滤技术，澄清， 果酒超滤的基本原理近年来国内外不少人都在研究用膜技术处理低度酒及低醇饮料的混浊现象和无醇饮料的产。超滤技术用于酒质的澄清处理具有设备简单， 不影响酒质，通用性强等特点，为此正在受剜饮料生产厂家的极大关注。当用微孔薄膜作为过滤介质时， 其孔径可以小
2、到能选择性地阻止溶液中的较大的溶质分子的通过， 这种特殊功能的微孔薄膜就是超滤膜， 用超滤膜对溶液1 大小不同的溶质分子进行过滤分离的操作称为超滤。超滤与微孔过滤以及反渗透一般都是以压差为推动力进行液相分子级分离的膜技术， 三者各有其有效分离范围，三者组合应用则可以在固态微粒、大分子以至离子级的宽阔范围内获得理想的分离效果超滤中被分离组分的直径大约为0oo502 m，相当于光学显微镜的分辨极限。对于分子量大于5O0的大分子和胶体粒子组成的溶液其渗透压很小，可以忽略， 因此超滤的操作压差为055 0大气压， 所用膜一般为非对称膜，膜的透水速率为05 5m m do果酒中含有大量的果胶、鞣质， 纤
3、维素、多糖类大分子以及单宁和蛋白质的络合物等， 这些物质存在于果酒中往往会发生一系列复杂而叉缓慢的物理变化和他学反应，往往导致果酒中较小的分子在较长的时间里缓慢地凝聚成大分子或其它的沉淀物而析出， 使果酒变混浊。这种缓慢的混浊现象， 在开始时往往难以觉察出明显的变化，因为仅由乎分子大小上的差异， 在不产生凝聚析出之前其溶液仍然是清彻透明的 故用通常的过滤方法不能有效地处理这类混浊现象。而采用超过滤技术则能取得满意效果。超滤机及其工艺流撞设计根据果酒内大分子凝聚物较多的特点，我们设计了一台板框式超滤机 现将该超滤机的整机设计、结构设计及其工艺流程设计简述如下t1超滤机整机采用螺纹丝杆将装有5o付
4、左右的超滤组件压紧，所用材料除机身的顶板和丝杆横粱用45号钢加工后镀铬外， 其余均采用不锈钢材料。处理科液的进出口处装有压力表，所装的组件视处理量而定。超滤机在压力35kgOF1 下操作， 无明显泄漏。2超滤机的组件结构设计超滤机组件结构如图1所示J它包含超过滤板框，导流板、多孔支撑板高分子膜，硅橡胶密封圈组成。国1 超滤机组件结构示意国超滤板框及导流板由聚碳酸酯作为原料， 用特制模具在注塑机上注塑而成，注塑压力约150kgem ，温度为250。C， 在此压力及温度下注塑而成的组件基本不变形井收缩率很少。多孔支撑板采用聚乙烯塑料经烧结而成， 孔隙率很大， 孔径分布较为均匀， 都可以根据处理物系
5、的特性选择台适的孔径分布。高分子膜是用聚砜酰胺、聚砜及醋酸纤维等树脂， 经适当溶剂溶解后， 用刮膜机涂布在尼龙布上并以一定的溶剂挥发干燥而成。硅橡胶垫圈是由天然橡胶经混炼后压膜而成。所有选用材料均无毒，符合食品卫生法要求。3工艺流程设计工艺流程如图8所示，将经过预处理的料液置千贮槽1 ，由计量泵将酒送人板框式超滤机， 超滤机装有50付左右的滤板， 分成几组并联单元，几组并联单元又被串联压紧在一起(图2所示)，每组并联单元的组件教可以根据涟道的流量大小来决定， 两组并联单元之间用塑塞阻流。当酒流经超滤膜面，大于超滤膜孔直径的凝聚大分子被膜面 截流， 这些截涟的大分子随循环液流回贮槽。透过膜面的澄
6、清液刚从板框或超滤机的每付组件出口流出后汇集于同一管内，最后流人产品容器。图2 具有塑塞的串、并联膜单元流体流动图 一建 过产品图3 超滤过程流程图1 l贮槽 2 l计量泵 3： 压力表 4l超滤组件 5：压缩空气 6： 取样口7 出口阀门操作压力在操作中逐渐由低升高，最后用阀7控制压力在30 35kg111 ，料液流量可由计量泵调节。随着超滤的进行， 溶液中超滤截面的大分子增浓，超滤膜面上会产生膜的污染和薄层流道中溶液的浓差极化现象。这时， 溶液渗透速率逐渐下降， 下降到一定值时， 用压缩空气进行反冲洗， 压缩空气在超滤膜下污染物，随着气流的反冲，污染物被带走，从而达到膜面清洗的目的。若经过
7、几次空气反冲，通量已下降很多并不能恢复到初始状态的60 左右时， 可采用柠檬酸等洗液进行正面清洗 若此方珐对通量的恢复也不大时，最后用人工拆卸清洗或更换新膜来恢复超滤渗透通量。超簿膜材料选择与通量潮定1膜材料选择奉实验所采用的高分子膜有聚砜酰胺、醋酸纤维及聚砜三种，对聚砜酰胺膜材料，其应用的pH范围可在2 l3 之闻 其化学性稳定，且耐微生物侵蚀，对果汁型低度酒的过滤是一种优良的膜，我们采用的该种膜其规格如表1。表1聚砜酰胺膜的孔径与纯永通量膜型号。表中的截留分子量是根据该孔径能实际截留的分子推算，而不是按平均孔大小推出。2不同膜材料的通量与运行时问的关系不同膜材料对通量随时问变化关系如图4所
8、示，可见膜材料的不同对青梅酒的超滤通量影响不大，但是对于同种膜材料，当膜的孔径分布不同时，其通量随时问的变化如图5所示，对于四种不同孔径分布的膜，以PSA一2膜的通量随时间下降的速率较小，而孔径比较大的PSA-8、PSA-4 瞳初始的通量虽较大，但随时间变化其通量下降加速，甚至低于PSA一2膜，造成这种现象的主要原因，可能是所需除去的大分子凝聚物的大小正好与PSA-8 ，PSA-4 膜的孔径大小耜近，以致这些分子虽能进入骥表皮上的孔，但由于膜有一定的厚度，共孔又是曲折的，有可能使进入孔表皮层的大分子卡在孔的某一位置上既进不去也出不来，这种现象使膜孔隙率明显降低， 因而gf起通量的大幅度下降。反
9、之， 对于PSAl 膜，由于其孔径较小， 则将很大一部分不应截留的分子截留了， 因此它的通量始终比较低， 由此可以推知，必然存在着一比较适宜的孔径分布范围，使得所需截留的大分子既不能进入膜孔， 又能使其它分子顺利通过，这种情况下其通量随时问下降最小。我们采用红外光谱分析了被截留下来的大分子凝聚物，根据图谱分析， 这类凝聚物为多糖类果胶质。这种大分子凝聚物的分子量正好稍大于PSA一2膜的截留分子量， 一般这种太分予不可能进入膜孔而堵塞膜孔，而其分子量比PSA一8和PSA一4膜的截留分子量小的分子右可能进人膜孔而导致膜孔堵塞， 使通量明显下降。图4。在不同材料的膜中超滤通量与时间的关系膜孔堵塞与膜
10、面污染的清洗我们根据通量下降的趋势， 在操作至适当的时候， 对膜进行清洗， 我们所采用的方图5 四种不同孔径分布的膜通量与时间变化的关系图6 拆卸清洗对通量的恢复程度法有三种：空气反冲洗、柠檬酸稀溶液冲洗及拆卸清洗。冲洗结果证明，三种方法均能使超滤通量有不同程度的恢复，但是发现用空气反冲洗的效果比拆卸清洗效果好。空气反冲洗和拆卸清洗后的通量恢复情况如图G、7所示。根据对冲洗结果的分析， 我们认为对于青梅酒的超滤过程，引起通量下降的主要原因可能是由于膜孔堵塞而gj起孔隙率下降所导致的， 而膜面污染不是主要原因。因为正面拆卸清洗只能洗去膜表面的沉积物， 而空气反冲则可以将陷人膜孔中的分子随空气冲走
11、，使孔隙率恢复到初始水平，导致通量也恢复到初始水平。结果与讨论1本研究设计的板框式超滤机设计台理、结构紧凑，可装配有效膜面秋达5M。，图7 空气反冲洗对通量的恢复程度处理青梅酒150kgh，低度白酒500kg h。经超滤后的青梅酒清澈 透明，经半年以上存放无明显沉淀产生， 且保持青梅酒原有的色、香、味。因此， 该板框式超滤机可推广应用于其它果汁酒和低醇饮料的澄清稳定，而且也可用于生物物质、酶制剂、细胞等的分离， 提纯和浓缩。在生物、医药工程中具有广阔的推广应用前景。2采用压缩空气反冲能较好地恢复膜的渗透率，且过程简单、时间短、不需要清洗剂， 既节约了费用又不致形成污水。我们认为空气反冲是一种比
12、较有效的方法。8 由于待处理的物系不同及该物系中待除去的物质种类、分子的形状、物化性质等的不同， 因此对不同应用物系不仅需要筛选膜，选择合适的孔径分布， 而且还需考虑膜的污染与浓差极化现象以及流动状态和膜的清洗等工程因素。就目前超滤膜制备技术及工程应用来讲，要针对某一特定的分离物系，合理地选取或制作出孔径分布均匀的有效高分子膜尚存在着一些问题， 我们只能从宏观的工程因素去考虑，例如用渗透通量的大小， 膜面的污染程度、以及运行周期的长短和清洗的难易程度来评价。因此当前最迫切需特考虑的是如何改善流体流动条件，减少膜的浓差极化，消除工程操作中的膜污染， 设计有效的膜面清洗方法等工程问题，我们认为这些
13、工程应用问题的改善和解决，将会进一步促进超滤技术在饮料食品工的漂人应用。注释：本文由成都华盛兴邦企业管理咨询公司收集整理，仅供大家学习参考，不代表华盛兴邦观点。本文系软件自动生成，可能出现图、表错漏，如需原始文件，请联系 028-62029138,13882123952。华盛兴邦是国内专业从事葡萄酒及果酒全产业链服务的机构，专门负责葡萄园、水果采摘园的深加工产业延伸服务，提供酒庄规划建设、葡萄酒厂及果酒厂设计建设、生产许可证报批及产品开发、市场推广服务。欢迎同行交流、共同推进产业升级。参考文献1 高以恒， 叶凌碧编著j 膜分离技术 基础P370 ， (1989) ，科学出版社程干炬，谢祖林J膜科学与技术 (7)
