陶瓷膜在啤酒生产中的应用

膜分离技术是一种新兴的高科技技术。具有分离效率高，设备简单，操作方便，节约能源的优点，广泛应用于各个工业领域。根据膜的不同孔径，膜分离可分为反渗透（ROlt，1nm），纳滤（NF，约1nm），超滤（UF，lnm〜100nm）和微滤（MF，0.1um〜10um）[ 1]。最早的膜都是有机膜，因为有机膜易于生产和加工，其材料主要是醋酸纤维素，硝酸纤维素，聚酰胺，聚砜，聚酯和含氮杂环聚合物等，因此也称为有机膜。聚合物分离膜。有机膜的弱点是它不耐高温，酸，碱，有机溶剂，机械强度不足，易阻塞，不易清理，限制了其在各个领域的应用，因此无机膜发展迅速。无机膜是一种固体膜。它是由金属，金属氧化物，陶瓷，多孔玻璃，沸石和无机聚合物材料等无机材料制成的半透膜。常用的无机薄膜的主要材料是性能稳定的Al2O3，TiO2和SiO2。这些材料通常通过溶胶-凝胶法（Sol-Gol）镀在陶瓷载体上，因此一般的无机膜也称为陶瓷膜。与有机膜相比，无机陶瓷膜在实际应用中具有良好的化学稳定性，耐酸，耐碱，耐有机溶剂，机械强度高，抗微生物能力强，耐高温，孔径分布窄，分离效率高等优点。优点。无机膜的缺点是成本高，耐强碱，无机材料的脆性大，弹性差，这对膜的形成和组装设备造成很大困难。膜过滤广泛用于食品领域。无机膜在食品领域的应用始于1980-1989年。食品和饮料中使用了大约10英寸104平方米的膜，其中12％是无机膜。食品中的无机膜工业上的应用主要包括牛奶的加工，果汁的澄清，调味品的消毒和去污以及饮用水的净化。它们中的大多数使用无机微滤膜和超滤膜。微滤主要用于灭菌，澄清等过滤，孔径小于0.1！m的用于超精密过滤，孔径0.2um〜0.45um的用于灭菌过滤，孔径大于0.65um超滤主要用于蛋白质的分离纯化，脱盐，浓缩和除菌等。1实验材料陶瓷膜装置：由陆膜分离技术工程有限公司提供，生啤酒：生产经江苏食品职业技术学院啤酒培训班，精制木瓜蛋白酶：广东江门食用生化厂，酶活性为250万U / g。 2实验方法采用错流过滤技术陶瓷膜无菌过滤工艺流程：发酵-离心-预处理-错流过滤产品2.1生啤酒的澄清实验2.1.1陶瓷膜孔径的选择生啤酒的微滤陶瓷膜应能够过滤出生啤酒中的酵母菌和可能的细菌及其他微生物，以及一些在冷却时会絮凝的胶体沉积物（主要是蛋白质和多酚与重金属，糊精，β-葡聚糖，等），同时确保生啤酒中的蛋白质，糖，调味剂和色素通过以确保啤酒的质量。由于啤酒中的微生物和酵母菌等杂质的直径大多在0.5um-5um范围内，因此，我们选择了三种孔径不同的陶瓷膜来过滤生啤酒，结果如表1所示。从图1中可以看出，孔径为0.5um的陶瓷膜适用于生啤酒中的蛋白质。颜料和色素非常低，啤酒中的微生物数量也符合要求，可以达到杀菌的目的。此外，连续运行1h后，孔径为0.5um的膜的过滤通量几乎与孔径为1.6um的膜相同。相同。表2给出了用0.5um孔径的膜过滤的生啤酒的理化指标。从表2可以看出，膜过滤后的生啤酒的颜色和浊度略有降低，而二乙酰降低了。在更大程度上。啤酒当中等二乙酰基含量高时，会有令人不愉快的腐烂味。 2003年1月的国家轻型啤酒标准规定，二乙酰的含量为0.1mg / L。二乙酰基含量的降低使生啤酒的味道更好。符合公众的要求。 2.1.2主要流体流动方法的比较目前，商用陶瓷膜的主要形式之一是管状膜。由于管状膜具有易于清洁和更换的膜，因此原水的流动状态良好，压力损失小，并且具有抵抗力。较高的压力可以处理含有悬浮物，高粘度的溶液系统，或者可以沉淀出容易阻塞流道的固体。适用于中小容量。缺点是设备成本高，喷嘴的密封困难，膜的堆积密度小等。主要的流体流动方式主要是外管涡流，外管轴向流，内管涡流和内管轴向有4种类型。储良银等人选择了孔径为0.5“ m的陶瓷膜，并在生啤酒膜过滤过程的压差为0.1 MPa的条件下，对管状膜过滤过程的主要流体流动方法进行了对比试验。 。这种主要流体流动方法的效果（从头到尾与过滤通量相对应）主要是由于在外部旋流的作用下，膜表面附近的强烈剪切作用，并且颗粒的离心力阻止了颗粒的流动。为了获得最理想的效果，在膜装置的结构设计中应将主流体设计为外部涡流方法。 2.2罐底沉淀物中的酵母回收和啤酒酵母回收的回收通常通过离心分离来完成，但使用无机膜过滤技术具有更大的潜力。在罐底沉淀物中回收啤酒是无机膜在啤酒工业中的潜在应用领域。沉淀物是指啤酒中絮凝液的提取，包括悬浮固体，胶原蛋白颗粒，酵母菌等。传统的处理方法包括真空过滤，压力过滤和离心分离。膜滤池底部沉淀物回收啤酒通常是经过酵母发酵过程后，回收的澄清啤酒可以达到整个啤酒产量的5％，且渗余物中含有浓缩的酵母油。膜过滤技术可以节省大量硅藻土，减少废物排放，并有助于环境保护。 2.2.1温度对膜过滤的影响是孔径为0.5um的陶瓷膜，在恒定平均压差为0.3MPa的条件下，在不同温度下对生啤酒进行了无机陶瓷膜的测试。结果列于表3。从表3中可以看出，选择0℃〜4℃的无机膜过滤对生啤酒的颜色，透明度，泡沫，香气和口感没有影响，效果是好。渗余物的浓度可以达到24％。 2.2.2酵母菌和罐底沉淀物的无机陶瓷膜处理通量变化当温度为0℃〜5℃时，孔径为0.5um，流速为3m / s，过滤压力为0.3MPa，通量陶瓷膜处理酵母和罐底沉淀物的变化如图所示。从附图可以看出，过滤后10h，通量基本稳定在20L /（m2·h）左右，但通量较低，主要是由于膜的堵塞和污染。 2.2.3澄清剂在dra过滤过程中的作用ft啤酒膜木瓜蛋白酶可以分解蛋白质，从而提高啤酒的稳定性。木瓜蛋白酶在发酵后加入。取2份啤酒于0℃〜4℃进行膜过滤试验，其中1份加入木瓜蛋白酶，添加量：每千升啤酒木瓜蛋白酶2g〜5g精制，未添加另一份，结果显示见表4。在低温下，陶瓷膜微滤池底部沉淀物的主要问题是澄清剂在膜表面的吸附，这会导致膜污染，这是由于澄清剂的影响。因此，在某些没有澄清池的系统中，通常会采用较高的浓度进行微滤，因此可以从罐底获得较高的固体含量（质量分数为24％），从而从提取物中回收更多的啤酒。 3结论采用孔径为0.5um的陶瓷膜过滤生啤酒，啤酒中蛋白质和色素的截留率很低。啤酒中的微生物数量也符合要求，可以达到杀菌的目的。理化指标是理想的，尤其是降低二乙酰基含量，使生啤酒的味道能够更好地满足公众的需求。采用管状膜作为膜组件的形式，理想的主要流体流动方法是管道外的涡流。无机陶瓷膜用于处理酵母菌和罐底沉淀物，温度最好为0℃〜4℃。膜的过滤和回收罐底部沉淀物中的啤酒，在不使用澄清剂的系统中，其效果明显好于使用澄清器的系统。 4讨论将Bactocatch工艺应用于啤酒膜过滤，以进一步增加膜过滤通量。该工艺的特点是：沿着膜元件的长度方向运行，压力差恒定，浓差极化减小，膜的清洗周期显着延长，总渗透通量增加。该技术首先用于牛奶和乳制品的过滤。可以澄清啤酒或从罐底沉淀物中回收啤酒