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。它具有分离效率高，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。根据不同的膜孔径，膜分离可分为反渗透（ROlt，1nm），纳滤（NF，约1nm），超滤（UF，1nm〜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，其材料主要包括醋酸纤维素，硝化纤维素，聚酰胺，聚砜，聚酯和含氮杂环聚合物。等等，因此有机膜也称为聚合物分离膜。有机膜的弱点是它们不能抵抗高温，酸和碱以及有机溶剂。它们的机械强度不足，容易阻塞并且难以清洁，这限制了它们在各种领域中的使用。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，碱，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。无机膜的缺点是它们相对昂贵，不耐强碱，并且无机材料易碎且弹性较小，这给膜和组件设备的形成和加工带来很大困难。膜过滤在食品领域具有广泛的应用。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。无机膜用于食品工业应用主要包括牛奶加工，果汁澄清，调味品灭菌和杂质去除以及饮用水净化等。大多数使用无机微滤膜和超滤膜。微滤主要用于灭菌和澄清过滤。超精密过滤的孔径小于0.1 m，灭菌过滤的孔径为0.2um〜0.45um，澄清过滤的孔径大于0.65um。超滤主要用于蛋白质的分离，纯化，淡化和浓缩以及除菌等。1实验材料陶瓷膜装置：由兰德膜分离技术工程有限公司提供，啤酒原汁：由啤酒培训班生产江苏食品职业技术学院，精制木瓜蛋白酶：广东江门食品生化厂，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：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用陶瓷膜微滤能够滤除生啤酒中的酵母菌和可能的细菌以及其他微生物以及冷却时发生絮凝的一些胶体沉积物（主要是蛋白质和多酚与重金属，糊精，β-葡聚糖等的反应产生的产物），同时确保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杂质（例如酵母）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。结果示于表1。从表1可以看出，孔径为0.5um的陶瓷膜对脱脂中的蛋白质有效。啤酒。色素和色素的保留率很低，啤酒中的微生物数量也符合要求，可以达到杀菌的目的。另外，孔径为0.5um的膜的过滤通量与孔径为1.6um的膜的过滤通量几乎相同。相同。表2显示了用孔径为0.5um的膜过滤的生啤酒的理化指标。从表2中可以看出，膜过滤后的生啤酒的颜色和浊度略有下降，而膜的浊度下降。二乙酰基更大。啤酒当二乙酰基含量高时，米饭会有令人不愉快的味道。 2003年1月实施的国家优质淡啤酒标准规定，二乙酰的含量为0.1mg / L。二乙酰基含量的减少使生啤酒的味道更好地满足了公众的要求。 2.1.2主要流体流动模式的比较商用陶瓷膜的主要形式之一是管状膜。由于管状膜易于清洁和更换，原水流动性好，压力损失小，并且耐高压。它可以处理悬浮固体，高粘度或固体沉淀等易于处理的溶液。阻塞流动通道。适用于中小型秤。缺点是设备成本高，喷嘴密封困难，膜困难，堆积密度小等。主要的流体流动方式主要有管外旋流，管外轴向流，管内旋流。管内和管内轴向流有4种。储良银等。选择孔径为0.5“ m的陶瓷膜，在生啤酒膜过滤过程中的压差为0.1MPa的条件下，对管状膜过滤过程中的主要流体流动模式进行了对比测试。这种主要流体流动方式的影响，是从头到尾的相应过滤通量，这主要是因为在外部旋流的作用下，不仅膜表面附近的剪切作用很强，而且颗粒的离心力也阻止了颗粒迁移到膜表面，因此减少。减少了膜过滤过程中的浓差极化和膜污染。因此，为了获得最理想的效果，在膜结构的设计中应将主流体设计为外部涡流。 2.2酵母菌的回收和底部沉淀物中的啤酒回收的酵母菌的回收通常通过离心分离完成，但使用无机膜过滤技术具有更大的潜力。从罐底回收啤酒是在啤酒工业中应用无机膜的潜在领域。沉淀物是指提取啤酒中的絮凝液，其中含有悬浮固体，胶原蛋白颗粒，酵母菌等。传统的加工方法包括真空过滤，压力过滤和离心分离。膜滤池底部的沉淀物通常用于酵母发酵过程后回收啤酒。回收的澄清啤酒可以达到整个啤酒产量的5％，截留物中含有浓缩的酵母油。采用膜过滤技术可以节省大量硅藻土，减少废物排放，有利于环境保护。 2.2.1温度对膜过滤的影响为0.5um在恒定的平均压差为0.3 MPa的条件下，在用于过滤生啤酒的无机陶瓷膜上测试了孔径恒定的陶瓷膜，并在结果示于表3。从表3可以看出，选择0℃〜4℃。无机膜过滤对生啤酒的颜色，透明度，泡沫，香气和口味没有影响。效果好，截获浓度可达24％。 2.2.2无机陶瓷膜处理酵母和底泥的通量变化温度为0℃〜5℃时，孔径为0.5um，流速为3m / s，过滤压力为0.3MPa，附图中示出了酵母和通过陶瓷膜处理的陶瓷膜的底部沉积物的通量变化。从附图中可以看到，过滤10小时后，通量基本稳定在20L /（m2·h）左右，但通量低，主要是由于膜的堵塞和污染。 2.2.3澄清剂在生啤酒的膜过滤过程中的影响。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，添加量为：每千升精制木瓜啤酒2g〜5g，不加其他部分，结果示于表4。在低温下，陶瓷膜微滤池底部沉淀物的主要问题之一是澄清剂在膜表面的吸附，这导致膜结垢。存在会阻止渗余物中的固体含量达到更高的浓度。因此，微滤通常在某些不包含澄清剂的系统中进行，因此可以从罐底获得更高的固体含量（质量分数为24％）。提取物中回收了更多的啤酒。 3结论选择孔径为0.5um的陶瓷膜过滤生啤酒时，蛋白质和色素在啤酒中的保留率非常低。啤酒中的微生物数量也符合要求，可以达到杀菌的目的。理化指标是理想的，尤其是降低二乙酰基含量，使生啤酒的味道能更好地满足公众的要求。管状膜用作膜组件的形式，主要的流体流动方式是管外的旋流。无机陶瓷膜用于处理0℃〜4℃的酵母菌和底渣。当罐底沉淀物中的啤酒通过膜过滤回收时，在没有澄清剂的系统中的效果明显好于在有澄清剂的系统中的效果。 4讨论将Bactocatch工艺应用于生啤酒的膜过滤，以进一步增加膜的过滤通量。该方法的特征是：沿膜元件的长度方向操作，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