膜渗透蒸发用于葡萄酒脱醇的实验研究

作者:谭淑娟;肖泽仪;李磊;武法文;徐志宏;张志炳 刊名:精细化工 上传者:江连河

【摘要】利用自制的PDMS平板复合膜 ,在 40℃ ,1330Pa下游侧压力下 ,φ(C2 H5OH) =11 5 %的红葡萄酒经过渗透蒸发脱醇后可获得 φ(C2 H5OH) =7%、4%、3%等各种低醇红葡萄酒 ,同时渗透液可勾兑成 φ(C2 H5OH) =30 %~ 5 0 %的高醇白兰地 ,平均总渗透通量达 145 5 g/(m2 ·h)。在小试实验中 ,低醇葡萄酒和高醇白兰地的平均生产强度分别是 4830和 780mL/(m2 ·h)。国家资深评酒专家对两种新酒品都给予了高度评价 ,认为有一定的市场经济价值。

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葡萄酒中含有大量的维生素和营养物质,不仅是佐餐美味,更是预防心血管疾病的绿色保健饮品。然而因其酒精含量较高,使老人、儿童、司机、疾病患者等人群无法饮用。近几年来,随着人们生活水平的提高和健康意识的增强,低醇饮品越来越受到大众的欢迎和喜爱。目前,世界上生产低醇饮品的方法主要有两类。一类是用限制发酵的方法降低制酒发酵过程中生成的乙醇含量,如冷接触发酵法、高温糖化加酶法、二次发酵法、酵母发酵法等;另一类方法就是通过蒸馏、吸收、膜分离等单元操作,将酒中的乙醇脱除,如蒸馏法、超滤膜法、反渗透法、渗析法、渗透蒸发法、超临界2萃取法等。其中,渗透蒸发作为一种相对新型的膜分离过程,它可以在常温常压下进料,而且过程中不需要使用任何化学试剂,因此可以广泛应用于食品工业。目前已有一些文献[15]报道过渗透蒸发在葡萄酒或啤酒脱醇方面的应用。但是渗透蒸发膜性能的不理想限制了渗透蒸发在该领域应用的进一步发展。在本实验研究中采用多孔疏水材料作为支撑层,研制了一种新型的平板复合膜,用于对干红葡萄酒进行渗透蒸发脱醇研究并将实验放大至小试规模,以考察渗透蒸发膜及过程用于原汁发酵酒精饮料脱醇制造低酒精含量饮品的工业应用可能性和潜力,同时考察膜的理化和机械性能。1实验1.1平板复合膜以孔径0.5,厚150的亲有机多孔膜作为支撑层,将、交联剂、催化剂及溶剂按一定比例混合,浇铸在多孔支撑层上,溶剂挥发后即制得平板复合膜。通过改变制膜液的浓度和膜液用量,即可获得不同皮层厚度的复合膜。从图1的图中可看出,表皮活性层光滑平坦,厚约8,并与多孔支撑层紧密地结合在一起。图1平板复合膜的图1.2实验装置及结果渗透蒸发实验装置如图2所示。1恒温槽;2料液罐;3温度计;4循环泵;5转子流量计;6膜装置;7膜;8三通阀;9冷冻机;10液氮冷阱;11收集瓶;12真空图2渗透蒸发实验装置图张裕公司提供的(25)=115%红葡萄瓶装成品酒经恒温槽加热至40后,由料液罐进入膜装置,渗余液流回料液罐,透过物先后经过二次冷凝收集下来,其中一级冷凝使用冷冻机,冷凝温度为-5-10,二级使用液氮进行冷凝。膜直径为200,有效面积为00242。膜下游侧压力保持在1330。红葡萄酒及渗余酒液(即新的低醇红葡萄酒)经蒸馏后,馏出液由密度仪(500,,)测定其酒精含量。渗透液采用气相色谱法进行定性及定量分析。色谱仪器及色谱条件为:122气相色谱仪(),3000色谱工作站;-石英毛细管柱30053100;二阶程序升温:45保持1,以1/速率升至50,保持1,再以15/速率升至180,保持1;气化温度,200;检测温度,200;分流比,15;氢气流量,50/;空气流量,500/。在原料温度40、下游侧压力1330的条件下,通过控制实验操作时间,作者可以获得(25)=7%、4%、3%等各种不同酒精体积分数的新的低醇红葡萄酒。以获得(25)=3%的低醇红葡萄酒为例,总渗透通量及渗透液中乙醇的体积分数,随时间的变化关系如图3、4所示。图3渗透液中乙醇体积分数随时间变化关系图4渗透通量随时间变化关系实验结果表明,新型的平板复合膜具有良好的渗透蒸发分离性能,平均总渗透通量达1455/(2),远远高于相关文献[5]报道的通量值65/(2)。实验的长时间运行也考验了膜本身的理化和机械性能,特别是耐久性。将二次冷凝的渗透液合并后进行气相色谱分析,结果如表1所示。表1渗透液中各组分及其质量浓度(/100)低醇葡萄酒(25)/%乙酸乙酯乙醇正丙醇异丁醇异戊醇73537319.724391224299828.519.868.732.429193141962

参考文献

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