陶瓷膜回收系統在酒腳處理中的應用

周學義，朱文昭，朱銀龍，張建波，張蕾蕾

（寧夏紅枸杞產業有限公司，寧夏中寧 755100）

葡萄、枸杞是我區特色優勢產業，其主要深加工產品是葡萄酒和枸杞酒。酒腳是制酒業不可避免的產物，是酒液中沉積在容器底部的不溶性顆粒與酒液的混合物[1]。由于酒腳的污染極性強，一般的過濾方法根本無法對其進行回收，現在企業多采用氣膜壓榨機、高速離心機和真空轉鼓過濾機進行回收處理。但因設備缺乏可操作性，基本上處于停用狀態，所以有的企業基本上沒有進行酒腳回收工作，而直接排放。這樣既污染環境，又給企業造成很大的經濟損失。

酒腳回收系統由原料罐、循環泵、陶瓷膜過濾組件、換熱器組成密閉循環系統，附件主要有反沖部件、預過濾機、惰性氣體管路組成，其中膜孔徑為0.05～1.4 μm，控制進料壓力在0.1～0.5 MPa，通過調節循環管路中冷卻器的冷卻水流量控制料液溫度在40 ℃以下，保持濾液通量在30～120 L/m2h，透過液即為回收酒液。

本研究對工業生產中下膠和酶處理后酒腳的黏度、固形物含量、COD 值、溶解氧及pH 值等指標進行測定分析，并針對枸杞酒和枸杞基酒酶處理后的酒腳進行陶瓷膜回收系統處理，測定處理后酒體的回收率、濃縮酒腳的殘余量、酒腳回收時通量的變化以及回收后酒體溶解氧等指標。為解決農副加工企業、發酵工業企業生產廢液的回收利用以及為釀酒行業酒腳處理，治理和保護環境提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、儀器

酒樣：枸杞酒酶處理基酒酒腳、葡萄酒發酵酒腳、葡萄酒下膠酒腳、枸杞酒發酵酒腳、枸杞酒下膠酒腳，由寧夏紅枸杞產業有限公司提供。

儀器設備：0.2 μm、0.5 μm 和0.1 m2、1.7 m2不同規格和處理量的酒腳回收系統，由中衛市博而特生物科技有限公司提供；折光儀，COD 快速檢測儀，溶解氧測定儀，pH計等。

1.2 實驗方法

1.2.1 各類型酒腳指標測定

酒腳除去粒徑大于2 mm 固體顆粒，分別用手持折光儀測定固形物含量、用COD 快速檢測儀測定COD 值、用溶解氧測定儀測定溶解氧、pH 計測定酒腳pH值。

1.2.2 酒腳的回收及通量的測定

用孔徑為0.2 μm、膜面積為0.1 m2的陶瓷膜回收系統處理枸杞酒酶處理基酒酒腳（計酒體41.6 t，經初濾后剩余酒腳3.75 t）；用孔徑0.5 μm、膜面積為0.1 m2的陶瓷膜回收系統處理葡萄酒下膠初濾后剩余的酒腳共有酒體45 t，收集酒腳3 t）。處理后計算回收率及酒腳濃縮倍數。

2 結果與分析

2.1 酒腳指標檢測結果

各類型酒腳指標檢測結果見表1，從表1 中可以看出，各類型酒腳在黏度、固形物含量、COD 值上存在顯著的差異性。其中枸杞基酒酶處理后酒腳的黏度、固形物含量、COD 值與其他兩種枸杞酒相比含量最低，但同時該酒腳的溶解氧含量和pH值卻明顯比其他兩種枸杞酒酒腳高，造成這種現象的原因是發酵酒在釀造過程中嚴格控制氧的含量以及pH 值以提高酒體風味物質穩定性和酵母的活性[2]，但基酒在制作過程中并沒有進行發酵，所以對溶解氧并不需要過多控制。葡萄酒酶處理和下膠處理后的酒腳其黏度、固形物含量、COD 值均高于枸杞發酵酒各處理后的酒腳，這種現象是因為葡萄酒和枸杞發酵酒前處理的工藝不同造成的，并且釀造出相同量的葡萄酒和枸杞酒，兩種酒所產生的酒腳也有所不同，葡萄酒所產生酒腳往往要比枸杞酒少很多。對比下膠和酶處理發酵酒的酒腳，不同處理后的酒腳中各物質含量也明顯不同，酶處理后的酒腳其黏度、固形物含量、COD 值都低于下膠處理后的酒腳。

2.2 0.2 μm、膜面積為0.1 m2的陶瓷膜回收系統處理枸杞基酒

表2 和圖1 分別表示枸杞基酒酶處理后酒腳在陶瓷膜回收系統處理時參數和通量的變化。

從實驗參數數據及回收曲線上均可以看出，陶瓷膜回收系統具有較高的通量，在處理5 h后，通量有上升的趨勢；因間歇加料引起溫度波動而造成過濾通量變化，但從曲線線性可看出，整體通量呈現上升趨勢，在系統處理8 h 期間，通量由0.17 L/min上升至0.19 L/min。過濾通量相對穩定，至實驗結束，沒有發生衰減。

表1 不同類型酒腳各物質含量

表2 枸杞基酒酒酶處理酒腳回收參數

圖1 枸杞基酒酶處理酒腳回收曲線

實驗用時7.5 h，共處理酒腳93.8 kg，回收酒液85.3 kg，剩余濃縮酒腳8.5 kg，其中：

①平均通量(kg/h)=85.3/7.5=11.4

②酒腳濃縮倍數（n）=93.8/8.5=11

③酒液回收率(%)=85.3/93.8*100%=90.9%

由此可知，用0.2 μm 回收系統對酶處理枸杞酒基酒酒腳進行回收，可將酒腳繼續濃縮11 倍，實現90.9%的回收率。

2.3 0.2 μm、膜面積為0.1 m2的陶瓷膜回收系統處理枸杞發酵酒

表3 和圖2 分別表示枸杞發酵酒酶處理酒腳在陶瓷膜回收系統處理時參數和通量的變化。

從實驗數據及回收曲線上均可以看出，陶瓷膜回收系統在枸杞發酵酒酶處理酒腳的處理過程中其通量呈現下降的趨勢，從曲線線性可看出，在系統處理8 h 左右，其通量由0.2 L/min 降至0.13 L/min。由于枸杞發酵是一個復雜的工藝，期間添加酶及各種膠體，在發酵過程中產生風味物質的同時，果膠酶分解物，酵母及各種添加物黏著性殘渣通過陳釀都沉積在酒腳中[3]，酒腳在陶瓷膜回收系統處理時會部分附著在過濾膜上導致其通量有所降低，因此建議通量降低一半，此為回收極限，結束實驗。

表3 枸杞發酵酒酒酶處理酒腳回收參數

圖2 枸杞發酵酒酶處理酒腳回收曲線

實驗用時12.5 h，共處理酒腳120.5 kg；回收酒液105.5 kg；剩余濃縮酒腳15 kg，其中：

①平均通量（kg/h）=105.5/12.5=8.44

②酒腳濃縮倍數（n）=120.5/15=8.0（倍）

③酒液回收率=105.5/120.5*100%=87.6%

由此可知，用0.2 μm 回收系統對酶處理枸杞發酵酒酒腳進行回收，可將酒腳繼續濃縮8 倍，實現87.6%的回收率。

2.4 回收酒體溶解氧的測定

陶瓷膜回收系統具有二氧化碳排空氣裝置，可以降低溶解氧的含量。其對回收酒體溶解氧測定數據如表4。

表4 各類回收酒體溶解氧測定數據

從表4 可看出，酒腳在經過陶瓷膜回收系統開啟排空和不開啟排空其回收的酒體含氧量具有較大的差異。開啟二氧化碳排空裝置，枸杞發酵酒酶處理酒腳溶解氧含量從0.96 mg/L降低至0.05 mg/L，降低94.8 %；枸杞基酒酶處理酒腳溶解氧含量從1.23 mg/L降低至0.16 mg/L，降低87.0%。

3 結論

本研究采用陶瓷膜回收系統對不同類型的酒腳進行處理，測定處理后酒體的回收率、濃縮酒腳的殘余量、酒腳回收時通量的變化以及回收后酒體溶解氧等指標。結果表明，該回收系統對酶處理枸杞酒基酒酒腳進行回收，可將酒腳繼續濃縮11 倍，實現90.9 %的回收率，平均通量為11.4 kg/h；回收系統對酶處理枸杞發酵酒酒腳進行回收，可將酒腳繼續濃縮8 倍，實現87.6 %的回收率，平均通量為8.4 kg/h。同時系統含有氣體排空裝置，回收的枸杞發酵酒體溶解氧含量降低94.8%，枸杞基酒溶解氧降低87.0%。

現在企業多采用氣膜壓榨機[4]、高速離心機和真空轉鼓過濾機[5]進行回收處理，氣膜壓榨機、高速離心機和真空轉鼓過濾機等傳統回收設備由于是初處理設備，對于酒腳這種黏度大，固形物含量高而相對于成品酒來說數量又較小的物料來說，用它們來處理酒腳不能一次性達到目的，尚需要后續靜置、澄清、過濾等操作，工序繁雜，而且每道工序還會產生所謂的酒腳，回收工作不能一氣呵成，所以，因為工藝操作的繁雜性導致工作人員回收積極性低，大多工廠的回收設備名存實亡，酒腳幾乎直接排放，回收設備利用率很低。

該回收系統有效地解決了酒腳的輸送和系統堵塞問題；第二，增加了惰性氣體排空裝置，解決了回收酒體氧化問題。第三，酒腳回收系統由原料管、循環泵、陶瓷膜過濾組件、換熱器組成密閉循環系統，附件主要有反沖系統、預過濾機、惰性氣體管路組成。且回收系統以盛放酒腳的發酵罐為原料罐組成循環系統，避免多次排渣，實現回收工作一氣呵成。