074031413张双霞生物工程下游技术

超过滤膜的简介及在葡萄酿造中的应用摘要：超滤技术是一种新兴的膜分离技术，利用膜将直径小于0.3um的粒子与其他低分子量组分或溶剂分开，广泛应用于食品工业、电子工业、水处理工程、医药化工等领域，文中介绍了超滤膜的工作原理及在葡萄酒酿造中的应用状况。关键词：超滤；葡萄酒Abstract:Ultra-filtrationisanovelfilmtechniquetoseparateparticlewithdiameterlessthan0.3umfromothers.Ultra-filtrationcouldbeextensivelyusedinfoodindustry,electronicindustry,watertreatment,medicinechemicalindustryandsoon.Theprincipleofultra-filtrationanditsapplicationinwinemaking.Keywords:ultra-filtration;wine超滤是一种能够将溶液进行进化、分离或者浓缩的膜分离技术，常用于溶液中胶体、蛋白质、多糖、微生物、热源和其他物质的祛除，近年来发展迅速。由于设备简单、操作方便、能耗低[1]，尤其对制品无破坏作用，其应用小指家庭净水器，大到现代化工业生产，十分广泛。在葡萄酒生产过程中，由于原料中的单宁、多酚和蛋白质等物质的存在，导致葡萄酒氧化褐变并产生苦涩味，影响葡萄酒的品质。应用超滤技术除去葡萄酒中无益的成分，同时除去导致酒腐败的野生细菌、野生酵母菌等有害微生物，可改善葡萄酒的口感与品质。超滤技术在乳制品、果汁、酒、调味品等生产中逐步采用，如纳他霉素发酵液的超滤膜提纯[2]；维生素C发酵液的超滤提纯[3]；超滤法分离酪蛋白酶解物中的ACE抑制肽[4]等等。1超滤技术超滤是一种新型的膜分离技术，在所有膜分离手段如微滤、超滤、反渗透、电渗析及气体膜分离中，超滤的应用最为广泛，也最成熟。自1977年利用超滤进行苹果汁的澄清研究以来，该技术获得了迅速的发展[5]。1.1基本原理超滤技术是一种膜滤法，可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程，它能从周围含有微粒的介质中分离出分子量在500Da以上的微粒，这个范围内的微粒，通常是液体内的溶质。其基本原理是以膜两侧的压力差（0.1MPa~0.5MPa）为驱动力，以超滤膜为过滤介质，使溶剂及小分子物质通过，大分子物质和微粒子如蛋白质、水溶性高聚物、细菌等被超滤截留，从而达到分离、分级、纯化、浓缩目的的一种新型膜分离技术。超滤膜表面活性层上孔的大小与形状对微粒的筛分作用决定其对大分子物质的截留效果，膜表面积、微孔内的吸附和粒子在膜孔中的滞留亦可使大分子物质被截留[6]。超滤过程中可以同时完成分离和浓缩。在超滤过程中，大分子溶质之所以不能像溶剂那样容易通过膜，主要原因：（1）被吸附在过滤膜的表面和孔中（基本吸附）。（2）被保留在孔内而被除去（阻塞）。（3）机械的被截留在过滤膜表面上（筛分）。所以有人认为把超滤视为一种筛孔分离过程过于简单，膜表面积的化学性质也影响超滤分离的重要原因[7]。1.3超滤膜超滤技术的关键是膜[7]。超滤膜是一种具有超级“筛分”分离功能的多孔膜，它的孔径只有几纳米到几十纳米。超滤膜可以做成管式膜、平板卷式膜或中空纤维膜等形式[8]。管式膜可做成单管式或多管式，易清洗，无死角，适于处理含固体较多的料液。在使用过程中，单根管子可以调换，但保留体积大，单位体积的过滤面积较小，压力降较大。平板膜的保留体积小，能量消耗介于管式膜和卷式膜之间。卷式膜的单位过滤体积过滤面积大，膜的更新较容易，压力降大，易污染，清洗困难，在使用时需对料液预处理。中空纤维膜的保留体积小，单位体积的过滤面积大，可逆洗，操作压力可低于0.25MPa，动力消耗较低。1.4超滤装置将不同形式的超滤膜安装在一个密闭的容器中，便组成了相应的超滤装置。以压缩空气为动力，推动容器内的活塞前进，使料液形成内压。小于超滤膜孔径的小分子，受压力的作用被挤出膜外，大分子被超滤膜截留，从而实现微粒的分离、分级、纯化、浓缩目的。超滤装置有无搅拌式超滤、搅拌式超滤、中空纤维超滤。2超滤在葡萄酒酿造中的应用超滤技术在葡萄酒加工过程中主要用于两个方面，一是发酵前葡萄汁的超滤澄清，二是发酵成葡萄酒后的超滤精制。2.1葡萄汁的超滤澄清（预处理）成熟的葡萄中含有较多的单宁胶体、多酚和大分子蛋白质，这些成分的存在会导致葡萄酒在发酵过程中发生氧化褐变，产生苦涩味，从而影响葡萄酒的品质。在葡萄表面带有多种杂菌，如不除去则会给葡萄酒发酵带来负面影响，采用超滤技术处理葡萄汁，选用适合的滤膜，可以祛除葡萄中的单宁胶体、大分子鞣酸、多糖、杂蛋白、悬浮物固体、多酚及其它无用的微生物，能有效防止葡萄酒褐变和脱去苦涩味。2.2葡萄酒的超滤精制葡萄酒在发酵及贮藏过程中，由于其中的单宁及多酚类物质的氧化聚合作用，会引起葡萄酒的褐变、出现沉淀、产生苦涩味等。利用超滤技术可以祛除葡萄酒中引起浑浊、褐变以及苦涩味的多分物质、大分子蛋白质、残存的酵母、杂菌、胶体、以及金属复合物和游离的金属离子等，使葡萄酒的澄清度得到改善，并获得良好的保存性，使酒更加稳定，色泽、口感、风味更加丰满圆润[9]。葡萄酒经超滤处理后，铅的含量显著降低。此外，应用超滤技术对葡萄酒进行处理时可以加速酒中的氧化、酯化和缔合反应，减少酒中的辛辣、苦涩和杂味物质，增加产生香味的脂类物质，短时间的处理过程就可以达到自然窖藏很长时间才能完成的物理反应，使酒质澄清透明，久藏不沉淀。3超滤膜的污染及防治膜分离技术在分离过程中具有工序简单、分离效率高,能耗低等明显的优势,但也存在着一些问题,主要包括以下几个方面:1)可供选择的膜材料品种偏少,分离性能不稳定;2)膜污染问题严重,医药生产中产物多种多样,许多提取液浊度高、黏度大并含有颗粒物,这些因素极大的影响了膜的使用寿命;3)浓差极化问题;4)超滤技术在中药制剂领域内的应用缺乏系统深入的研究,适合于中药体系超滤用的设备及操作工艺有待进一步的开发和研究。对于膜污染和浓差极化的问题,建议可以采取以下措施:1)对原料液进行预处理,将部分杂质和易引起膜污染的物质通过预热、离心分离、絮凝沉淀等方法除去;2)对膜的表面进行改性,从而提高膜的抗污染性能,提高过滤速率;3)错流过滤,传统的膜分离过程采用终端过滤形式,即料液流向与膜面垂直,这样很容易产生浓度极化层,因此在膜过滤的过程中可采用错流过滤,使料液流向与膜面平行或通过透析过滤使料液循环流动,可大大降低浓度极化层的形成。膜材料品种偏少,需进一步加强膜材料的研究开发工作,加快新品种的研究步伐[10]。4葡萄酒加工中超滤膜的再生葡萄酒加工中的超滤膜再生，一般可用温水清洗，再用2%碱液清洗，然后用清水漂洗，再用次氯酸钠水溶液进行洗涤，最后再用清水洗净。再生过程中可反复循环洗膜，直至膜的通透率恢复到合理的程度。另外，超滤膜在使用前最好浸泡5%SDS、Tween20或TritonX溶液中过夜，并在使用前彻底润洗。在葡萄酒加工过程中，选择适当的操作条件，应用超滤技术能有效祛除葡萄酒中引起沉淀和苦涩味的成分，以及有害金属元素；超滤对提高葡萄酒品质具有促进作用。葡萄酒超滤时应采用错流过滤等手段减少浓度极差化的发生；当超滤膜受污染时应及时进行清洗，提高膜的通透量。参考文献：[1]邵伟，熊泽，葡萄酒超滤脱苦工艺研究[J].饮料研究，2006，（9）：199-200[2]王明伟，纳他霉素发酵液的超滤膜提纯研究，中国酿造，2008，（21）：66[3]朱银惠，马东祝，超滤法提纯维生素C发酵液的研究，中国酿造，2008，（15）：54[4]姜瞻梅，田波，超滤法分离酪蛋白酶解物中的ACE抑制肽，食品与发酵工业，2006（10）59[5]张文会，陈国海，谭海运，食品高新技术——超滤[J].西藏农业科技，2005，27（3）[6]夏光辉，超滤技术在葡萄酒加工中的应用概述，中外葡萄与葡萄酒，2009，01，70[7]高年发，宝菊花，超过滤膜在葡萄酒酿造中的应用进展，中国酿造，2007，172，1~3[8]路正清，膜分离技术及其在食品工业中的应用[J],江苏调味副食品，2006，（5）：1~3[9]邵伟，熊泽，用超滤技术改善葡萄酒的品质的研究[J]，酿酒科技，2006，(6):54~56[10]薛冠，胡晓琳，膜分离技术在医药医疗中的研究与运用，化学工业与工程，2009（3）：183~185