膜分離技術是一門新興的高科技技術。它具有分離效率高、設備簡單、操作方便和節能等優點，廣泛應用于各個工業領域。膜分離按照膜孔徑的不同可以分為反滲透（RO<1nm）、納濾（NF，1nm左右）、超濾（UF，lnm~100nm）及微濾（MF，0.1um~10um）[1]。最早的膜都是有機膜類，因為有機膜便于生產加工，其材料主要有醋酸纖維素類、硝酸纖維素類、聚酰胺類、聚砜類、聚酯類及含氮雜環高聚物類等，故有機膜又稱為聚合物分離膜。有機膜的弱點是不耐高溫、酸堿、有機溶劑，機械強度不夠，易堵塞，不易清理，限制了其在各個領域中的使用，因此無機膜得以迅速發展。

無機膜是固態膜的一種，它是由無機材料，如金屬、金屬氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石及無機高分子材料等制成的半透膜。常用無機膜的主要材料是性能穩定的Al2O3、TiO2及SiO2等，這些材料通常通過溶膠-凝膠法（Sol-Gol）鍍在陶瓷的載體上，所以，一般的無機膜也稱為陶瓷膜。與有機膜相比，無機陶瓷膜在實際應用中具有化學穩定性好，能耐酸、耐堿、耐有機溶劑，機械強度大，抗微生物能力強，耐高溫，孔徑分布窄，分離效率高等優勢。無機膜的不足之處在于造價較高，不耐強堿，并且無機材料脆性大，彈性小，給膜的成型加工及組件裝備帶來很大困難。

膜過濾在食品領域中的應用非常廣泛，無機膜在食品領域的應用始于1980-1989年，大約有10"104m2的膜在食品、飲料中應用，其中12%為無機膜。無機膜在食品工業中的應用主要包括牛乳的加工、果汁澄清、調味品除菌除雜以及飲用水的凈化等，采用的多是無機微濾膜和超濾膜。微濾主要用于除菌、澄清等過濾。孔徑小于0.1!m的用于超精密過濾，孔徑0.2um~0.45um的用于除菌過濾，孔徑大于0.65um的用于澄清過濾。超濾主要用于蛋白質的分離精制、脫鹽與濃縮以及細菌等的去除。

1實驗材料

陶瓷膜裝置：由藍德膜分離技術工程有限公司提供；生啤酒：由江蘇食品職業技術學院啤酒實訓車間生產；精制木瓜蛋白酶：廣東江門食用生化廠，酶活力為250萬U/g。

2實驗方法

采用錯流過濾技術陶瓷膜無菌過濾的工藝流程：發酵-離心-預處理-錯流過濾-產品

2.1生啤酒的澄清實驗

2.1.1陶瓷膜孔徑的選擇

用陶瓷膜微濾生啤酒，要能濾去生啤酒中的酵母菌及可能存在的細菌等微生物和一些在冷卻時絮凝的膠體沉積物（主要是由蛋白質和多酚反應的生成物，還有重金屬、糊精、b-葡聚糖等），同時保證生啤酒中的蛋白質、糖類、風味及色素物質通過，以保證啤酒的質量。因為啤酒中的酵母菌等微生物及雜質的直徑大多在0.5um-5um的范圍內，因此，我們分別選定3種不同孔徑的陶瓷膜，對生啤酒進行過濾，結果見表1。

從表1可見，0.5um孔徑的陶瓷膜，對生啤酒中蛋白質和色素的截留率均很低，啤酒中的微生物數量亦符合要求，能達到除菌的目的。另外，0.5um孔徑的膜在過濾連續運行1h后，其過濾通量與1.6um孔徑的膜幾乎相同。經0.5um孔徑的膜過濾后的生啤酒，其理化指標見表2。

由表2可以看出，膜濾后生啤酒的色度、濁度稍有下降，雙乙酰下降幅度較大。啤酒中雙乙酰含量高時，有令人不愉快的餿飯味，2003年1月執行的國家優級淡色啤酒標準規定雙乙酰含量0.1mg/L。雙乙酰含量的降低，使生啤酒的口味更能滿足大眾的要求。

2.1.2主流體流動方式的比較

目前商品陶瓷膜的主要形式之一是管式膜。因為管式膜具有膜容易清洗和更換、原水流動狀態好、壓力損失較小、耐較高壓力，能處理含有懸浮物的、粘度高的或者能析出固體等易堵塞流水通道的溶液體系等優點。它適用于中小容量規模。缺點是裝置成本高；管口密封較困難；膜的堆積密度較小等。主流體流動方式主要有管外旋流、管外軸向流、管內旋流及管內軸向流4種。褚良銀等人，選擇孔徑為0.5"m陶瓷膜，在生啤酒膜濾過程壓力差為0.1MPa的條件下，進行了管式膜濾過程主流體流動方式的比較試驗，認為管外旋流在幾種主流體流動方式中效果，其對應過濾通量自始至終都，主要是因為在外旋流作用下，不僅膜面附近的剪切作用較強，而且顆粒所受離心力阻止顆粒向膜面遷移，于是降低了膜濾過程中的濃差極化和膜污染。因此，為了獲得最理想的效果，膜器結構設計時應將主流體設計為外旋流方式。

2.2酵母回收和罐底沉積物中啤酒的回收

酵母回收通常通過離心分離完成，但采用無機膜過濾技術更具有潛力。

罐底沉積物中回收啤酒是無機膜在啤酒行業中應用的潛在領域，該沉積物是指啤酒中被絮凝的液體提取物，含有懸浮固體、膠原微粒、酵母等。傳統的處理方法包括真空過濾、壓濾及離心分離法。膜過濾罐底沉積物回收啤酒通常是在酵母菌發酵工序之后，回收的澄清啤酒可達整個啤酒產量的5%，截留物中含有濃縮了的酵母油脂。采用膜過濾技術可以節省大量的硅藻土，減少廢物排放，有利于環境保護。

2.2.1溫度對膜濾的影響

選擇0.5um孔徑的陶瓷膜，在平均壓差恒為0.3MPa的條件下，對無機陶瓷膜在不同溫度下過濾生啤酒進行了實驗，結果見表3。

從表3可以看出，選擇0℃~4℃進行無機膜過濾，對生啤酒的顏色、透明度、泡沫、香氣、口味均無影響，效果較好，截留物濃度可達24%。

2.2.2無機陶瓷膜處理酵母和罐底沉積物的通量變化

當溫度0℃~5℃，孔經0.5um，流速3m/s，過濾壓力0.3MPa時，陶瓷膜處理酵母和罐底沉淀物的通量變化見附圖。

從附圖可以看出，過濾10h后，通量基本上穩定在20L/（m2·h）左右，但通量偏低，主要是由于膜的堵塞及污染造成。

2.2.3生啤酒膜濾時澄清劑的影響

木瓜蛋白酶可以分解蛋白質，從而提高啤酒的穩定性。木瓜蛋白酶在后酵之后添加。取2份啤酒在0℃~4℃進行膜濾試驗，其中1份加了木瓜蛋白酶，添加量為：每kL啤酒中加精制木瓜蛋白酶2g~5g，另1份不加，結果見表4。

低溫下，陶瓷膜微濾罐底沉積物的一個主要問題是澄清劑在膜表面的吸附，從而導致膜污染，由于澄清劑的存在使截留液中固體含量不能達到較高濃度，因此，微濾通常是在一些不含澄清劑的體系中進行，這樣可以獲得較高的固體含量（質量分數為24%），能從罐底萃取物中回收較多的啤酒。

3結論

選擇0.5um孔徑的陶瓷膜對生啤酒進行過濾，對啤酒中蛋白質和色素的截留率均很低，啤酒中的微生物數量亦符合要求，能達到除菌的目的，理化指標較為理想，尤其是雙乙酰含量的降低，使得生啤酒的口味更能滿足大眾的要求。采用管式膜作為膜組件的形式，主流體流動方式以管外旋流較為理想。采用無機陶瓷膜處理酵母和罐底沉積物，溫度以0℃~4℃為佳。對罐底沉積物中的啤酒進行膜濾回收時，在不含澄清劑體系中的效果明顯優于含有澄清劑的體系。

4討論

將Bactocatch過程應用于生啤酒膜濾中，進一步提高膜的過濾通量。該過程特點是：沿膜元件長度方向操作，壓差恒定，濃差極化減少，膜的清洗周期明顯延長，總滲透通量提高。這一技術首先用于牛奶和乳制品的過濾。啤酒澄清或從罐底沉積物中回收啤酒可以采用單