趙旭冬，曹曉念，2，馮華芳，劉青青，萬(wàn) 永，蘭 余，沈才洪，2，張學(xué)平

（1.瀘州老窖股份有限公司，四川瀘州 646000；2.國(guó)家固態(tài)釀造工程技術(shù)研究中心，四川瀘州 646000）

隨著當(dāng)前消費(fèi)日趨健康化，保健酒及露酒的市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，其產(chǎn)品品種多，原輔料來(lái)源廣泛，生產(chǎn)方式多樣，浸提、滲漉等生產(chǎn)方式均會(huì)產(chǎn)生大量的殘余酒，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)殘余酒回收的研究主要是關(guān)于中藥乙醇提取后殘留乙醇等的回收，對(duì)以各型蒸餾酒為酒基調(diào)配而成的養(yǎng)生酒，其殘余酒回收利用還沒(méi)有相關(guān)研究，公司當(dāng)前主要采用（甑桶）蒸餾方式進(jìn)行回收，因甑桶蒸餾是一種應(yīng)用廣泛的蒸餾方式，具有設(shè)備投入低，工藝簡(jiǎn)單，工人易于操作等優(yōu)點(diǎn)，但同樣面臨回收率較低，回收質(zhì)量不高的問(wèn)題。綠色（清潔）生產(chǎn)是以節(jié)能、降耗、減污為目標(biāo)，以管理和技術(shù)等手段實(shí)施生產(chǎn)全過(guò)程污染控制，使污染物的產(chǎn)生最少化的一種綜合措施，踐行綠色生產(chǎn)理念，是實(shí)現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然要求，因此通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新、工藝優(yōu)化等舉措，提高殘余酒回收質(zhì)效具有重要的意義：一方面可充分利用資源，提高經(jīng)濟(jì)效益，另一方面消除潛在的環(huán)境污染，減少后續(xù)環(huán)保處理壓力，具有重要的環(huán)境和社會(huì)效益。

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于母液提取后殘?jiān)褐幸掖蓟厥盏募夹g(shù)研究，如張紅等[1]采用普通精餾與共沸精餾相結(jié)合的方法從蕎麥黃酮提取乙醇廢液中將乙醇進(jìn)行提純回收；黃振江等[2]運(yùn)用多功能提取罐回收藥渣中殘留的乙醇，通過(guò)在提取罐內(nèi)部通入飽和蒸汽，將殘留乙醇蒸發(fā)為氣態(tài)后冷凝回收，節(jié)約了能源，提高乙醇回收率。

閉環(huán)式低溫蒸餾工藝是一種新型、可實(shí)現(xiàn)能量的高效利用的設(shè)備，借鑒制冷原理，載能介質(zhì)在封閉循環(huán)下完成氣態(tài)→液態(tài)→氣態(tài)的不斷循環(huán)往復(fù)，介質(zhì)在相態(tài)變化過(guò)程中實(shí)現(xiàn)放熱、吸熱。其中，釋放的熱能用于料液升溫蒸發(fā)，吸收的熱能來(lái)自于料液蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸發(fā)的冷凝熱。通過(guò)對(duì)能源的冷熱雙側(cè)利用，實(shí)現(xiàn)料液濃縮、溶劑蒸發(fā)和回收，應(yīng)用于易燃易爆類、有機(jī)溶劑如乙醇、甲醇、乙酸乙酯等溶液的蒸發(fā)濃縮及回收，也可用于水溶液的蒸發(fā)濃縮。

有機(jī)物優(yōu)先透過(guò)膜過(guò)濾是一種新型的滲透除雜工藝，可優(yōu)先透過(guò)己酸乙酯等醇溶性組分和乙醇，滲透液被凈化，其他雜質(zhì)被截留。設(shè)備原理即將殘余酒打入原料罐，預(yù)熱裝置對(duì)原料預(yù)熱，達(dá)到預(yù)定溫度后以液態(tài)形式進(jìn)入膜上游側(cè)，膜下游側(cè)用抽真空加冷凝方式在膜的上下游形成組分的蒸汽分壓差，原料中的有效成分經(jīng)膜滲透至下游側(cè)。在真空條件下汽化，滲透蒸汽在真空機(jī)組抽吸下進(jìn)入冷凝器。冷凝后以凈化酒進(jìn)入產(chǎn)品收集罐，膜上游側(cè)被截留的滲余液通過(guò)換熱器降溫后進(jìn)入滲余液儲(chǔ)罐[3]。

超重力精餾是一種新型高效的精餾設(shè)備（常壓），傳統(tǒng)蒸餾塔的替代者，采用超重力精餾原理進(jìn)行配置，其原理是采用離心力把液體打散后跟氣體接觸，液相經(jīng)歷了多次分散—聚集的過(guò)程，形成了比表面極大而又不斷更新的氣液界面，提高氣液相間接觸比，比液體直接跟其他接觸更加充分。超重力精餾技術(shù)廣泛應(yīng)用于乙醇、甲醇、丙酮、乙酸乙酯等有機(jī)溶劑的回收及產(chǎn)品分離提純，在原料藥、醫(yī)藥中間體、精細(xì)化工、制酒等行業(yè)中廣泛應(yīng)用。

本研究旨在以殘余酒為研究對(duì)象比較以上幾種酒液回收裝置的回收效果，以期為行業(yè)余酒回收工藝選擇提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、儀器

酒樣：殘余酒（酒精度41 %vol，20 ℃標(biāo)準(zhǔn)條件，瀘州老窖養(yǎng)生酒業(yè)有限責(zé)任公司）。

儀器設(shè)備：甑桶（不銹鋼活動(dòng)甑桶，容量約2.0 m3,非標(biāo)設(shè)備,包括鍋爐等附屬設(shè)施）；閉環(huán)蒸餾設(shè)備,型號(hào)HCBSE-500（蒸發(fā)量500 L/h）浙江蘭旺節(jié)能科技公司；有機(jī)物優(yōu)先透過(guò)膜設(shè)備，型號(hào)JS-LSU-M3，南京九思公司；超重力（撬裝式）精餾機(jī)450 型，處理能力450 kg/h，浙江新創(chuàng)興公司。

1.2 工藝方案

根據(jù)物料特性和設(shè)備特點(diǎn)，影響酒體蒸餾的主要控制條件為蒸發(fā)溫度，設(shè)定相應(yīng)參數(shù)后開(kāi)展各工藝實(shí)驗(yàn)。

1.2.1 甑桶蒸餾

采用甑桶進(jìn)行殘余酒蒸餾，殘余酒計(jì)量后投料，每批次450 kg（41.0%vol），開(kāi)展3 批次實(shí)驗(yàn)，升溫30 min 出酒后開(kāi)始收酒，后期無(wú)酒花時(shí)停止收集，蒸餾樣收集完畢后，計(jì)重、測(cè)酒精度，計(jì)算回收率、理化指標(biāo)檢測(cè)。

1.2.2 超重力精餾

設(shè)定蒸發(fā)溫度為釜溫（95～115 ℃），頂溫（80～90 ℃），啟動(dòng)蒸汽裝置和精餾設(shè)備，殘余酒計(jì)量后投料，加熱逐漸升溫至設(shè)定溫度，開(kāi)冷凝水，蒸餾出酒后收集蒸餾液，殘液中無(wú)酒時(shí)停止收集，蒸餾酒計(jì)重、測(cè)酒精度，計(jì)算回收率，進(jìn)行理化和感官評(píng)估等。

1.2.3 閉環(huán)式蒸餾

物料按照45～50 ℃、50～55 ℃、55～60 ℃不同蒸發(fā)溫度分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，殘液盡量蒸發(fā)濃縮到酒精含量最低。所得物料分別進(jìn)行計(jì)量，測(cè)酒精度，計(jì)算回收率、理化和感官評(píng)估等。

1.2.4 膜過(guò)濾（有機(jī)物優(yōu)先透過(guò)膜）工藝

（1）過(guò)濾溫度選擇。根據(jù)有機(jī)物優(yōu)先透過(guò)膜應(yīng)用于酒體過(guò)濾的相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析，影響產(chǎn)物質(zhì)量和過(guò)濾速率的主要因素為溫度[3]。合適溫度利于香味組分透過(guò)，可截留影響口感和穩(wěn)定性的高沸點(diǎn)物質(zhì)（高級(jí)脂肪酸酯、雜醇油等），溫度低，則香味雜，過(guò)濾速度慢，溫度過(guò)高，則酒體有焦糊味。合適的溫度范圍為25～55 ℃，故本實(shí)驗(yàn)設(shè)定溫度條件分別為25～35 ℃、35～45 ℃、45～55 ℃，分析不同溫度下滲透液品質(zhì)變化，確定合適的過(guò)濾溫度。

（2）效果評(píng)估。最佳溫度工藝條件下，開(kāi)展3批次實(shí)驗(yàn)，收集蒸餾樣，測(cè)酒精度，計(jì)算回收率、理化和感官評(píng)估等。

1.2.5 質(zhì)量指標(biāo)

（1）感官指標(biāo)。處理后酒體感官評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)為澄清度、色澤、香氣、口感和異雜味5 項(xiàng)，由酒體評(píng)判小組根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)估和排序。

（2）理化指標(biāo)檢測(cè)。各工藝處理后酒液檢測(cè)采用國(guó)標(biāo)進(jìn)行，GB 2757—2012《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)蒸餾酒及其配制酒》、GB/T 10345—2007《白酒分析方法》、GB/T 9722—2006《化學(xué)試劑氣相色譜法通則》、GB/T 5009.48—2003《蒸餾酒及配制酒衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的分析方法》。

2 結(jié)果與分析

2.1 各工藝?yán)砘Y(jié)果及分析

甑桶實(shí)驗(yàn)（對(duì)照實(shí)驗(yàn)）開(kāi)展3 批次，物料量450 kg/批，蒸 汽 溫 度100～120 ℃,蒸 餾 時(shí) 間80～100 min，約30 min 后出酒，后期無(wú)酒花時(shí)停止收集，所得蒸餾酒平均酒度63.9%vol，酒體平均回收率約58.3%（見(jiàn)表1）。

表1 甑桶蒸餾實(shí)驗(yàn)結(jié)果

感官質(zhì)量、能耗、回收率綜合對(duì)比見(jiàn)下文（表5、表6、圖1—圖4）。

2.2 超重力精餾實(shí)驗(yàn)

根據(jù)物料特性和設(shè)備工藝條件，影響蒸餾的主要控制條件為蒸發(fā)溫度，控制釜溫（95～115 ℃），頂溫（80～90 ℃），殘余酒經(jīng)過(guò)超重力精餾后，精餾液度數(shù)達(dá)到90 %vol 以上，回收率92.0 %以上，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 超重力精餾實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.3 膜過(guò)濾工藝（有機(jī)物優(yōu)先透過(guò)膜）

溫度對(duì)有機(jī)物優(yōu)先透過(guò)膜過(guò)濾速度和質(zhì)量有重要影響，合適溫度利于保證酒體質(zhì)量（口感）和過(guò)濾速度。根據(jù)方案設(shè)定實(shí)驗(yàn)溫度分別為25～35 ℃、35～45 ℃、45～55 ℃，不同溫度下過(guò)濾酒樣感官見(jiàn)表3。

表3 過(guò)濾樣感官和生成速度(不同溫度)

2 號(hào)過(guò)濾樣感官較好，主要原因是溫度過(guò)高或過(guò)低都影響酒質(zhì)，溫度低，不利于醇、醛、酯類等滲透，微量成分比例改變，酒體香氣異常、醇香欠缺；溫度過(guò)高，導(dǎo)致膜通量增大，乳酸乙酯、部分雜味組分透過(guò)較多，出現(xiàn)香氣不自然、澀口、烘焙味等現(xiàn)象；根據(jù)產(chǎn)物生產(chǎn)速度（3 號(hào)＞2 號(hào)＞1 號(hào)），溫度高生成速率快，故確定合適的過(guò)濾溫度為35～45 ℃，可保證過(guò)濾速度和質(zhì)量，根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)確定的溫度條件，開(kāi)展3個(gè)批次的膜過(guò)濾實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。

上述工藝條件下，殘余酒通過(guò)膜過(guò)濾設(shè)備回收酒體，回收率平均可達(dá)85.0 %左右，感官質(zhì)量、能耗、回收率等對(duì)比見(jiàn)下文（表5、表6、圖1—圖4）。

表4 膜過(guò)濾實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表5 各工藝(綜合樣)感官鑒定

表6 各工藝（綜合樣）理化指標(biāo) (g/L)

表7 閉環(huán)蒸餾結(jié)果

圖1 各工藝?yán)砘笜?biāo)對(duì)比（g/L，折合41.0%vol）

2.4 閉環(huán)式蒸餾工藝實(shí)驗(yàn)

按照3 種蒸發(fā)溫度進(jìn)行蒸發(fā)濃縮實(shí)驗(yàn)，每批蒸發(fā)濃縮時(shí)長(zhǎng)約0.5 h，結(jié)果見(jiàn)表7。

結(jié)果分析：（1）殘余酒采用閉環(huán)設(shè)備蒸餾工藝，各個(gè)不同蒸發(fā)溫度下，酒體平均回收率可達(dá)到91.7%以上（見(jiàn)圖3）；（2）理化指標(biāo)進(jìn)行分析，采用蒸發(fā)溫度50～55 ℃低溫蒸餾，（綜2 樣）酒體理化指標(biāo)總酯、己酸乙酯含量較高，酸酯等骨架成分回收較高；蒸發(fā)后殘液進(jìn)行理化檢測(cè)，除乳酸乙酯外，其他酯類幾乎為0，回收比較完全；（3）安全指標(biāo)結(jié)果：樣品安全指標(biāo)檢測(cè)合格，甲醇含量小于0.116 g/L、氰化物未檢出(以HCN 計(jì),mg/L），鉛含量小于0.04（以Pb 計(jì)算，mg/kg）。

圖2 各工藝總酯回收率（%）

2.5 各工藝結(jié)果對(duì)比

感官質(zhì)量排序：閉環(huán)蒸餾工藝樣＞膜過(guò)濾工藝樣＞超重力精餾工藝樣＞甑桶蒸餾樣。

3 結(jié)論

圖3 各工藝酒體回收率

圖4 各工藝能耗對(duì)比

本研究通過(guò)比較減壓蒸餾（閉環(huán)蒸餾工藝）、常壓蒸餾（甑桶蒸餾和超重力精餾工藝）、膜過(guò)濾（有機(jī)物優(yōu)先透過(guò)膜）等多種酒體回收工藝，對(duì)比回收質(zhì)效，即以質(zhì)量（感官和理化、衛(wèi)生指標(biāo)）和效能（能耗和酒體回收率）為對(duì)比指標(biāo)，結(jié)論如下：

（1）各工藝處理酒體質(zhì)量：通過(guò)感官判定，處理效果較好為閉環(huán)式蒸餾和膜過(guò)濾工藝處理樣，酒體異雜味程度輕微，可部分替代基酒使用；且閉環(huán)蒸餾樣品理化指標(biāo)較高（總酯含量高，回收率高）；安全指標(biāo)甲醇、鉛、氰化物等符合安全標(biāo)準(zhǔn)。

（2）各工藝效能（能耗和回收率）：閉環(huán)式蒸餾工藝酒體平均回收率達(dá)91.7%以上（大批量處理回收率可達(dá)95.0 %以上）；且閉環(huán)蒸餾工藝能耗僅70kW·h/t，遠(yuǎn)低于其他各種工藝，節(jié)能降耗效果明顯(見(jiàn)圖3、圖4)。

（3）各種工藝進(jìn)行綜合對(duì)比，最優(yōu)工藝為：閉環(huán)式蒸餾工藝，采用50～55 ℃進(jìn)行低溫減壓蒸餾，酒體感官質(zhì)量有較大改善（等級(jí)提升），能耗僅約70kW·h/t，平均回收率達(dá)91.7 %以上（大批量處理可達(dá)95%），本工藝可使殘余酒回收質(zhì)效有較大提升，能盤活公司資源，加快殘余酒消化，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。