專利名稱：一種反滲透生產無醇啤酒的方法
技術領域：
一種反滲透生產無醇啤酒的方法，涉及反滲透技術在啤酒行業的應用。
背景技術：
我國GB4927-2001《啤酒》中規定酒精度為0.6％-2.5％(v/v)的啤酒為“低醇啤酒”，而對無醇啤酒沒有定義。我國啤酒行業一般沿用歐美各國對無醇啤酒(non-alcoholic beer，alcohol free beer)的定義，即酒精度＜0.5％(v/v)的啤酒稱其為無醇啤酒。
“看起來像啤酒、聞起來像啤酒，喝起來像啤酒”的無醇及低醇啤酒，除含酒精量較低外，仍具有普通啤酒的色、香、味，正符合酒類向低度化發展和飲料向保健型發展的潮流。早在上世紀80年代末90年代初，歐美一些主要的啤酒公司已將此列為啤酒釀造行業的發展方向。
無醇啤酒的生產歷史已有40多年，主要生產國有瑞土、德國、荷蘭、芬蘭、美國、丹麥、挪威等。我國生產無醇啤酒有十多年的歷史，但發展非常緩慢，主要原因是消費水平、消費意識尚未達到；與傳統啤酒口感、風味差距較大，消費者不易接受；設備投資大，生產成本高，企業效益不明顯。
但是近年來隨著中國經濟的飛速發展，消費者觀念的改變和中國啤酒企業實力的壯大，無醇啤酒的市場潛力和發展空間將會越來越大，主要有以下幾方面的原因。
1.人們對健康日益重視，加上人口的老齡化趨勢，人類的健康問題已成為社會熱點。在醫學上已經有很多證據證實酒精可以使記憶力下降；過量酒精的攝入與肝臟及心腦血管疾病有著密切的關系。無醇啤酒的熱量僅為普通啤酒的1/2，而與普通碳酸飲料相比，又具有較高的營養價值，含有人體所需多種氨基酸和多種微量元素，低熱量、助消化，符合健康消費趨勢的需求。
2.酒后駕車引發的交通事故甚至危及到生命安全。2002年6月日本道路交通法做出調整，加重了對酒后駕駛的處罰，一時間引發了無醇啤酒市場的火爆。中國隨著家用汽車數量的迅速增長，對酒后駕車的處罰條例也作了更為嚴厲的調整，這必將引起人們對無醇啤酒的興趣。
3.現代人崇尚的生活方式，越來越向自然、個性化的方向發展。人們尋求多樣、新奇、優質、高營養飲食品的出現。2004年，全國啤酒總產量為2910萬千升，比上年同期增長了15％。而產量的90％左右是淺色普通啤酒，產品結構單一，難以滿足日益豐富的市場需求。無醇啤酒因其酒精含量低，所以非常適于社交場合飲用，也適于一些不宜飲酒的人群，如女士、運動員、酒精過敏者等消費人群。由于民族習慣，如伊斯蘭教對酒精的禁戒不能飲酒，無醇啤酒可以提供機會使更多的人品嘗到啤酒的風味。
近年來無醇啤酒在國外已經有了很大的發展，年均增長率在30％以上，無醇啤酒的消費量已占到啤酒總量的20％左右。2003年2月，日本啤酒業界四巨頭均推出了相關產品，整個2003年日本無醇啤酒的市場規模估計在120～130萬箱，為上一年的2到5倍。
中國第二大啤酒集團——燕京啤酒集團，為不宜飲酒、不勝酒力的人群和2008年奧運會而研制開發的新產品——燕京無醇啤酒，在2003年進入全面推廣期，標志著無醇啤酒在中國的流行也已經初露端倪。
無醇啤酒的生產有兩大類方法限制發酵中酒精的形成和脫醇法。
山東輕工業學院曾對無醇啤酒的制備做過一些研究，利用微型啤酒生產線，采用高溫糖化、高濃發酵稀釋后熟工藝和控制發酵的方法釀制無醇啤酒。該方法得到的無醇啤酒雖然酒精度低于0.5％(v/v)，但在醇厚感、風味、香味以及爽口感方面和普通啤酒相比仍有相當大的差距。珠江啤酒集團公司研究所采用珠研1@啤酒酵母菌，根據麥汁的濃度、pH、接種量及溫度四個因素，設計正交試驗對無酵啤酒的發酵工藝進行優選，找出了較佳發酵工藝條件。在此基礎上，運用跳躍式糖化法延長發酵周期和選用產風味物質高的啤酒酵母及用煮沸工藝的變化改善麥汁組分等工藝措施對進一步提高無醇啤酒風味物質的工藝進行了探討和初步研究。其中采用煮沸工藝的變化，改善麥汁組分的工藝能較有效地提高無酵啤酒的風味物質，但酒精和雙乙酰二個指標均難控制在合格的范圍內。2004年，三得利啤酒集團采用日本無醇啤酒生產工藝，推出了在中國市場上的無醇啤酒品牌“舞醇”。但是該類方法生產的啤酒得不到消費者的認可。
脫醇法在國內主要是蒸餾技術。山東華中琥珀啤酒有限公司，投資800萬元，利用德國無醇啤酒生產設備，控制好蒸發強度、流量及其它工藝參數，以減壓蒸餾法將啤酒中乙醇蒸發掉，補加適量水，回添風味物質，補充CO2，制備出和原酒風味較一致的含微量酒精的啤酒。2003年燕京啤酒集團首期投資2000多萬元生產的無醇啤酒進入全面推廣期。但是蒸餾法生產的無醇啤酒具有明顯的蒸煮味，也不能被消費者廣泛接受。
采用反滲透法對普通啤酒進行脫醇，其生產工藝是可行的。啤酒企業現有的生產設備都可以使用，生產工藝不需要改變，只需在工藝末端添加反滲透操作單元就可以得到酒精度大大減少，而風味與原酒一致的無醇或低醇啤酒；投資、運行成本適中，容易為酒類生產企業接受，有很好的產業化前景。
采用反滲透方法生產無醇啤酒尚未見文獻報道。

發明內容
本發明的目的是提供一種反滲透生產無醇啤酒的方法，要求制得的無醇啤酒理化指標和穩定性都符合要求，同時能夠保留原啤酒的各種風味物質，酒體豐滿，口感淡爽，符合了現代消費者的需求。具有潛在的經濟效益和社會效益。
本發明的技術方案反滲透生產無醇啤酒的原理就是啤酒在高壓下通過半透膜進行高壓過濾。水和酒精克服自然滲透壓穿過薄膜，而大分子物質則被截留。它主要的傳質動力是壓力差。
根據反滲透的基本公式溶劑的遷移 Qw＝Kw(Δp-ΔЛ)A/τQw——通過膜的溶劑流量Kw——溶劑的膜透過系數Δp——膜兩側的溶劑壓差ΔЛ——膜兩側溶液的滲透壓差A——膜表面積τ——膜厚度溶質的遷移 Qs＝Ks(Δc)A/τQs——通過膜的溶質的流量Ks——溶質的膜透過系數Δc——膜兩側溶質濃度差A——膜表面積τ——膜厚度可以看到增大膜兩側的壓力差會使每單位膜面積的水流量提高，雖然溶質通過膜的遷移(Qs)不受壓力的影響，但對于乙醇和一些分子量和水分子處于同一數量級的風味物質，既可以把它們視為溶劑也可以視為溶質，所以它們的遷移量也會隨著壓力差的增大而增加。壓力升高，使乙醇的透過率增大，但同時小分子風味物質的透過率也增大，造成風味損失。因此，本方法要求較高的反滲透操作壓力。
本發明采用將啤酒清酒通過高壓泵打入反滲透裝置，控制透過液流速與補加脫氧水的流速相等，濃縮液仍流回進料罐中進行循環脫醇，直至酒液的酒精度低于0.5％(v/v)，酒精度可降低約85％～98％。控制反滲透的透過液為反滲透料液4～5倍的體積比，反滲透系統的操作壓力控制為1.8～2.5MPa，溫度控制為4～12℃。
本發明所用反滲透膜為能夠較好進行醇水分離的醋酸纖維素-鈦復合膜，性能參數為溫度0～60℃，反滲透壓0～6MPa，pH值適用范圍2～11，膜通率110L.m-2.h-1，最低脫鹽率為99.5％，回收率為15％。
本發明的有益效果本發明生產的無醇啤酒具有許多優點1.采用對酒精有很強脫去能力的膜對啤酒進行后處理，不改變原啤酒生產工藝，操作方便；2.生產的啤酒酒精度低于0.5％(v/v)，符合無醇啤酒的條件，其他各項指標基本不變，均能達到國家標準要求；3.酒度由3.5％(v/v)降至＜0.5％(v/v)后，仍能保持原有啤酒風味，啤酒的穩定性未受到影響，可作為高檔啤酒推出。
采用反滲透法生產無醇啤酒，在理論上和實踐上都有較強的可操作性。與蒸餾法及其他方法相比，它只需在正常生產環節的最后添加一些均相物系分離的單元操作，不需要改變啤酒的其他生產工藝，簡化操作，設備投資費用還比較低，更為重要的是，所制得的無醇啤酒保證了其理化指標和穩定性，同時保留了原啤酒的各種風味物質，酒體豐滿，口感淡爽，符合了現代消費者的需求。具有潛在的經濟效益和社會效益。


圖1反滲透生產無醇啤酒流程示意圖。
具體實施例方式
按附圖所示工藝進行了反滲透法生產無醇啤酒的中試。在進料罐中放入100L清酒，由高壓泵打入反滲透膜系統進行脫醇，控制補加脫氧水的流速與透過液的流速相等，濃縮液仍流回進料罐進行循環脫醇，直至酒精度低于0.5％(v/v)。操作壓力1.8-2.5Mpa，操作溫度4-12℃，反滲透時先滲透16min(透過液和濃縮液均回流入進料罐)，使膜的滲透性能達到穩定。對原酒和脫醇后得到的無醇啤酒的各項指標進行了分析和比較。
1.脫醇前后酒的理化指標分析及感官評價表1脫醇前后理化指標的分析

由表1可以看到，從各項理化指標的一般分析來看，經過反滲透，酒精度下降89％的同時，反映啤酒中總浸出物的真濃幾乎不變，由此可以初步判斷反滲透膜對乙醇的透過率比啤酒中的其他物質大得多，用反滲透的工藝來制備無醇啤酒是可行的。除濁度外，其他理化指標的變化在10％以內。
表2脫醇前后的感官評價

由表2可以看到，從脫醇前后的感官評價來看，脫醇酒仍具有較明顯的酒花香氣和酒花苦味，也保留了原酒的風味特征。殺口力一般一方面是由于系統的非密閉性使一部分的CO2逸出，另一方面也是由于大部分的酒精的除去。從總體上來說脫醇酒的口味偏淡薄，但克服了蒸餾法脫醇后造成的蒸煮味。
2.脫醇前后對啤酒揮發性風味物質的分析啤酒中的的揮發性風味物質包括醇類、酯類、酸類、醛類、硫化物等，其中最主要的是醇類和酯類。用GC-MS對脫醇前后的揮發性醇、酯物質進行分析和比較，結果如表3所示。
啤酒的風味不僅與風味物質的絕對含量有關，還與該物質的風味閾值相關。
風味強度(Fu)是表征某種物質對風味的貢獻程度的大小，由下式表示風味強度(Fu)＝風味物質濃度/風味閾值如果某物質Fu值＞1.0，表示風味顯著；Fu值在0.5-1.0，表示有風味；Fu值＜0.5，表示風味不顯著。各揮發性醇、酯類物質的風味強度分析及對比如表4所示。
風味強度值結合風味物質的協同作用理論，可以比較不同啤酒的風味差別，以區分其風味特征，風味差別度的評價方式如表5。由此可以定量地比較原酒和脫醇酒的風味差別，結果如表6所示。
表3揮發性風味化合物的分析對比

表4脫醇前后風味強度的分析對比


表5風味差別度的評價方式

表6脫醇前后風味差別分析

脫醇后各類揮發性風味物質有不同程度的減少，除乙醇減少了98.9％以外，乙酸異戊酯和丙醇減少得比較多，分別減少了61.7％和53.2％。原酒中乙醇、乙酸異戊酯、己酸乙酯的Fu＞1.0，即這幾種物質在原酒中的風味明顯；脫醇酒中乙醇的Fu＜0.5，乙酸異戊酯的Fu＜1.0，風味顯著性明顯下降，而己酸乙酯的Fu值仍＞1.0。脫醇酒的醇酯比(不含乙醇)也較原酒減小了7％，說明在脫醇過程中，醇類損失較多。當啤酒中的醇酯比為3～4∶1時，風味適中，采用反滲透脫醇造成醇酯比下降，可能使啤酒中的酯味突出。
從風味差別分析可知，與原酒相比，脫醇酒中各揮發性風味物質的風味強度基本上相差不大，即反滲透法脫醇造成的風味損失是很小的。然而乙醇本身作為一種風味顯著的物質，在脫醇過程中被大量除去，所造成的風味損失又是不可避免的。
3.反滲透脫醇對啤酒非揮發性風味物質的影響啤酒中的糖類和氨基酸類既是啤酒的營養成分也是啤酒的風味物質，它們與其他風味物質一起共同賦予啤酒特有的風味。脫醇前后糖類及氨基酸的分析和比較見表7、表8。
表7脫醇前后低聚糖的分析(g/L)

表8脫醇前后氨基酸的分析(mg/L)

由表7，與原酒相比，脫醇酒的低聚糖含量有微量減少，減少量在3％以內，因此可以認為脫醇不影響啤酒中的低聚糖，因而也不會影響低聚糖與其他風味物質的協同效應。
氨基酸是啤酒重要的營養物質，由表8，可以看到脫醇以后的無醇啤酒仍含有原酒中的多種氨基酸，但氨基酸總量下降了9.9％。我們還可以看到，各種氨基酸量的下降率并不和它們的分子量成正比，特別是亮氨酸(leu)和異亮氨酸(ile)，它們的分子量相同，但下降率一個是2.5％，一個是55.1％，相差懸殊。由此可見，反滲透膜并不象超濾膜那樣完全按照溶質的分子量和分子大小來截留物質的，在反滲透過程中，溶質、溶劑和膜材質發生交互作用，各種物質的透過率不僅與分子大小有關，還與分子結構、分子極性等有關。
啤酒中的無機離子主要是由釀造水及麥芽帶入的，雖然從總體上來說，它們的含量較低，但是對啤酒的風味及其協調性也產生重要的影響。啤酒中的Ca2+、Mg2+、K+、Na+等離子都以一個較佳的濃度及配比存在著，這樣才能賦予啤酒柔和、爽正的口感與風味。至于Fe2+、Cu2、Mn2+都屬于對啤酒質量與風味有不良影響的金屬離子，其濃度應越低越好。脫醇前后金屬離子的分析比較見表9。幾種金屬離子的下降率在5％左右。
表9脫醇前后金屬元素的分析(μg/g)

4.反滲透脫醇對啤酒醇厚性的影響總蛋白質、多酚、葡聚糖的含量是區分濃醇型和淡爽型啤酒的主要指標，這三種物質含量高時，啤酒口味醇厚。反滲透過程中，大部分的乙醇被脫除，同時還補加了大量的脫氧水，易使啤酒口味偏淡薄，在感官評價中也證實了這一點。因此對脫醇前后酒中這三種物質的含量進行了分析，結果如表10所示。
表10影響啤酒醇厚性的各項成分分析(mg/L)


由表10我們可以看到反映啤酒醇厚性的總蛋白質、多酚、葡聚糖三項指標經脫醇后確有下降，但下降百分比僅在3.3％以內，因此在酒體的厚度及粘稠度上，脫醇酒與原酒是相當的，造成脫醇酒偏淡薄的原因還是由于乙醇的大量脫除，使醇味顯著損失。
權利要求
1.一種反滲透生產無醇啤酒的方法，其特征是將啤酒清酒通過高壓泵打入反滲透裝置，控制透過液流速與補加脫氧水的流速相等，濃縮液仍流回入進料罐中進行循環脫醇，直至酒液的酒精度低于0.5％，控制反滲透的透過液為反滲透料液4～5倍的體積比，反滲透系統的操作壓力控制為1.8～2.5MPa，溫度控制為4～12℃。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征是所用反滲透裝置反滲透膜采用醋酸纖維素—鈦復合膜，性能參數溫度為0～60℃，反滲透壓為0～6MPa，pH值適用范圍為2～11，膜通率為110L.m-2.h-1，脫鹽率為99.5％，回收率為15％。
全文摘要
一種反滲透生產無醇啤酒的方法，涉及反滲透技術在啤酒行業的應用。本發明采用將啤酒清酒通過高壓泵打入反滲透裝置，控制透過液流速與補加脫氧水的流速相等，濃縮液仍流回進料罐中進行循環脫醇，直至酒液的酒精度低于0.5％(v/v)，控制反滲透的透過液為反滲透料液4～5倍的體積比，反滲透系統的操作壓力控制為1.8～2.5MPa，溫度控制為4～12℃。采用反滲透法制備無醇啤酒，酒精度可降低約85％以上，不需要改變啤酒的其他生產工藝。所制得的無醇啤酒能夠保留原啤酒的各種風味物質，酒體豐滿，口感淡爽，符合了現代消費者的需求，具有潛在的經濟效益和社會效益。
文檔編號C12H3/00GK1721520SQ20051004048
公開日2006年1月18日 申請日期2005年6月8日 優先權日2005年6月8日
發明者陸健, 馮凌蕾, 顧國賢, 姚克明 申請人:江南大學