专利名称：一种反渗透生产无醇啤酒的方法
技术领域：
一种反渗透生产无醇啤酒的方法，涉及反渗透技术在啤酒行业的应用。
背景技术：
我国GB4927-2001《啤酒》中规定酒精度为0.6％-2.5％(v/v)的啤酒为“低醇啤酒”，而对无醇啤酒没有定义。我国啤酒行业一般沿用欧美各国对无醇啤酒(non-alcoholic beer，alcohol free beer)的定义，即酒精度＜0.5％(v/v)的啤酒称其为无醇啤酒。
“看起来像啤酒、闻起来像啤酒，喝起来像啤酒”的无醇及低醇啤酒，除含酒精量较低外，仍具有普通啤酒的色、香、味，正符合酒类向低度化发展和饮料向保健型发展的潮流。早在上世纪80年代末90年代初，欧美一些主要的啤酒公司已将此列为啤酒酿造行业的发展方向。
无醇啤酒的生产历史已有40多年，主要生产国有瑞土、德国、荷兰、芬兰、美国、丹麦、挪威等。我国生产无醇啤酒有十多年的历史，但发展非常缓慢，主要原因是消费水平、消费意识尚未达到；与传统啤酒口感、风味差距较大，消费者不易接受；设备投资大，生产成本高，企业效益不明显。
但是近年来随着中国经济的飞速发展，消费者观念的改变和中国啤酒企业实力的壮大，无醇啤酒的市场潜力和发展空间将会越来越大，主要有以下几方面的原因。
1.人们对健康日益重视，加上人口的老龄化趋势，人类的健康问题已成为社会热点。在医学上已经有很多证据证实酒精可以使记忆力下降；过量酒精的摄入与肝脏及心脑血管疾病有着密切的关系。无醇啤酒的热量仅为普通啤酒的1/2，而与普通碳酸饮料相比，又具有较高的营养价值，含有人体所需多种氨基酸和多种微量元素，低热量、助消化，符合健康消费趋势的需求。
2.酒后驾车引发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调整，加重了对酒后驾驶的处罚，一时间引发了无醇啤酒市场的火爆。中国随着家用汽车数量的迅速增长，对酒后驾车的处罚条例也作了更为严厉的调整，这必将引起人们对无醇啤酒的兴趣。
3.现代人崇尚的生活方式，越来越向自然、个性化的方向发展。人们寻求多样、新奇、优质、高营养饮食品的出现。2004年，全国啤酒总产量为2910万千升，比上年同期增长了15％。而产量的90％左右是浅色普通啤酒，产品结构单一，难以满足日益丰富的市场需求。无醇啤酒因其酒精含量低，所以非常适于社交场合饮用，也适于一些不宜饮酒的人群，如女士、运动员、酒精过敏者等消费人群。由于民族习惯，如伊斯兰教对酒精的禁戒不能饮酒，无醇啤酒可以提供机会使更多的人品尝到啤酒的风味。
近年来无醇啤酒在国外已经有了很大的发展，年均增长率在30％以上，无醇啤酒的消费量已占到啤酒总量的20％左右。2003年2月，日本啤酒业界四巨头均推出了相关产品，整个2003年日本无醇啤酒的市场规模估计在120～130万箱，为上一年的2到5倍。
中国第二大啤酒集团——燕京啤酒集团，为不宜饮酒、不胜酒力的人群和2008年奥运会而研制开发的新产品——燕京无醇啤酒，在2003年进入全面推广期，标志着无醇啤酒在中国的流行也已经初露端倪。
无醇啤酒的生产有两大类方法限制发酵中酒精的形成和脱醇法。
山东轻工业学院曾对无醇啤酒的制备做过一些研究，利用微型啤酒生产线，采用高温糖化、高浓发酵稀释后熟工艺和控制发酵的方法酿制无醇啤酒。该方法得到的无醇啤酒虽然酒精度低于0.5％(v/v)，但在醇厚感、风味、香味以及爽口感方面和普通啤酒相比仍有相当大的差距。珠江啤酒集团公司研究所采用珠研1@啤酒酵母菌，根据麦汁的浓度、pH、接种量及温度四个因素，设计正交试验对无酵啤酒的发酵工艺进行优选，找出了较佳发酵工艺条件。在此基础上，运用跳跃式糖化法延长发酵周期和选用产风味物质高的啤酒酵母及用煮沸工艺的变化改善麦汁组分等工艺措施对进一步提高无醇啤酒风味物质的工艺进行了探讨和初步研究。其中采用煮沸工艺的变化，改善麦汁组分的工艺能较有效地提高无酵啤酒的风味物质，但酒精和双乙酰二个指标均难控制在合格的范围内。2004年，三得利啤酒集团采用日本无醇啤酒生产工艺，推出了在中国市场上的无醇啤酒品牌“舞醇”。但是该类方法生产的啤酒得不到消费者的认可。
脱醇法在国内主要是蒸馏技术。山东华中琥珀啤酒有限公司，投资800万元，利用德国无醇啤酒生产设备，控制好蒸发强度、流量及其它工艺参数，以减压蒸馏法将啤酒中乙醇蒸发掉，补加适量水，回添风味物质，补充CO2，制备出和原酒风味较一致的含微量酒精的啤酒。2003年燕京啤酒集团首期投资2000多万元生产的无醇啤酒进入全面推广期。但是蒸馏法生产的无醇啤酒具有明显的蒸煮味，也不能被消费者广泛接受。
采用反渗透法对普通啤酒进行脱醇，其生产工艺是可行的。啤酒企业现有的生产设备都可以使用，生产工艺不需要改变，只需在工艺末端添加反渗透操作单元就可以得到酒精度大大减少，而风味与原酒一致的无醇或低醇啤酒；投资、运行成本适中，容易为酒类生产企业接受，有很好的产业化前景。
采用反渗透方法生产无醇啤酒尚未见文献报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种反渗透生产无醇啤酒的方法，要求制得的无醇啤酒理化指标和稳定性都符合要求，同时能够保留原啤酒的各种风味物质，酒体丰满，口感淡爽，符合了现代消费者的需求。具有潜在的经济效益和社会效益。
本发明的技术方案反渗透生产无醇啤酒的原理就是啤酒在高压下通过半透膜进行高压过滤。水和酒精克服自然渗透压穿过薄膜，而大分子物质则被截留。它主要的传质动力是压力差。
根据反渗透的基本公式溶剂的迁移 Qw＝Kw(Δp-ΔЛ)A/τQw——通过膜的溶剂流量Kw——溶剂的膜透过系数Δp——膜两侧的溶剂压差ΔЛ——膜两侧溶液的渗透压差A——膜表面积τ——膜厚度溶质的迁移 Qs＝Ks(Δc)A/τQs——通过膜的溶质的流量Ks——溶质的膜透过系数Δc——膜两侧溶质浓度差A——膜表面积τ——膜厚度可以看到增大膜两侧的压力差会使每单位膜面积的水流量提高，虽然溶质通过膜的迁移(Qs)不受压力的影响，但对于乙醇和一些分子量和水分子处于同一数量级的风味物质，既可以把它们视为溶剂也可以视为溶质，所以它们的迁移量也会随着压力差的增大而增加。压力升高，使乙醇的透过率增大，但同时小分子风味物质的透过率也增大，造成风味损失。因此，本方法要求较高的反渗透操作压力。
本发明采用将啤酒清酒通过高压泵打入反渗透装置，控制透过液流速与补加脱氧水的流速相等，浓缩液仍流回进料罐中进行循环脱醇，直至酒液的酒精度低于0.5％(v/v)，酒精度可降低约85％～98％。控制反渗透的透过液为反渗透料液4～5倍的体积比，反渗透系统的操作压力控制为1.8～2.5MPa，温度控制为4～12℃。
本发明所用反渗透膜为能够较好进行醇水分离的醋酸纤维素-钛复合膜，性能参数为温度0～60℃，反渗透压0～6MPa，pH值适用范围2～11，膜通率110L.m-2.h-1，最低脱盐率为99.5％，回收率为15％。
本发明的有益效果本发明生产的无醇啤酒具有许多优点1.采用对酒精有很强脱去能力的膜对啤酒进行后处理，不改变原啤酒生产工艺，操作方便；2.生产的啤酒酒精度低于0.5％(v/v)，符合无醇啤酒的条件，其他各项指标基本不变，均能达到国家标准要求；3.酒度由3.5％(v/v)降至＜0.5％(v/v)后，仍能保持原有啤酒风味，啤酒的稳定性未受到影响，可作为高档啤酒推出。
采用反渗透法生产无醇啤酒，在理论上和实践上都有较强的可操作性。与蒸馏法及其他方法相比，它只需在正常生产环节的最后添加一些均相物系分离的单元操作，不需要改变啤酒的其他生产工艺，简化操作，设备投资费用还比较低，更为重要的是，所制得的无醇啤酒保证了其理化指标和稳定性，同时保留了原啤酒的各种风味物质，酒体丰满，口感淡爽，符合了现代消费者的需求。具有潜在的经济效益和社会效益。
图1反渗透生产无醇啤酒流程示意图。
具体实施例方式
按附图所示工艺进行了反渗透法生产无醇啤酒的中试。在进料罐中放入100L清酒，由高压泵打入反渗透膜系统进行脱醇，控制补加脱氧水的流速与透过液的流速相等，浓缩液仍流回进料罐进行循环脱醇，直至酒精度低于0.5％(v/v)。操作压力1.8-2.5Mpa，操作温度4-12℃，反渗透时先渗透16min(透过液和浓缩液均回流入进料罐)，使膜的渗透性能达到稳定。对原酒和脱醇后得到的无醇啤酒的各项指标进行了分析和比较。
1.脱醇前后酒的理化指标分析及感官评价表1脱醇前后理化指标的分析
由表1可以看到，从各项理化指标的一般分析来看，经过反渗透，酒精度下降89％的同时，反映啤酒中总浸出物的真浓几乎不变，由此可以初步判断反渗透膜对乙醇的透过率比啤酒中的其他物质大得多，用反渗透的工艺来制备无醇啤酒是可行的。除浊度外，其他理化指标的变化在10％以内。
表2脱醇前后的感官评价
由表2可以看到，从脱醇前后的感官评价来看，脱醇酒仍具有较明显的酒花香气和酒花苦味，也保留了原酒的风味特征。杀口力一般一方面是由于系统的非密闭性使一部分的CO2逸出，另一方面也是由于大部分的酒精的除去。从总体上来说脱醇酒的口味偏淡薄，但克服了蒸馏法脱醇后造成的蒸煮味。
2.脱醇前后对啤酒挥发性风味物质的分析啤酒中的的挥发性风味物质包括醇类、酯类、酸类、醛类、硫化物等，其中最主要的是醇类和酯类。用GC-MS对脱醇前后的挥发性醇、酯物质进行分析和比较，结果如表3所示。
啤酒的风味不仅与风味物质的绝对含量有关，还与该物质的风味阈值相关。
风味强度(Fu)是表征某种物质对风味的贡献程度的大小，由下式表示风味强度(Fu)＝风味物质浓度/风味阈值如果某物质Fu值＞1.0，表示风味显著；Fu值在0.5-1.0，表示有风味；Fu值＜0.5，表示风味不显著。各挥发性醇、酯类物质的风味强度分析及对比如表4所示。
风味强度值结合风味物质的协同作用理论，可以比较不同啤酒的风味差别，以区分其风味特征，风味差别度的评价方式如表5。由此可以定量地比较原酒和脱醇酒的风味差别，结果如表6所示。
表3挥发性风味化合物的分析对比
表4脱醇前后风味强度的分析对比
表5风味差别度的评价方式
表6脱醇前后风味差别分析
脱醇后各类挥发性风味物质有不同程度的减少，除乙醇减少了98.9％以外，乙酸异戊酯和丙醇减少得比较多，分别减少了61.7％和53.2％。原酒中乙醇、乙酸异戊酯、己酸乙酯的Fu＞1.0，即这几种物质在原酒中的风味明显；脱醇酒中乙醇的Fu＜0.5，乙酸异戊酯的Fu＜1.0，风味显著性明显下降，而己酸乙酯的Fu值仍＞1.0。脱醇酒的醇酯比(不含乙醇)也较原酒减小了7％，说明在脱醇过程中，醇类损失较多。当啤酒中的醇酯比为3～4∶1时，风味适中，采用反渗透脱醇造成醇酯比下降，可能使啤酒中的酯味突出。
从风味差别分析可知，与原酒相比，脱醇酒中各挥发性风味物质的风味强度基本上相差不大，即反渗透法脱醇造成的风味损失是很小的。然而乙醇本身作为一种风味显著的物质，在脱醇过程中被大量除去，所造成的风味损失又是不可避免的。
3.反渗透脱醇对啤酒非挥发性风味物质的影响啤酒中的糖类和氨基酸类既是啤酒的营养成分也是啤酒的风味物质，它们与其他风味物质一起共同赋予啤酒特有的风味。脱醇前后糖类及氨基酸的分析和比较见表7、表8。
表7脱醇前后低聚糖的分析(g/L)
表8脱醇前后氨基酸的分析(mg/L)
由表7，与原酒相比，脱醇酒的低聚糖含量有微量减少，减少量在3％以内，因此可以认为脱醇不影响啤酒中的低聚糖，因而也不会影响低聚糖与其他风味物质的协同效应。
氨基酸是啤酒重要的营养物质，由表8，可以看到脱醇以后的无醇啤酒仍含有原酒中的多种氨基酸，但氨基酸总量下降了9.9％。我们还可以看到，各种氨基酸量的下降率并不和它们的分子量成正比，特别是亮氨酸(leu)和异亮氨酸(ile)，它们的分子量相同，但下降率一个是2.5％，一个是55.1％，相差悬殊。由此可见，反渗透膜并不象超滤膜那样完全按照溶质的分子量和分子大小来截留物质的，在反渗透过程中，溶质、溶剂和膜材质发生交互作用，各种物质的透过率不仅与分子大小有关，还与分子结构、分子极性等有关。
啤酒中的无机离子主要是由酿造水及麦芽带入的，虽然从总体上来说，它们的含量较低，但是对啤酒的风味及其协调性也产生重要的影响。啤酒中的Ca2+、Mg2+、K+、Na+等离子都以一个较佳的浓度及配比存在着，这样才能赋予啤酒柔和、爽正的口感与风味。至于Fe2+、Cu2、Mn2+都属于对啤酒质量与风味有不良影响的金属离子，其浓度应越低越好。脱醇前后金属离子的分析比较见表9。几种金属离子的下降率在5％左右。
表9脱醇前后金属元素的分析(μg/g)
4.反渗透脱醇对啤酒醇厚性的影响总蛋白质、多酚、葡聚糖的含量是区分浓醇型和淡爽型啤酒的主要指标，这三种物质含量高时，啤酒口味醇厚。反渗透过程中，大部分的乙醇被脱除，同时还补加了大量的脱氧水，易使啤酒口味偏淡薄，在感官评价中也证实了这一点。因此对脱醇前后酒中这三种物质的含量进行了分析，结果如表10所示。
表10影响啤酒醇厚性的各项成分分析(mg/L)
由表10我们可以看到反映啤酒醇厚性的总蛋白质、多酚、葡聚糖三项指标经脱醇后确有下降，但下降百分比仅在3.3％以内，因此在酒体的厚度及粘稠度上，脱醇酒与原酒是相当的，造成脱醇酒偏淡薄的原因还是由于乙醇的大量脱除，使醇味显著损失。
权利要求
1.一种反渗透生产无醇啤酒的方法，其特征是将啤酒清酒通过高压泵打入反渗透装置，控制透过液流速与补加脱氧水的流速相等，浓缩液仍流回入进料罐中进行循环脱醇，直至酒液的酒精度低于0.5％，控制反渗透的透过液为反渗透料液4～5倍的体积比，反渗透系统的操作压力控制为1.8～2.5MPa，温度控制为4～12℃。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所用反渗透装置反渗透膜采用醋酸纤维素—钛复合膜，性能参数温度为0～60℃，反渗透压为0～6MPa，pH值适用范围为2～11，膜通率为110L.m-2.h-1，脱盐率为99.5％，回收率为15％。
全文摘要
一种反渗透生产无醇啤酒的方法，涉及反渗透技术在啤酒行业的应用。本发明采用将啤酒清酒通过高压泵打入反渗透装置，控制透过液流速与补加脱氧水的流速相等，浓缩液仍流回进料罐中进行循环脱醇，直至酒液的酒精度低于0.5％(v/v)，控制反渗透的透过液为反渗透料液4～5倍的体积比，反渗透系统的操作压力控制为1.8～2.5MPa，温度控制为4～12℃。采用反渗透法制备无醇啤酒，酒精度可降低约85％以上，不需要改变啤酒的其他生产工艺。所制得的无醇啤酒能够保留原啤酒的各种风味物质，酒体丰满，口感淡爽，符合了现代消费者的需求，具有潜在的经济效益和社会效益。
文档编号C12H3/00GK1721520SQ20051004048
公开日2006年1月18日 申请日期2005年6月8日 优先权日2005年6月8日
发明者陆健, 冯凌蕾, 顾国贤, 姚克明 申请人:江南大学