养生酒残余酒回收技术质效的比较研究

赵旭冬，曹晓念，2，冯华芳，刘青青，万 永，兰 余，沈才洪，2，张学平

（1.泸州老窖股份有限公司，四川泸州 646000；2.国家固态酿造工程技术研究中心，四川泸州 646000）

随着当前消费日趋健康化，保健酒及露酒的市场规模不断扩大，其产品品种多，原辅料来源广泛，生产方式多样，浸提、渗漉等生产方式均会产生大量的残余酒，目前国内外对残余酒回收的研究主要是关于中药乙醇提取后残留乙醇等的回收，对以各型蒸馏酒为酒基调配而成的养生酒，其残余酒回收利用还没有相关研究，公司当前主要采用（甑桶）蒸馏方式进行回收，因甑桶蒸馏是一种应用广泛的蒸馏方式，具有设备投入低，工艺简单，工人易于操作等优点，但同样面临回收率较低，回收质量不高的问题。绿色（清洁）生产是以节能、降耗、减污为目标，以管理和技术等手段实施生产全过程污染控制，使污染物的产生最少化的一种综合措施，践行绿色生产理念，是实现企业可持续发展的必然要求，因此通过技术创新、工艺优化等举措，提高残余酒回收质效具有重要的意义：一方面可充分利用资源，提高经济效益，另一方面消除潜在的环境污染，减少后续环保处理压力，具有重要的环境和社会效益。

目前，国内外关于母液提取后残渣液中乙醇回收的技术研究，如张红等[1]采用普通精馏与共沸精馏相结合的方法从荞麦黄酮提取乙醇废液中将乙醇进行提纯回收；黄振江等[2]运用多功能提取罐回收药渣中残留的乙醇，通过在提取罐内部通入饱和蒸汽，将残留乙醇蒸发为气态后冷凝回收，节约了能源，提高乙醇回收率。

闭环式低温蒸馏工艺是一种新型、可实现能量的高效利用的设备，借鉴制冷原理，载能介质在封闭循环下完成气态→液态→气态的不断循环往复，介质在相态变化过程中实现放热、吸热。其中，释放的热能用于料液升温蒸发，吸收的热能来自于料液蒸发产生的二次蒸发的冷凝热。通过对能源的冷热双侧利用，实现料液浓缩、溶剂蒸发和回收，应用于易燃易爆类、有机溶剂如乙醇、甲醇、乙酸乙酯等溶液的蒸发浓缩及回收，也可用于水溶液的蒸发浓缩。

有机物优先透过膜过滤是一种新型的渗透除杂工艺，可优先透过己酸乙酯等醇溶性组分和乙醇，渗透液被净化，其他杂质被截留。设备原理即将残余酒打入原料罐，预热装置对原料预热，达到预定温度后以液态形式进入膜上游侧，膜下游侧用抽真空加冷凝方式在膜的上下游形成组分的蒸汽分压差，原料中的有效成分经膜渗透至下游侧。在真空条件下汽化，渗透蒸汽在真空机组抽吸下进入冷凝器。冷凝后以净化酒进入产品收集罐，膜上游侧被截留的渗余液通过换热器降温后进入渗余液储罐[3]。

超重力精馏是一种新型高效的精馏设备（常压），传统蒸馏塔的替代者，采用超重力精馏原理进行配置，其原理是采用离心力把液体打散后跟气体接触，液相经历了多次分散—聚集的过程，形成了比表面极大而又不断更新的气液界面，提高气液相间接触比，比液体直接跟其他接触更加充分。超重力精馏技术广泛应用于乙醇、甲醇、丙酮、乙酸乙酯等有机溶剂的回收及产品分离提纯，在原料药、医药中间体、精细化工、制酒等行业中广泛应用。

本研究旨在以残余酒为研究对象比较以上几种酒液回收装置的回收效果，以期为行业余酒回收工艺选择提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料、仪器

酒样：残余酒（酒精度41 %vol，20 ℃标准条件，泸州老窖养生酒业有限责任公司）。

仪器设备：甑桶（不锈钢活动甑桶，容量约2.0 m3,非标设备,包括锅炉等附属设施）；闭环蒸馏设备,型号HCBSE-500（蒸发量500 L/h）浙江兰旺节能科技公司；有机物优先透过膜设备，型号JS-LSU-M3，南京九思公司；超重力（撬装式）精馏机450 型，处理能力450 kg/h，浙江新创兴公司。

1.2 工艺方案

根据物料特性和设备特点，影响酒体蒸馏的主要控制条件为蒸发温度，设定相应参数后开展各工艺实验。

1.2.1 甑桶蒸馏

采用甑桶进行残余酒蒸馏，残余酒计量后投料，每批次450 kg（41.0%vol），开展3 批次实验，升温30 min 出酒后开始收酒，后期无酒花时停止收集，蒸馏样收集完毕后，计重、测酒精度，计算回收率、理化指标检测。

1.2.2 超重力精馏

设定蒸发温度为釜温（95～115 ℃），顶温（80～90 ℃），启动蒸汽装置和精馏设备，残余酒计量后投料，加热逐渐升温至设定温度，开冷凝水，蒸馏出酒后收集蒸馏液，残液中无酒时停止收集，蒸馏酒计重、测酒精度，计算回收率，进行理化和感官评估等。

1.2.3 闭环式蒸馏

物料按照45～50 ℃、50～55 ℃、55～60 ℃不同蒸发温度分别进行实验，残液尽量蒸发浓缩到酒精含量最低。所得物料分别进行计量，测酒精度，计算回收率、理化和感官评估等。

1.2.4 膜过滤（有机物优先透过膜）工艺

（1）过滤温度选择。根据有机物优先透过膜应用于酒体过滤的相关实验结论分析，影响产物质量和过滤速率的主要因素为温度[3]。合适温度利于香味组分透过，可截留影响口感和稳定性的高沸点物质（高级脂肪酸酯、杂醇油等），温度低，则香味杂，过滤速度慢，温度过高，则酒体有焦糊味。合适的温度范围为25～55 ℃，故本实验设定温度条件分别为25～35 ℃、35～45 ℃、45～55 ℃，分析不同温度下渗透液品质变化，确定合适的过滤温度。

（2）效果评估。最佳温度工艺条件下，开展3批次实验，收集蒸馏样，测酒精度，计算回收率、理化和感官评估等。

1.2.5 质量指标

（1）感官指标。处理后酒体感官评判标准为澄清度、色泽、香气、口感和异杂味5 项，由酒体评判小组根据标准进行评估和排序。

（2）理化指标检测。各工艺处理后酒液检测采用国标进行，GB 2757—2012《食品安全国家标准蒸馏酒及其配制酒》、GB/T 10345—2007《白酒分析方法》、GB/T 9722—2006《化学试剂气相色谱法通则》、GB/T 5009.48—2003《蒸馏酒及配制酒卫生标准的分析方法》。

2 结果与分析

2.1 各工艺理化结果及分析

甑桶实验（对照实验）开展3 批次，物料量450 kg/批，蒸 汽 温 度100～120 ℃,蒸 馏 时 间80～100 min，约30 min 后出酒，后期无酒花时停止收集，所得蒸馏酒平均酒度63.9%vol，酒体平均回收率约58.3%（见表1）。

表1 甑桶蒸馏实验结果

感官质量、能耗、回收率综合对比见下文（表5、表6、图1—图4）。

2.2 超重力精馏实验

根据物料特性和设备工艺条件，影响蒸馏的主要控制条件为蒸发温度，控制釜温（95～115 ℃），顶温（80～90 ℃），残余酒经过超重力精馏后，精馏液度数达到90 %vol 以上，回收率92.0 %以上，结果见表2。

表2 超重力精馏实验结果

2.3 膜过滤工艺（有机物优先透过膜）

温度对有机物优先透过膜过滤速度和质量有重要影响，合适温度利于保证酒体质量（口感）和过滤速度。根据方案设定实验温度分别为25～35 ℃、35～45 ℃、45～55 ℃，不同温度下过滤酒样感官见表3。

表3 过滤样感官和生成速度(不同温度)

2 号过滤样感官较好，主要原因是温度过高或过低都影响酒质，温度低，不利于醇、醛、酯类等渗透，微量成分比例改变，酒体香气异常、醇香欠缺；温度过高，导致膜通量增大，乳酸乙酯、部分杂味组分透过较多，出现香气不自然、涩口、烘焙味等现象；根据产物生产速度（3 号＞2 号＞1 号），温度高生成速率快，故确定合适的过滤温度为35～45 ℃，可保证过滤速度和质量，根据以上实验确定的温度条件，开展3个批次的膜过滤实验，结果见表4。

上述工艺条件下，残余酒通过膜过滤设备回收酒体，回收率平均可达85.0 %左右，感官质量、能耗、回收率等对比见下文（表5、表6、图1—图4）。

表4 膜过滤实验结果

表5 各工艺(综合样)感官鉴定

表6 各工艺（综合样）理化指标 (g/L)

表7 闭环蒸馏结果

图1 各工艺理化指标对比（g/L，折合41.0%vol）

2.4 闭环式蒸馏工艺实验

按照3 种蒸发温度进行蒸发浓缩实验，每批蒸发浓缩时长约0.5 h，结果见表7。

结果分析：（1）残余酒采用闭环设备蒸馏工艺，各个不同蒸发温度下，酒体平均回收率可达到91.7%以上（见图3）；（2）理化指标进行分析，采用蒸发温度50～55 ℃低温蒸馏，（综2 样）酒体理化指标总酯、己酸乙酯含量较高，酸酯等骨架成分回收较高；蒸发后残液进行理化检测，除乳酸乙酯外，其他酯类几乎为0，回收比较完全；（3）安全指标结果：样品安全指标检测合格，甲醇含量小于0.116 g/L、氰化物未检出(以HCN 计,mg/L），铅含量小于0.04（以Pb 计算，mg/kg）。

图2 各工艺总酯回收率（%）

2.5 各工艺结果对比

感官质量排序：闭环蒸馏工艺样＞膜过滤工艺样＞超重力精馏工艺样＞甑桶蒸馏样。

3 结论

图3 各工艺酒体回收率

图4 各工艺能耗对比

本研究通过比较减压蒸馏（闭环蒸馏工艺）、常压蒸馏（甑桶蒸馏和超重力精馏工艺）、膜过滤（有机物优先透过膜）等多种酒体回收工艺，对比回收质效，即以质量（感官和理化、卫生指标）和效能（能耗和酒体回收率）为对比指标，结论如下：

（1）各工艺处理酒体质量：通过感官判定，处理效果较好为闭环式蒸馏和膜过滤工艺处理样，酒体异杂味程度轻微，可部分替代基酒使用；且闭环蒸馏样品理化指标较高（总酯含量高，回收率高）；安全指标甲醇、铅、氰化物等符合安全标准。

（2）各工艺效能（能耗和回收率）：闭环式蒸馏工艺酒体平均回收率达91.7%以上（大批量处理回收率可达95.0 %以上）；且闭环蒸馏工艺能耗仅70kW·h/t，远低于其他各种工艺，节能降耗效果明显(见图3、图4)。

（3）各种工艺进行综合对比，最优工艺为：闭环式蒸馏工艺，采用50～55 ℃进行低温减压蒸馏，酒体感官质量有较大改善（等级提升），能耗仅约70kW·h/t，平均回收率达91.7 %以上（大批量处理可达95%），本工艺可使残余酒回收质效有较大提升，能盘活公司资源，加快残余酒消化，具有显著的经济和社会效益。