CN116694419A - 一种全程低温无硫生产的甜型甘蔗果酒及酿制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种全程低温无硫生产的甜型甘蔗果酒及酿制方法，涉及甜型果酒生产发酵领域。甜型甘蔗果酒属于甜型果酒，需要在发酵过程中检测糖含量，糖含量下降到一定值后在短时间内立即灭菌，去除发酵酵母菌终止发酵。现有甜型果酒的生产工艺中的终止发酵方式多为高温灭菌或二氧化硫灭菌，再经过下胶、吸附、分级过滤的步骤获得产品，以及原料灭菌也常采用高温灭菌或二氧化硫灭菌，步骤繁琐且热敏营养物质亏损较大，影响口感、色泽、香气和营养。本发明结合甘蔗汁胶体含量少、旋转陶瓷膜不易堵塞的特点，采用旋转陶瓷膜终止发酵解决了上述问题，且原料处理步骤使用脉冲电场，全程低温且无硫，而且步骤缩减，器材均可重复使用，减少滤器耗材。
Description
技术领域
本发明涉及甜型果酒生产发酵领域，主要涉及一种全程低温生产的甜型甘蔗果酒及酿制方法。
背景技术
甘蔗为一年或多年生广泛分布于热带和亚热带的草本植物，属高光效C4作物，具有较强的干物质积累能力。它含有丰富的蔗糖、果糖、葡萄糖，还含天门冬素、天门冬氨酸、丙氨酸、赖氨酸、丝氨酸、脯氨酸、柠檬酸、维生素B、维生素A、维生素C、尼克酸、核黄素、钾、钙、磷、铁等多种营养成分，其中铁的含量为9mg/kg，居水果之首，素有“补血果”的美称。在日常生活中，甘蔗一般用作蔗糖的制作原料，也可以用于生产乙醇。甘蔗也可以作为直接实用的水果，口感清甜可口，老少皆宜。
除了以上两种食用方式，还可以将甘蔗制作为甘蔗酒，甘蔗酒在我国历史悠久，并且采用了独特的竹篓窑泥法和固态法相结合，获得的甘蔗酒产物香味奇特，带有浓郁的甘蔗果香，与原料相同的国外朗姆酒具有工艺、口感、风味上的明显差异。目前市面已有在售的以甘蔗汁为发酵原料的甘蔗果酒。类似一般果酒的生产工艺，甘蔗果酒的生产方式包括：原料榨汁，甘蔗初榨汁调酸，灭菌，加入酒曲发酵，发酵结束后再进行蒸馏、浓缩、过滤等操作去除杂质获得产品。
甜型果酒是果酒的一个种类，相比传统果酒发酵流程，需要在发酵中途进行终止发酵。在发酵液中的可发酵糖还未被微生物代谢完全，微生物活动仍然旺盛的情况下短时间内人为地灭菌来使发酵活动终止，使产品中仍保留一定的糖分来实现甜酒口感和味道。国家标准规定含糖量在45g/L及以上的果酒为甜型果酒。
目前甜型果酒的终止发酵方式主要有高温灭菌、巴氏灭菌、通入二氧化硫灭菌，不过这些传统灭菌方式具有一些弊端：采用高温灭菌或者巴氏灭菌会导致果酒液体中营养物质的变化，比如一些热敏物质、营养成分、香气物质缺失。二氧化硫灭菌的办法会导致产品内残留二氧化硫，会导致产品具有硫磺异味，且含量会对人体造成健康威胁，且无法满足硫过敏人群消费者的需求。
比如专利CN111575135A生产甜型甘蔗果酒采用巴氏灭菌法终止发酵，专利CN114921298A生产甜型火龙果酒采用二氧化硫灭菌，以及专利CN111876295A生产甜型桑葚果酒采用的也是类似于巴氏灭菌的65～85℃恒温水浴加热灭菌。专利CN106967555B生产百香果-甘蔗混合果酒添加偏重亚硫酸钾以生成二氧化硫灭菌。
为了避免高温、添加二氧化硫灭菌的影响，近年来探索了低温超高压灭菌技术、脉冲电场灭菌技术、低温终止发酵后下胶吸附分级过滤的方法，但由于果酒发酵后一般含有较多杂质、胶体，所以发酵完成后除了灭菌还需要下胶、吸附、分级过滤等步骤，消耗滤器膜材较多，步骤比较繁多。
发明内容
针对以上问题，本发明提供一种全程低温无硫生产的甜型甘蔗果酒，生产过程中采用脉冲电场协同旋转陶瓷膜处理，由于生产过程中全程无高温处理，也完全避免了添加外源二氧化硫，本发明所提供的甜型甘蔗果酒相比传统甜型果酒发酵工艺保留了更多热敏营养物质和香气成分，比如多酚、维生素C，具有更好的风味和更高的营养价值；成分中仅含有极少发酵中酵母菌代谢产生的二氧化硫，降低对人体的健康威胁。
一方面，本发明提供一种低温无硫条件下灭菌生产甜型甘蔗果酒的方法，采用脉冲电场技术进行原料灭菌，采用旋转陶瓷膜技术终止发酵。采用旋转陶瓷膜终止过滤后无需其他操作即可获得商业无菌的甜型甘蔗果酒，相比于传统的甜型果酒的发酵方式步骤缩减，且旋转陶瓷膜可冲洗后重复利用，节约耗材，有利于保护环境。
进一步的，采用旋转陶瓷膜进行终止发酵的工作参数为：旋转膜片的孔径为100-220nm，转速为400-900r/min，压力控制在0.05～1.5MPa，温度控制在20-50℃。在旋转陶瓷膜孔径为100-220nm范围内可实现去除酵母菌、澄清甜型甘蔗果酒酒液、收集甘蔗果酒酒液的三个目的。
在一些方式中，所述的旋转陶瓷膜净化装置包括旋转陶瓷膜主体和同心圆柱罩，所述的旋转陶瓷膜主体包括相互平行叠装的十片左右旋转膜片，分别内部设置有导流槽，旋转膜片由贯穿旋转膜片圆心的管道贯通。旋转陶瓷膜的工作原理为：在旋转膜片的高速运转过程中，导流槽会使料液在膜表面形成一定的切面流速，在压力和切面流速的作用下，料液实现过滤，且滤出液随着导流槽汇集到中心处的管道里，由管道连接至外部，在过滤过程中可直接收集产品。旋转陶瓷膜的过滤优势是由其过滤方式所导致的，通过旋转膜片的旋转运动对容器内的物料产生湍流促进和离心作用，使得高浓度物料向容器壁扩散，已过滤的低浓度物料向中间聚集，两个旋转膜片间形成开放流道，提供足够的空间容纳发酵液，而且高速旋转形成湍流不断地冲刷膜片表面，清除膜面污染，从而有效的防止了膜表面污堵。在一些实施例中，旋转陶瓷膜可采用厂家为江苏领动膜科技有限公司，型号为简易型LAB的旋转陶瓷膜。
采用旋转陶瓷膜进行终止发酵有以下优点：
(1)可以在此一个步骤中，过滤即可实现去除酵母菌终止发酵、澄清甜型甘蔗果酒、收集成品的三重目的，过滤结束可直接得到可销售的商业无菌的甜型甘蔗果酒。
(2)设置多个旋转膜片使得料液实现连续过滤，过滤量大，过滤所需时间短。
(3)高速旋转形成湍流不断地冲刷膜片表面，清除膜面污染，使得浓缩物固含量可以达80％以上，不受进料固含量的影响，从而有效的防止了膜表面污堵，确保连续稳定的过滤，使旋转膜具有更高的抗污染性、更优的过滤效果和更高的膜通量。
本发明采用的旋转陶瓷膜的膜片的材质为高温烧制的无机陶瓷材料，相比其他传统有机膜材料，具有化学稳定性高、耐酸碱、耐菌、抗污染、易清洗、使用寿命长等优点，同时本身陶瓷材料特点为刚性膜，可以进行高强度旋转运作。更适合应对甜型酒液的处理环境。
传统膜系统，比如直压式过滤设备、尼龙膜、纳米纤维膜等，不适用于本发明中终止发酵的原因是：传统膜过滤系统采用直压式过滤，甘蔗汁发酵后中果胶含量少不需要下胶和吸附，但也需要分级过滤，是因为为了更好的产品口感与香气，本发明采用的是甘蔗初榨汁进行带渣发酵，带渣发酵可以获得口味更浓郁、甘蔗香气更明显的产品。发酵结束依然含有酵母泥、沙土颗粒、甘蔗纤维等杂质需要澄清过滤，通过孔径从大到小多次过滤的方式来避免物料中杂质孔径过大将膜孔堵死的问题，但该方法耗时久，工艺环节多，无法实现短时间内快速除菌，且大多数膜耗材不可重复利用。因此传统的直压式过滤无法适用于甜型甘蔗酒终止发酵。而若不采用分级过滤，只采用一种孔径的膜过滤，由于杂质成分多种，大小不同，过滤中极容易堵塞，是不可行的方案。
而传统膜材料也无法应用于旋转过滤，陶瓷具备刚性，传统膜材料多为有机或无机膜网是无刚性的，无法像刚性陶瓷膜片一样用于旋转过滤，从而无法实现边旋转边过滤的需求。
而其他低温工艺，如脉冲电场灭菌和低温超高压等技术虽然可以避免二氧化硫添加和加热，但这些方法仅为杀菌方法，无法像本发明一样在终止发酵的过程中同步实现酒液澄清、酒液收集，依然需要过滤、收集类似的繁琐复杂的工艺流程。
采用旋转陶瓷膜终止发酵只适用于本发明的甜型甘蔗果酒而不适用于其他水果为原材料的甜型果酒。其他甜型果酒的原料果汁中本身胶体含量多，发酵过程中一般携带果胶一起发酵可以获得更好的风味和营养成分。比如苹果、荔枝、葡萄等，这些甜型果酒如果要采用旋转陶瓷膜过滤或者其他过滤方式进行终止发酵，需要先添加一些吸附剂吸附胶体物质并澄清，某些胶体含量多的原料需要添加果胶酶或其他胶体酶来辅助下胶。这个过程需要时间，无法快速除菌终止发酵，因此先下胶后过滤的方式不适用于其他胶体含量高的水果甜型果酒终止发酵。因此传统的甜型果酒终止发酵步骤一般是先采用诸如通入二氧化硫或者高温灭菌的方法灭菌，再下胶、分级过滤。
同时旋转陶瓷膜不适用于胶体过滤，胶体性质与发酵酵母菌等可通过孔径筛过滤的杂质性质不同，果胶胶体具有凝胶性果胶能与固形物结成果冻状凝胶，凝胶易团聚，从而无法通过孔径筛实现过滤。大量胶体存在时极易堵塞旋转陶瓷膜的膜孔，难以实现过滤，速度很慢或者不能过滤。实验测试了荔枝原料与葡萄原料，膜通量均不足甘蔗酒的30％，即使是旋转陶瓷膜也难以在果胶含量较大的情况下进行高速过滤，同时高胶体浓度带来的易堵塞现象也使得旋转陶瓷膜清洗周期缩短。无法用于这些高果胶含量原料的终止发酵。
本发明综合了甘蔗原料中胶体物质含量少的特点和旋转陶瓷膜技术抗堵塞的特点，实现了甜型甘蔗酒的快速无菌过滤，可以避免其他终止发酵手段带来的负面影响(不添加二氧化硫，保护热敏成分)同时也能达到澄清，省去了传统的下胶吸附和分级过滤的用于澄清的步骤。本发明是在低温下实现灭菌和精准终止发酵，有效减少了热敏物质等营养成分的损失，同时避免了二氧化硫等外源化学物质添加带来的潜在食品安全问题，生产的甘蔗果酒色泽金黄，香气馥郁，健康天然。不仅适合大众消费者，也适合对硫过敏人群饮用。
进一步的，终止发酵过程中旋转陶瓷膜的孔径为220nm。当旋转陶瓷膜孔径为220nm，平衡过滤速度与除菌效果，并且保留营养物质更多。
进一步的，终止发酵过程中旋转陶瓷膜的转速为900r/min。此转速下的旋转陶瓷膜工作中所产生的湍流作用可使旋转陶瓷膜最不易堵塞。
进一步的，终止发酵过程中，采用旋转陶瓷膜过滤时的系统压力为0.1MPa。
进一步的，此生产甜型甘蔗果酒的所有流程包括以下步骤：
(1)原料处理：对原料甘蔗进行清洗、榨汁并调酸，调酸可使用酒石酸和柠檬酸等；
(2)原料灭菌：对甘蔗初榨汁进行脉冲电场灭菌处理，在流动脉冲电场装置，甘蔗初榨汁流速为80-150ml/min，脉冲电场波形为方波，场强为20-30kV/cm，频率为200-800Hz，脉宽为5-10μs；
(3)接种酵母：将用于发酵的酵母活化并接种至处理后的的甘蔗初榨汁发酵罐中；
(4)恒温发酵：将发酵液置于密封发酵罐中，恒温发酵，每日取样检测发酵液总糖含量，至糖含量下降至接近目标值；
(5)终止发酵：采用旋转陶瓷膜过滤完成后获得商业无菌且澄清的酒液。
本发明中脉冲电场有效处理时间与处理室体积V、频率f、流速s、脉宽t有关，公式为T＝(Vf/s)*t，在一些实施例中，本发明所采用的脉冲设备为广州派虎科技有限公司生产的脉冲电场灭菌设备SY-Z-500。
本发明强调在原料灭菌处理步骤采用脉冲电场灭菌、在终止发酵步骤采用旋转陶瓷膜两者共同实施的联合效果，以实现全程避免高温与二氧化硫处理目的。传统发酵中的灭菌步骤采用高温灭菌，也有考虑温度影响口感和营养成分的常用方式为巴氏灭菌法。本发明采用脉冲电场原料灭菌、采用旋转陶瓷膜进行终止发酵比分别在原料灭菌、终止发酵时替换成巴氏灭菌法均具有更高的多酚含量。
传统的巴氏杀菌需要在62℃以上加热15分钟以上，无论是用于原料的预处理还是终止发酵，巴氏杀菌的方法都会导致产品中的热敏成分大量损失。而本发明采用的工艺流程全程无需加热，温度控制在40℃以下，可以更进一步避免热敏成分的损失。对照试验中本方法多酚总量数值为372mg/L，与二氧化硫法预处理和终止发酵产生的对照样品较为接近。脉冲-巴氏杀菌法终止发酵的样品则只有298mg/L。但该数值受酵母菌种和原料总酚含量影响，本发明不涉及菌种影响和甘蔗原料品质影响，无法与市面上的产品进行简单对比(市面上产品可能使用了多酚含量更高的甘蔗汁原料或保留多酚能力更强的酵母)本发明在控制变量的情况下(采用同种原料，同种酵母与发酵条件，仅本发明提及的工艺有所对照)多酚的保留率为81.3％，而使用巴氏杀菌工艺的样品仅有69.8％。同时本产品避免添加硫化物，传统二氧化硫灭菌法的果酒二氧化硫含量一般在60-100mg/L不等，国家标准是250mg/L以内，本发明全程不额外添加二氧化硫。检测指标中二氧化硫含量远低于现有产品，仅有极少部分产生于酵母菌的自然代谢，二氧化硫含量不超过15mg/L。
同时传统加热处理会使酒液发生不同程度的褐变(受热发生美拉德反应)以及产生少量糊味；传统二氧化硫灭菌法则会导致酒液产生类似硫熏的硫臭味。而本发明制作的产品色泽无褐变痕迹最为贴近原酒。味道清新无糊味及硫熏味。
本发明采用脉冲电场做预处理，可以对原料蔗汁进行杀菌，使得菌落总数下降，从而帮助接种时接种的酵母菌成为优势菌群，快速繁殖发酵，抑制其他菌种。脉冲电场相比于陶瓷膜过滤，不会损失甘蔗汁中的各种大分子不溶物质，从而有利于在发酵过程中产生更多的香气，保留更多的挥发性物质。同时脉冲电场的电穿孔效应还可以促进微生物自溶。对酒液的风味有积极作用。而在终止发酵时采用旋转陶瓷膜技术，则可以实现快速的除菌过滤，既可以实现终止发酵也可以实现酒液的澄清，简化工艺流程实现快速高效无硫低温生产。
本发明全程低温以及不通入二氧化硫的制备工艺，相比巴氏灭菌、二氧化硫灭菌法，可以获得品质更佳、口感更佳、香气更纯净、营养更丰富、成分更安全的甜型甘蔗果酒，无杂味，在灭菌、防腐的手法上对发酵产物影响最小，从而使产品在售过程中更贴近天然、新鲜的味道。
再一方面，本发明提供了旋转陶瓷膜技术用于甜型甘蔗果酒生产过程中终止发酵步骤以避免高温灭菌导致热敏成分多酚遗失、二氧化硫灭菌导致二氧化硫残留在产品内的用途。
再一方面，本发明提供了脉冲电场和旋转陶瓷膜同时应用于甜型甘蔗果酒制备高多酚含量、低二氧化硫含量甜型甘蔗果酒的用途，所述甜型甘蔗果酒中多酚含量超过370mg/L，二氧化硫含量低于15mg/L。
综上所述，本发明所具有的有益效果如下：
1.本发明全程低温无硫制备的甜型甘蔗果酒，相比巴氏灭菌、二氧化硫灭菌法制备的甜型甘蔗果酒，品质更佳、口感更佳、香气更纯净。味道清甜馥郁，没有糊味或硫熏味。
2.本发明所提供的甜型甘蔗果酒具有比市面上其余类似产品更多的营养价值与更高的安全性，含有更多抗氧化多酚，极少二氧化硫。
3.本发明所提供的甜型甘蔗果酒的酿制方法，采用旋转陶瓷膜终止发酵，一步实现除菌、澄清、收集三重目的，简化了工艺步骤、减少一次性滤器耗材、避免使用吸附剂、化学试剂、保护环境。并且可经过清洗后重复利用。
4.本发明所提供的甜型甘蔗果酒的酿制方法，所采用的的旋转陶瓷膜对比传统方式中的膜系统不易污堵，膜通量大，过滤效率高。且本发明提供了将旋转陶瓷膜在甜型甘蔗果酒酿制中的用途，旋转陶瓷膜在220nm孔径；900r/min；1MPa压力工作参数下具有最好的过滤效果。
5.本发明所停工的甜型甘蔗果酒的酿制方法，采用脉冲电场进行原料灭菌，旋转陶瓷膜终止发酵，从而实现全程低温无硫，使得热敏性营养物质多酚含量更高，而且相比市面上的甜型果酒的二氧化硫含量大幅下降。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1：甜型甘蔗果酒生产过程
图2：旋转陶瓷膜收集甜型甘蔗果酒示意图
图3：旋转陶瓷膜过滤甜型甘蔗果酒示意图
具体实施案例
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1：制备甜型甘蔗果酒
实例1：采用以下工艺获得甜型甘蔗果酒：
1)将新鲜甘蔗清洗后榨汁，对其进行调酸，使用1mol/L的柠檬酸溶液将混合汁pH调至3.5。
2)使用泵送的方式将甘蔗初榨汁送入处理室，控制流速90/min，控制脉冲电场波形为方波，场强为25kV/cm，频率为500Hz，脉宽为5μs。脉冲设备采用广州派虎科技有限公司生产的脉冲电场灭菌设备SY-Z-500)可以进行高压脉冲电场(PEF)处理，可以有效灭杀甘蔗初榨汁中的微生物，防止甘蔗初榨汁被杂菌污染。
3)将处理后的甘蔗初榨汁装入无菌密封发酵罐，按照0.2％质量比接种安琪RW商业酿酒酵母。
4)将发酵罐转移至恒温发酵室，每日取样检测发酵液总糖含量。
5)当发酵液总糖含量下降至60g/L以下后立刻转入旋转陶瓷膜过滤装置，旋转陶瓷膜装置(厂家：江苏领动膜科技有限公司，型号：简易型LAB)，使用220nm孔径陶瓷旋转膜片进行过滤，压力控制在0.1MPa，转速为900r/min。
6)将陶瓷膜过滤后达到商业无菌的酒液灌装获得成品。
为检测脉冲电场的灭菌效果，按照GB 4789.2-2022的菌落总数测定方式分别取原甘蔗初榨汁和脉冲电场处理过后的甘蔗初榨汁进行实验，接种至固体培养基中，培养后计算菌落总数。结果如下表所示：
表1-1PEF灭菌效果
实施例中PEF处理后，菌落总数大幅度降低，灭菌率超过99.9％，有效杀灭和减少了甘蔗初榨汁中杂菌的数量抑制了杂菌污染，达到了果酒原料预处理要求。帮助酵母菌形成优势菌群，陶瓷膜过滤后酵母菌未检出，说明已达到终止发酵的目的。减少原料中的菌群数量使接种的酵母成为优势菌群大量繁殖实现发酵。残留的菌数量降低后无法与接种的酵母菌竞争，在酵母菌成为优势菌群后会逐渐消失。
为检测旋转陶瓷膜的终止发酵效果，按照GB 4789.2-2022的菌落总数测定方式取进行实验，接种至固体培养基中，培养后计算菌落总数。结果如下表所示：
表1-2旋转陶瓷膜过滤效果
| 待过滤发酵液 | 旋转陶瓷膜过滤后 | |
| 菌落总数cfu/ml | 2.93x107 | 未检出 |
由上表可知，采用旋转陶瓷膜可以终止发酵。
为进一步检测本发明所提供发酵方式的灭菌效果，按照GB 4789.4-2016，食品安全国家标准食品微生物学检验沙门氏菌检验和GB 4789.10-2016食品安全国家标准食品微生物学检验金黄葡萄球菌检验方式进行实验，结果如下表所示：
表1-3食品安全标准要求检测菌种
| 沙门氏菌 | 金黄葡萄球菌 | |
| 成品甜型甘蔗果酒 | 未检出 | 未检出 |
食品安全国家标准中关于发酵酒及其配制酒GB 2758-2012里表明发酵酒微生物限量需沙门氏菌和金黄色葡萄球菌不可检出，综上所述，可以证明，采用本发明所提供的方法可以生产出符合国家食品安全的甜型甘蔗果酒，脉冲电场和旋转陶瓷膜的灭菌效果均能达到要求。
实施例2：测试管式陶瓷膜用于终止发酵
为探索管式陶瓷膜在甜型甘蔗果酒终止发酵中的作用，设置以下与实施例1相同的实验步骤，作为对比例2，在终止发酵步骤采用孔径为220nm的管式陶瓷膜过滤发酵液。
旋转陶瓷膜的工作原理参考图2和图3，旋转陶瓷膜包括旋转陶瓷膜主体和同心圆柱罩，旋转陶瓷膜主体包括相互平行叠装的十片左右旋转膜片(图2)，分别内部设置有导流槽(图3，深色部分为外壳，浅色部分为内部示意图)，旋转膜片由贯穿旋转膜片圆心的管道贯通。旋转陶瓷膜的工作原理为：在旋转膜片的高速运转过程中，导流槽会使料液在膜表面形成一定的切面流速，在压力和切面流速的作用下，料液实现过滤，且滤出液随着导流槽汇集到中心处的管道里(如图3箭头所示)，由管道连接至外部，在过滤过程中可直接收集产品。旋转陶瓷膜的过滤优势是由其过滤方式所导致的，通过旋转膜片的旋转运动对容器内的物料产生湍流促进和离心作用，使得高浓度物料向容器壁扩散，已过滤的低浓度物料向中间聚集，两个旋转膜片间形成开放流道，提供足够的空间容纳发酵液，而且高速旋转形成湍流不断地冲刷膜片表面，清除膜面污染，从而有效的防止了膜表面污堵。
管式膜的工作原理为：其管内壁上分布微孔，过滤精度可达纳米级，在压力作用下，原料液在膜管通道内流动，通过错流作用使小分子物质透过膜，大分子物质被截留，从而达到分离、浓缩、纯化等目的。
与实例1采用脉冲电场处理原料进行灭菌所实现的灭菌效果相同，PEF处理后，菌落总数大幅度降低，灭菌率超过99.9％，有效杀灭和减少了原料中杂菌的数量抑制了杂菌污染，满足作为发酵原料的要求。
但采用管式膜进行过滤的终止发酵过程中，膜系统升温严重，在工作三小时后温度超过40℃，必须停止过滤给设备降温，且过滤速度慢，无法快速实现过滤。采用实例1的方式旋转陶瓷膜的过滤效果中，(8min完成10L酒液过滤，温度未有明显变化，总处理时间40min内膜通量未有显著下降，预计可持续运行3h以上。)而对比例2中管式膜的过滤效果(2h完成2.5L酒液过滤，温度超过50℃，必须要进行暂停降温处理)。
旋转陶瓷膜优于管式陶瓷膜的原因在于：
(1)管式膜对膜表面清洗效率低于旋转膜片
(2)旋转膜片可以多膜片同一系统平行运作，
(3)受利于离心左右，运行压力小，物料与膜片摩擦速度低于管式膜，不易升温。
(4)管式膜升温过快难以实现低温除菌过滤。
综上所述，旋转陶瓷膜的旋转过滤特性对于终止发酵的过滤步骤来说是至关重要的。
实施例3：探索旋转陶瓷膜最佳工作参数
分别探索旋转陶瓷膜的最佳工作参数：孔径和转速，设置以下两个对比例。对比例1，其余步骤与实例1相同，在终止发酵步骤采用孔径为150nm的旋转陶瓷膜进行实验。对比例2，其余步骤与实例1相同，在终止发酵步骤的旋转陶瓷膜的转速为500r/min。
对比例1与实例1相比，膜通量明显较低，过滤速度相比较慢，仅为实例1的79％。香气较为寡淡，多酚总量为347mg/L比实例1下降25mg/L，与220nm孔径相比，更小的孔径会截留更多的大分子成分，一些附着在上面的香气成分也会因此损失。色泽无明显变化。
对比例2与实例1相比。膜通量与过滤速度明显下降，仅为实例1的64％。香气和风味无明显差异，多酚总量无明显差异。与900r/min相比，更低的转速降低了旋转产生离心力和湍流作用的强度，导致膜片抗堵塞抗污染的能力下降，进而导致膜通量下降以及过滤速度的降低。色泽无明显变化。
实施例4：测试硫化物终止发酵制备甜型甘蔗果酒中二氧化硫含量
对比例3：其余步骤与实例1相同，在终止发酵步骤采用传统二氧化硫处理灭菌终止发酵。添加食品级偏重亚硫酸钾后分级过滤，采用偏重亚硫酸钾灭菌可以产生二氧化硫。
具体步骤如下所示：
1)将新鲜甘蔗清洗后榨汁，对其进行调酸，使用1mol/L的柠檬酸溶液将混合汁pH调至3.5。
2)按照每升原料添加0.08g食品级偏重亚硫酸钾进行抑菌。
3)将处理后的甘蔗初榨汁装入无菌密封发酵罐，按照0.2％质量比接种安琪RW商业酿酒酵母。
4)将发酵罐转移至恒温发酵室，每日取样检测发酵液总糖含量。
5)当发酵液总糖含量下降至60g/L以下后，立刻按每升发酵液添加0.18g/L食品级偏重亚硫酸钾并进行粗过滤分离液体和大颗粒沉淀。将滤液降温至5-10度，每升添加1g皂土。然后使用800nm、600nm、450nm滤网分级过滤。
6)将滤液无菌灌装得到成品。
对实例1、对比例3、网上购买的“张裕甜红葡萄酒”进行游离二氧化硫含量测定，测定方法按照GB/T 15038-2006葡萄酒、果酒通用分析方法测定。(由于无法购买到甜型甘蔗果酒，采用类似的市售甜型红葡萄酒对比)
表2-1不同处理方式二氧化硫含量测定
实例1酒液清亮无硫臭味，对比例3和市售甜红葡萄酒均有一定硫臭味，静止一段时间后味道减轻。
因此可以得出结论，采用本发明所提供的方法可以制备出相比于市售甜型果酒二氧化硫含量明显降低的甜型果酒。传统的果酒酿造需要添加二氧化硫，国家标准是250mg/L以内，传统方法在发酵前就需要加入二氧化硫，市面上果酒二氧化硫含量一般在60-100mg/L不等，本发明全程不额外添加二氧化硫。检测指标中二氧化硫含量远低于现有产品，仅有极少部分产生于酵母菌的自然代谢，含量不超过15mg/L。
实施例5：测试分别在原料处理步骤和终止发酵时采用巴氏灭菌法
为证明在原料处理步骤采用脉冲电场灭菌和在终止发酵步骤采用旋转陶瓷膜的同时作用效果优于传统的高温灭菌方式，本实施例中尝试了分别在原料灭菌、终止发酵时采用巴氏灭菌法。巴氏灭菌法相比高温灭菌温度低，更能保护营养物质，并与实施例一中采用的方法对比其多酚含量。设置对比例4，采用巴氏灭菌法终止发酵，其余与实例1一致。设置对比例5，采用巴氏灭菌法进行原料灭菌，其余与是实例1一致，最后测定实例1与对比例4、对比例5的多酚含量差距。设置对比例6，原料灭菌与终止发酵均采用巴氏灭菌法。
对比例4的终止发酵步骤：
当发酵液总糖含量下降至60g/L以下后立刻导入加热容器进行巴氏灭菌，加热70℃持续15min，然后迅速降温存放，等到酒体中杂质沉淀以后取上清液进行分级过滤。
对比例5的原料灭菌步骤：
将新鲜甘蔗清洗后榨汁，然后对甘蔗初榨汁进行巴氏杀菌，70℃持续15min，杀菌结束后降温至4-5度。
对比例6的原料灭菌步骤与对比例5相同，终止发酵步骤与对比例4相同。
多酚含量的测定方式为：Folin-酚法，参考李硕士论文(2015)的方法，结果以没食子酸含量计。
(1)福林-肖卡试剂的配制
取钨酸钠10g与钼酸钠2.5g，加水70mL、85％磷酸5mL与盐酸10mL，置200mL烧瓶中，缓缓加热回流10h，放冷，再加硫酸锂15g、水15mL与溴滴定液1滴煮沸约15min，至溴出尽，放冷至室温，加水定容至100mL。滤过，滤过成绿色，置棕色瓶中，与冰箱中保存。用前用蒸馏水稀释10倍。
(2)没食子酸标准曲线的制备
Folin原液稀释10倍，备用。精密称取没食子酸0.0010g，溶解并移至100mL容量瓶中定容，制成0.1mg/mL的没食子酸标准溶液。准确量取没食子酸标准液0.1～0.7mL，分别置于25mL比色管中，加5mL Folin试剂，摇匀。准确计时1min，分别加入4mL 7.5％碳酸钠溶液，摇匀，用去离子水定容至10mL。在75℃水浴锅准确反应10min，迅速冷却，于765nm处测定吸光度，建立标准曲线。
(3)样品测定
取1mL经稀释的山楂酒溶液，加入5mL Folin试剂，摇匀，准确计时1min，加入4mL7.5％碳酸钠溶液，摇匀。75℃反应10min，迅速冷却后立即于765nm下测定吸光度，根据标准曲线计算出山楂酒中多酚的含量。
表3-1不同灭菌处理的多酚含量对比
| 实例1 | 对比例4 | 对比例5 | 对比例6 | |
| 多酚总量 | 372mg/L | 298mg/L | 323mg/L | 273mg/L |
本实验采用控制变量法，由实验结果可知，采用本发明所提供的甜型甘蔗果酒的制备，采用了脉冲电场原来哦处理和旋转陶瓷膜终止发酵，相比于原料处理和/或采用巴氏灭菌法，可以保护其更多的多酚含量不被破坏。
甘蔗果酒中的多酚含量受原料，工艺，酵母种类等多方面因素影响，市面上产品多酚含量波动较大在200-450mg/L之间不等，本发明成品的多酚总量数值为372mg/L，与二氧化硫法预处理和终止发酵产生的样品较为接近。巴氏杀菌法终止发酵的样品则只有298mg/L。但该数值受酵母菌种和原料总酚含量影响，本发明不涉及菌种影响和甘蔗原料品质影响，无法与市面上的产品进行简单对比(市面上产品可能使用了多酚含量更高的甘蔗汁原料或保留多酚能力更强的酵母)本发明在控制变量的情况下(采用同种原料，同种酵母与发酵条件，仅本发明提及的工艺有所对照)多酚的保留率为81.3％，而使用巴氏杀菌工艺的样品仅有69.8％。
实施例七对比不同制备方式的产品酒的色泽、香气与口味
实施例三、实施例四、实施例五中的所有对比例和实施例一的实例1进行色泽、香气、口味的评定。
表4-1不同工艺制备的酒的评分
由上表可知，本发明全程低温以及不通入二氧化硫的制备工艺，相比巴氏灭菌、二氧化硫灭菌法，可以获得品质更佳、口感更佳、香气更纯净、营养更丰富、成分更安全的甜型甘蔗果酒，无杂味，在灭菌、防腐的手法上对发酵产物影响最小，从而使产品在售过程中更贴近天然、新鲜的味道。
实施例七：测试采用旋转陶瓷膜终止发酵荔枝甜型果酒
为测试旋转陶瓷膜终止发酵其余水果的甜型果酒，采用荔枝作为案例，进行实验，实验步骤与实例1相同，采用的水果尝试了：荔枝，葡萄，苹果，分别进行发酵后采用旋转陶瓷膜终止发酵，现将其过滤情况展示如下表：
表5-1不同水果原料甜型果酒旋转陶瓷膜终止发酵过滤效果
| 10min滤过量 | 过滤效率 | |
| 甘蔗 | 11.4L | 优 |
| 荔枝 | 2.8L | 未通过 |
| 葡萄 | 4.3L | 未通过 |
| 苹果 | 2.3L | 未通过 |
按照需要，终止发酵过程中，根据本发明所采用的旋转陶瓷膜的型号和工作参数，同时参考甜型甘蔗果酒终止发酵的需求，在10min内过滤完10L发酵液可以实现比较好的效果，如果10min内滤过量低于6L，可判断为无法滤过。
在旋转陶瓷膜终止发酵的步骤，过滤速度慢会导致过度发酵、耗时太长能耗太高不应用于工业生产。因此，选择旋转陶瓷膜过滤甘蔗汁发酵液也是根据甘蔗汁的特性决定的，不具有普适性。
旋转陶瓷膜不适用于胶体过滤，胶体性质与发酵酵母菌等可通过孔径筛过滤的杂质性质不同，果胶胶体具有凝胶性果胶能与固形物结成果冻状凝胶，凝胶易团聚，从而无法通过孔径筛实现过滤。大量胶体存在时极易堵塞旋转陶瓷膜的膜孔，难以实现过滤，速度很慢或者不能过滤。即使是旋转陶瓷膜也难以在果胶含量较大的情况下进行高速过滤，同时高胶体浓度带来的易堵塞现象也使得旋转陶瓷膜清洗周期缩短。无法用于这些高果胶含量原料的终止发酵。
实施例八传统膜过滤对比例
1)将新鲜甘蔗清洗后榨汁，对其进行调酸，使用1mol/L的柠檬酸溶液将混合汁pH调至3.5。
2)使用泵送的方式将甘蔗初榨汁送入处理室，控制流速90/min，控制脉冲电场波形为方波，场强为25kV/cm，频率为500Hz，脉宽为5μs。脉冲设备采用广州派虎科技有限公司生产的脉冲电场灭菌设备SY-Z-500)可以进行高压脉冲电场(PEF)处理，可以有效灭杀甘蔗初榨汁中的微生物，防止甘蔗初榨汁被杂菌污染。
3)将处理后的甘蔗初榨汁装入无菌密封发酵罐，按照0.2％质量比接种安琪RW商业酿酒酵母。
4)将发酵罐转移至恒温发酵室，每日取样检测发酵液总糖含量。
5)当发酵液总糖含量下降至60g/L以下后立刻进行220nm纳米纤维膜直压过滤(死端过滤)。
6)将过滤出液进行无菌灌装得到成品。
直压过滤5min后滤膜堵塞，过滤速度接近为零，实施失败。
甘蔗汁发酵后中果胶含量少不需要下胶和吸附，但也需要分级过滤，是因为为了更好的产品口感与香气，本发明采用的是甘蔗初榨汁进行带渣发酵，带渣发酵可以获得口味更浓郁、甘蔗香气更明显的产品。发酵结束依然含有酵母泥、沙土颗粒、甘蔗纤维等杂质需要澄清过滤，通过孔径从大到小多次过滤的方式来避免物料中杂质孔径过大将膜孔堵死的问题，但该方法耗时久，工艺环节多，无法实现短时间内快速除菌，且大多数膜耗材不可重复利用。因此传统的直压式过滤无法适用于甜型甘蔗酒终止发酵。而若不采用分级过滤，只采用一种孔径的膜过滤，由于杂质成分多种，大小不同，过滤中极容易堵塞，是不可行的方案。
本发明所描述的实施例子都是一些优选的实施例子和特点，任何本领域的一般技术人员都可以根据本发明描述的精髓下做一些更改和变化，这些更改和变化也被认为属于本发明的范围和独立权利要求以及附属权利要求所限制的范围内。
Claims (10)
1.一种全程低温无硫生产甜型甘蔗果酒的方法，其特征在于，采用旋转陶瓷膜进行终止发酵。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，先采用脉冲电场对原料甘蔗初榨汁灭菌处理，经发酵后，再采用旋转陶瓷膜进行终止发酵，实现除菌、澄清、收集三重目的。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，采用旋转陶瓷膜进行终止发酵的工作参数为：旋转膜片的孔径为100-220nm，转速为400-900r/min，压力控制在0.05～1.5MPa，温度控制在20-50℃。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述终止发酵过程中旋转陶瓷膜的孔径为220nm。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述终止发酵过程中旋转陶瓷膜的转速为900r/min。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述终止发酵过程中，采用旋转陶瓷膜过滤时的系统压力为0.1MPa。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)原料处理：对原料甘蔗进行清洗、榨汁并调酸；
(2)原料灭菌：对甘蔗初榨汁进行脉冲电场灭菌处理，在流动脉冲电场装置，甘蔗初榨汁流速为80-150ml/min，脉冲电场波形为方波，场强为20-30kV/cm，频率为200-800Hz，脉宽为5-10μs；
(3)接种酵母：将用于发酵的酵母活化并接种至处理后的甘蔗初榨汁发酵罐中；
(4)恒温发酵：将发酵液置于密封发酵罐中，恒温发酵，每日取样检测发酵液总糖含量，至糖含量下降至接近目标值；
(5)终止发酵：采用旋转陶瓷膜过滤完成后获得商业无菌且澄清的酒液。
8.一种全程低温且无硫生产的甜型甘蔗果酒，其特征在于，采用如权利要求1～7所述的任意一种方法制得。
9.旋转陶瓷膜用于甜型甘蔗果酒生产过程中终止发酵步骤以避免高温灭菌导致热敏成分遗失、二氧化硫灭菌导致二氧化硫残留在产品内的用途。
10.脉冲电场和旋转陶瓷膜的组合用于制备高多酚含量、低二氧化硫含量的甜型甘蔗果酒的用途，所述甜型甘蔗果酒中多酚含量超过370mg/L，二氧化硫含量低于15mg/L。
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Legal Events
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