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澄清稳定剂膨润土在酿酒中的应用

2013-10-21 16:12:58点击:

   
    在葡萄酒、果酒、黄酒、啤酒及白酒生产过程中,为了提高产品的内在及感官质量,须对其进行澄清及稳定化处理。在各种方法中,膨润土(皂土)是应用较为广泛且有效的方法之一。在膨润土的使用中,由于行业局限,使用者对其物理化学性能了解不够,在一定程度上影响了膨润土的使用效果和应用范围。本文将从岩石矿物学角度对膨润土物理化学性质作以介绍,并对其质量标准及检验方法作以讨论。
   
 一、膨润土的矿物、化学组成及物化性质
     膨润土(Bentonite
)是以蒙脱石(Montmorillonite)为主要矿物成分的黏土岩,常含有少量的长石、石英、方解石、黄铁矿、石膏、高岭土及其它黏土矿物等杂质。自然界中膨润土通常为白色、浅红色、土黄色等,断口呈贝壳状并有蜡状光泽。
   
 蒙脱石是一种含水的层状铝硅酸盐矿物
,蒙脱石由两个硅氧四面体层夹一个铝氧八面体层组成,属2:1型层状黏土矿物。在蒙脱石结构中,八面体中的Al可被Mg置换,由于结构层中阳离子的类质同置换的结果,使结构层间产生永久性负电荷。它依靠在层间吸附阳离子以求得电荷平衡,同时它的层间还能吸附水分子、有机物分子,并会引起晶格膨胀。通常吸附的阳离子为Ca
、Na、K、Mg等,因此,蒙脱石具有强离子交换能力。膨润土的一切物理化学性质及工艺性能均源于此。
   
 膨润土具有一系列优异的工艺技术特性:膨润膨胀性、分散悬浮性、阳离子交换性、吸附性、触变性、黏结性、可塑性、热稳定性等。广泛应用于冶金机械、石油化工、轻工食品、土木建筑、农业、环保等领域。
   
 表述膨润土物理化学性能的主要参数为(参见表1):
     吸蓝量:吸附次甲基蓝的量,用于估算蒙脱石含量。
   
 膨胀容:在盐酸介质中的膨胀体积。
     胶质价:在混入氧化镁后,凝聚形成的凝胶体积。
   
 阳离子交换容量CEC:可交换的阳离子容量。
     pH值:土—水分散液的pH值。
     二、酿酒业用膨润土的生产及检验标准
   
 自然界的膨润土由于形成的地质条件不同,其蒙脱石类型、共生矿物及杂质元素也不尽相同。作为酿酒业用生产辅料,不是任何膨润土都能达到其工艺要求和卫生标准的。因此,必须对其进行提纯、改性加工。对原料为Ca基膨润土的,在生产中还必须用Na2CO3对其进行改型处理:
   
 Ca-膨润土 +Na2CO3→ 2Na-膨润土 + CaCO3
     膨润土原料→提纯 →改性调整→ 成品
   
 作为酿酒业用膨润土必须符合食品加工助剂卫生指标,对其理化性能也应有严格的标准,用于指导产品的生产和使用。国际葡萄与葡萄酒组织(OIV)对酿酒业用膨润土有专门的标准(见表2)。
   
 该标准全面详细的规定了葡萄酒用膨润土的卫生理化指标、应用效能指标及检验方法,是判定葡萄酒用膨润土合格与否的基本标准。我所作为酿酒用膨润土的开发生产单位,严格按OIV标准生产酿酒业用膨润土??悸堑接泄丶屏咳现すぷ鞯男枰?,我所依据OIV标准建立了Q/KHS001-97企业标准,该标准将OIV标准中当量单位改为摩尔单位,原标准中吸附效率试验因制备试验溶液总氮量的非一致性,造成同一膨润土试样其吸附后溶液的总氮量值的差异,企业标准中在保证制备试验溶液总氮量同一水平下,采用总氮吸附率,即:
   
 膨润土吸附后溶液的总氮量
     膨润土吸附前溶液的总氮量
   
 吸附效率指标定为>50%,该指标与原标准中总氮量<50mg相比,相当于原标准<45mg,即企业标准中对膨润土的吸附效率要求高于原标准。这样从根本上保证了我所膨润土的吸附效率指标符合OIV标准。
   
 实践中我们还发现,使用天然Na-膨润土为原料,经提纯、改性制成的葡萄酒用膨润土,其钙、镁离子含量远低于使用天然Ca-膨润土经提纯、改型、改性制成的葡萄酒用膨润土。这是因为在改型工艺中,加入了Na2CO3,膨润土层间Ca离子被Na离子替代,形成的CaCO3在酸性条件下发生了分解。因此,我所采用稀少的天然Na-膨润土为原料,经深加工生产葡萄酒用膨润土,从而大大降低了膨润土的钙、镁含量。
   
 三、膨润土在酿酒工业中的应用
   
 膨润土是1934年引入葡萄酒酿造的,国内在上世纪80年代开始使用,主要为进口膨润土。1990年前后,国内地矿部门开始研制开发酿酒用膨润土并取得成功,这为膨润土的广泛使用创造了条件。
   
 膨润土在葡萄酒酿造中的主要作用是澄清、稳定酒体,防止葡萄酒内蛋白质引起的浑浊、沉淀(见表3、表4)。
   
 从表1、表2看出,国产膨润土均可用于葡萄酒的澄清及稳定化处理,其中,陕西矿物化工研究所1#、2#膨润土综合效果较佳。它们不但可使葡萄酒达到澄清透明的外观,颜色变浅,使沉淀物紧实,提高出酒率,还可显著提高葡萄酒对蛋白质、铁、铜的稳定性,并部分改善酒的口感。国外对酿酒用膨润土的应用研究除澄清、稳定外,膨润土对酒体其他成分影响研究较多。用高纯膨润土制品能全部除去酒体中的霉菌味、酵母味、桶和乙酰胺的味。不同产地原料及生产工艺对葡萄酒中的钙、铁含量影响较大,主要与膨润土中的钙、铁含量及赋存状态有关。Colagrande.O等研究了膨润土在酿造葡萄酒时的交换现象,发现用膨润土处理葡萄酒时,酒中的脯胺酸作为阳离子被交换。专利资料指出:膨润土和其它材料复合后,能改善工艺性能:提高蛋白质吸附率、加快澄清速度、降低澄清稳定剂的用量、使沉积物体积大幅减少。在其他果酒(苹果酒、猕猴桃酒、柑橘酒等)生产中,膨润土对澄清稳定酒体非常重要。在啤酒、黄酒、清酒生产中,膨润土对提高酒体的非生物稳定性有明显的效果。在啤酒生产中,膨润土作为稳定剂也得到了广泛应用,在过滤前将膨润土悬浮液加入冷却了的啤酒中,使其有足够的时间沉淀。加入的膨润土数量视期望达到的稳定程度和啤酒的蛋白质含量而定,通常在50g/hL和150g/hL之间(见表5)。
   
 在配制型果露酒、保健酒中,膨润土也有广泛的应用前景。如配制型枸杞酒,在很短的存放时间内会出现浑浊、失光、沉淀等问题,其主要影响因素是以蛋白质为首的大分子物质的聚集和沉淀。我们研究了不同澄清方法对其稳定性的影响,结果表明,经膨润土处理后,稳定性提高,尤其在低度酒中,膨润土对蛋白质的吸附效果显著,对枸杞多糖吸附很少,不经果胶酶处理,在自然条件下存放3个月不产生混浊和沉淀。
   
 膨润土作为絮凝剂可用于酒精废液的处理,500mg/L的用量可使酒精废液的悬浮物除去率(%)89.62;COD除去率(%)58.7。