全 文 :黄酒酿造米浆水处理技术的研究进展
焦新萍, 曾金红, 王灵芝, 孟燕青, 王佳丽, 章姗姗, 曾红燕
(绍兴市食品药品检验研究院 国家黄酒产品质量监督检验中心,浙江 绍兴 312000)
摘 要:黄酒酿造米浆水是黄酒浸米工序中的副产物,含有丰富的淀粉、蛋白质、糖类、有
机酸等营养物质,弃之严重污染环境,合理利用则变废为“宝”。介绍了微生物法、吸附法
以及回收综合利用在处理黄酒酿造米浆水方面的研究现状及应用,探讨了适合黄酒企业的米
浆水处理技术的发展方向。
关键词:黄酒;米浆水;微生物法;混凝分离法;吸附法;回收利用
黄酒是中华民族绚丽的传统文化遗产,历史悠久,源于中国,与啤酒、葡萄酒并称为世
界三大酿造古酒。黄酒是以稻米、小麦、玉米、黍米等为主要原料,经蒸煮、加曲、糖化、
发酵、压榨、过滤、煎酒、贮存、勾兑而成的酿造酒[1]。黄酒发酵周期较长,可分为淋饭酒、
摊饭酒、喂饭酒。在传统的黄酒酿造工艺中,需要对糯米进行一段时间的浸泡,摊饭法酿酒
中,浸米时间长达 16~20 d,淋饭法酿酒中浸米时间为 2~3 d,喂饭法酿酒浸米时间相对较
短,一般为 18~24 h[1]。米浆水是黄酒生产浸米工序中的副产物,据统计,生产 1 t 黄酒,将
产生 0.5 t 废水,一个年产 5 万 t 的黄酒企业,至少产生 2.5 万 t 米浆水。
黄酒生产排放的废水有机污染物含量高,耗氧量大,未经处理排入江河将严重污染水体,
给工农业生产、居民生活及水产养殖业等造成严重威胁[2]。根据国家科技发展纲要指南,节
能减排是今后相当长一个时期的科技发展重点,有利于促进社会和谐和可持续发展。因此,
解决黄酒米浆水的出路,加以回收综合利用,避免向环境排放污水,节约水资源,不仅是人
类生存环境的需要,也是黄酒生产企业生存和发展的需要。
1 黄酒废水处理技术研究进展
米浆水的特点是高 COD(20000~30000 mg/L)和总酸,处理的方法很多,常用的废水
处理方法有微生物法、物理化学法等。现有的黄酒米浆水处理以微生物法居多,也有一些企
业尝试将米浆水进行重新利用。
1.1 微生物法
生物处理法的目的是通过微生物的代谢活动使废水中的有机污染物转化为无害产物即
利用活性污泥或生物膜上的微生物将废水中的有机物作为它们代谢活动所必需的能源物质
将其转化为代谢终产物二氧化碳和水而使废水得到净化。根据参与降解的微生物的种类不
同,生物处理法又可分为好氧生物处理法和厌氧生物处理法[3]。
黄酒废水(包括米浆水)中有机物浓度高,采用酸化、UASB 厌氧、SBR 好氧等联合
工艺进行处理:酸化调节池可以把废水中复杂的有机物水解为简单的有机物,提高废水的可
生化性,提高废水的 pH 值,以利于废水的后续厌氧处理[4-8]。经 UASB 处理后, 出水 CODcr
值为 3000 mg/L 左右,CODcr 去除率为 90%左右,CODcr 负荷仍很大,然后采用 SBR 间歇
式生化反应器进行后续处理,CODcr 去除率为 70%;再进行好氧处理(一般污水的处理方
法)[8]。存在着占地大、产泥量大,抗冲击负荷能力差、运行费用高, 一次性投资较大,一般
的中小型企业应用困难;而且由于米浆水对水系污染太严重, 要治理至达标排放, 经济上难
以承受。因此减少排放污染,最大限度地利用米浆水中的有效成分, 使酿酒副产物米浆水得
网络出版时间:2016-11-08 10:01:53
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到充分回收利用,成为当务之急。
1.2 物理化学法
混凝沉降法包括混凝分离法、吸附法和膜技术等;经过实验,用这些方法处理,米浆水
中的大分子物质如蛋白质、多糖等沉降困难,COD 除去率不高,大约在 30%。
1.2.1 混凝分离法
混凝分离法是向含有悬浮体或胶体的污水中投加无机或有机混凝剂,来促使带电微粒或
胶体脱稳、继而聚集使之与介质分开,达到分离的目的,已广泛用于工业废水的净化处理中。
俞卫华等[9]采用硫酸亚铁作为混凝剂混凝澄清黄酒米浆水,考察了 pH 值、FeSO4 添加
量等因素对澄清效果的影响,实验结果发现酸度在 2.3 g/L(以乳酸计 )左右的米浆水,效果
良好。澄清后的水及混凝得到的沉泥 (实为米浆 )可在黄酒生产中消化,水重新用于浸米,
沉泥可用于酿酒或作饲料等用途。
李博斌,曾金红课题组以浙江塔牌绍兴酒有限公司的酿造米浆水为研究对象,利用以
Fe2(SO4)3–特制的二氧化硅作为吸附剂,对黄酒米浆废水进行处理[10]。在 pH6~7 的条件下,
混凝剂和二氧化硅复配对米浆废水中的蛋白质等大分子物质去除效果好,二氧化硅和硫酸铁
的投加量均为 0.15~0.20%,作用时间 10~24 h,米浆水的 COD 值可以下降 50%左右;与 COD
值高的米浆水相比,COD 值高的米浆水中蛋白质去除率高;其过滤回收的营养物质可作为
饲料等进行综合利用。
1.2.2 吸附净化法
废水的吸附净化其实质是废水与多孔性固体吸附剂相接触,利用吸附剂表面活性,将分
子态或离子态的污染物吸附和浓集于其表面,达到净化废水的目的,可实现废水中有用资源
回收利用,对高、低浓度废水均适用的物理化学方法,广泛地应用于废水处理[11]。由于米
浆水中含有较多的非极性有机物,大多数非极性有机污染物疏水性强,易吸附在非极性吸附
剂上[12]。
米浆水可以吸附净化澄清处理后再回收利用。俞卫华等研究了以硅藻土、活性炭为吸附
剂对黄酒酿造生产的酸度在 6.0 g/L 左右的米浆水进行吸附澄清处理的工艺。通过条件实验
和正交实验,确定了米浆水澄清的最适工艺条件。通过米浆水澄清循环浸米七次、酿酒七次
及从米浆水中回收的有机物酿酒七次,并与自来水浸米酿酒对比, 米浆水澄清循环浸米可以
缩短浸米时间, 米浆水酸度提前到达[13]。澄清后的水及混凝得到的沉淀物可在黄酒生产中消
化,水可以重新用于浸米,沉淀物可用于酿酒或作饲料等。
1.2.3 膜技术
膜分离技术是一项新型的分离技术,大多数膜分离过程中物质不发生相变化, 分离系数
较大,具有高效、节能的特点。常见的膜分离法主要有微滤、超滤、反渗透等,利用膜分离
技术,采用闭路循环发酵工艺可变废为宝,避免或削减了污染物排放[14]。
谢广发等[15]以 0.18 μm 膜对黄酒进行过滤实验,过滤后的黄酒中蛋白质下降 17.3 %,,
总多酚略有下降。谭佩毅等[16]采用孔径为 0.15 μm 陶瓷无机膜过滤黄酒,其中高分子蛋白质
的去除了 56.9%。刘达玉等[17]利用管式膜对黄酒进行超滤,其中不溶性固形物全部去除,粗
蛋白去除了 78.45 %,氨基酸不同程度的被去除,总体去除率为 13.24 %。
膜处理技术的特点和优势:节能环保,对被处理物无形态或化学影响;无二次污染,可
借鉴用于处理米浆水,处理后的米浆水可以回收再利用。在除污的同时变废为宝,是符合可
持续发展战略的绿色技术。
1.3 米浆水回收利用方法
黄酒米浆水是浸米工序中的副产物,还含有丰富的淀粉、蛋白质、糖类、有机酸,其中
氨基酸多达 18 种,还有 B 族维生素、矿物质和微量元素等。此外,米浆水中还有大量对酿
酒有益的乳酸菌、酵母菌等[2]。
如何节约水资源,提高循环利用效率,米浆水一直黄酒生产企业关注的重点。有一些
企业对黄酒米浆水的回用技术进行了研究,主要技术路线是对米浆水进行简单处理后,作为
投料水回投到酿造过程中,实现米浆水的循环利用。
毛青钟等考察分析了黄酒酿造浸米过程中产生的米浆水及其营养物质(有机酸、氨基酸、
蛋白质、淀粉、糖类等)、微生物(乳酸杆菌)的变化情况[2],将浸米产生的米浆水回用作
为黄酒生产的投料用水,投放发酵液中酿造黄酒,改善黄酒品质,米浆水的使用量一般为大
米的30%-40%,即“三浆四水”[18]。
俞关松等开展了黄酒浸米浆水作复制糟香白酒投料水的研究,实验发现米浆水营养物质
丰富,适宜于酵母生长和发酵,把米浆水回用作复制糟香白酒的投料水,能够提高复制糟香
白酒的产量出酒率[19]。
魏桃英课题组和薛洁课题组分析了浸米过程中米浆水的变化情况及不同添加浆水量对
黄酒品质的影响,表明发酵过程中采用新鲜米浆水替代部分投料用水,可以起到“以酸制酸”
的作用,并找出合适的米浆水添加量比例[20,21]。李海霞等将米浆水循环来浸米,跟踪发酵过
程,考察米浆水回用对黄酒发酵过程的影响,发现随着米浆水循环次数的增加,发酵醪的酸
度随之增高,发酵进程加快,酒精含量提高;且米浆水组的酵母数量高于自来水组[22]。张
雨等研究了添加米浆水对黄酒酿造和风味的影响,发现添加米浆水对总酸、甲醇、β-苯乙醇、
乳酸乙酯和氨基酸类物质的影响较明显,而对其他醇类物质、酯类物质和醛类物质影响不大
[23]。胡健等研究米浆水回用技术对黄酒酿造的影响,如黄酒质量、风味及理化指标等;实
验结果表明米浆水中含有丰富的有机酸和氨基酸,有助于提高黄酒中氨基酸态氮、β苯乙
醇的含量、酯类物质的浓度及酒精度[24]。
此外,米浆水中有大量产乳酸的乳酸杆菌,用现代工艺技术提取乳酸杆菌,可以在乳
制品工业等食品工业中用途广泛[2]。
2 展望
对黄酒米浆水的处理应采取“回收综合利用与治理污染相结合”的策略, 即通过综合利
用的途径,回收米浆水中的有机资源(营养物质),使之转化为可再利用的副产品,余下的
废水再进行处理和部分回用。污水处理技术也随着科技的发展而发生了日新月异的变化,为
提高废水的综合效益(经济效益、环境效益和社会效益),往往在不同阶段将多种方法组合
起来,兼顾废水处理后的重新利用和回收物的合理利用,这对于节约资源、保护环境具有重
要意义。
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以下英文为作者校译
Research Progress in the Treatment Technology of Chinese Rice Wine
Brewery seriflux
JIAO Xinping, ZENG Jinhong, WANG Lingzhi, MENG Yanqing,WANG Jiali,
ZHANG Shanshan and ZENG Hongyan
(Shaoxing Testing Institute of Food and Drug, Shaoxing
National Center for Quality Supervision & Testing of Rice Wine,Shaoxing,312000, China)
Abstract: Brewing seriflux was the by-product during rice steeping, which contains a lot of
nutrients such as starch, protein, sugar, and organic acid etc. Abandon of seriflux would seriously
pollute the environment, if it was rationally recycled, waste could turn into treasure. In this paper,
research progress on the methods for treating the brewery seriflux were introduced, such as
microbiological method, coagulation separation, adsorption and recycling, some suggestions on
brewery seriflux treatment in the future were proposed.
Key word:Rice wine, seriflux, microbiological method, coagulation, adsorption, recycling
基金项目:绍兴市科技计划项目(2014B70009):黄酒酿造米浆废水悬浮吸附法处理新技术
应用研究。