Giới thiệu Công nghệ lọc dòng chảy tiếp tuyến trong sản xuất rượu vang

Để có được chai rượu vang ngon người ta không chỉ chú ý đến đặc điểm khí hậu, thổ nhưỡng, kỹ thuật canh tác của vùng nho nguyên liệu mà nhà sản xuất rượu vang còn chú trọng đến kỹ thuật lên men, ủ và đặc biệt là kỹ thuật lọc để tạo ra những giọt rượu thuần khiết, hương vị thơm ngon. Lọc trong rượu để tăng thêm các giá trị về cảm quan, ổn định thành phần cơ học, hóa học và tăng độ bền sinh học.

Từ xa xưa người ta tiến hành lên men, ủ rượu trong hầm nhiều năm chờ đến khi lên men hết cơ chất, xác nấm men đọng xuống đáy người ta chắt lọc và đóng chai. Phương pháp người sản xuất rượu thường dùng là dùng bông hoặc vải thô nhiều lớp loại bỏ phần lớn xác tế bào nấm men để cho rượu có vị thuần khiết. Ngày nay phương pháp cổ truyền này vẫn còn được áp dụng ở một số qui mô sản xuất nhỏ, gia đình tuy nhiên do thời gian lên men và ủ kéo dài thì đồng nghĩa với nó là giá thành tăng và đặc biệt có một tỉ lệ nhất định các sản phẩm bị lắng cặn do tái lên men gây hỏng, đục rượu buộc phải thu hồi trong quá trình lưu thông gây tốn kém ảnh hưởng đến uy tín thương hiệu.

Nhằm rút ngắn thời gian lên men, ủ đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về rượu vang người ta đã không ngừng tuyển chọn những chủng nấm men khỏe giúp rút ngắn thời gian lên men và ủ; cải tiến, chế tạo và ứng dụng nhiều công nghệ lọc khác nhau vào sản xuất. Chúng ta có thể điểm lại một số qui trình chủ yếu như:

Kiểu máy lọc với bột trợ lọc Diatomit để lọc trong rượu vang. Ưu điểm của phương pháp là lọc khối lượng lớn, qui mô công nghiệp, tỉ lệ giữ lại các tiểu phần và vi sinh vật cao tùy thuộc vào độ mịn của bột trợ lọc, tỉ lệ sản phẩm bị hỏng, đục do lên men lại được hạn chế hơn. Nhược điểm của phương pháp này là không giữ lại được hoàn toàn vi sinh vật, vị của rượu vang bị biến đổi nhẹ và không kiểm tra được tính toàn phần của hệ thống lọc, gây ô nhiễm khi loại bỏ bột trợ lọc.

Lọc xuyên màng do gần đây công nghệ đúc màng ngày càng được cải tiến, có nhiều loại vật liệu màng lọc chịu được hóa chất và độ cồn cao cho nên màng lọc ngày càng được sử dụng nhiều hơn. ưu điểm của phương pháp lọc xuyên màng là giữ lại tuyệt đối vi sinh vật trong rượu, kiểm tra được tính toàn phần của màng, hương vị của rượu không bị đổi. Các modul lọc ngày càng được nghiên cứu và thiết kế phù hợp với lọc rượu, tổng lưu lượng lọc cao hơn, dễ dàng tháo lắp và thay đổi quả lọc, chi phí cho thiết kế chế tạo phần cứng của hệ thống lọc rượu thấp, kiểm soát qui trình và loại bỏ hoàn toàn vi sinh vật nhưng do lọc xuyên màng nên quả lọc còn hạn chế là dễ bị bít do hàm lượng chất hữu cơ tạo ra khi ép dịch nho và lên men rất cao lên dẫn đến tổng lưu lượng lọc đi qua trên một đơn vị diện tích màng không cao, chi phí cho tiêu hao màng thay thế vẫn còn ở mức cao. Tuy nhiên phương pháp lọc này rất phù hợp với nhà máy có qui mô sản xuất vừa và nhỏ do chi phí đầu tư ban đầu thấp. Tại Việt Nam đã có một số công ty đang sử dụng như Nhà máy rượu Hà Nội, Rượu Hapro, rượu vang Đà Lạt, vang Vĩnh Tiến, Sâm Panh Matxơcơva...

Phương pháp lọc xuyên màng người ta thường chế tạo ra bộ lọc có nhiều cấp lọc khác nhau gép nối tiếp với nhau thường thì người ta chia ra là tiền lọc và lọc cuối. - Tiền lọc có một hoặc nhiều cấp lọc có nhiệm vụ loại bỏ phần lớn các tiểu phần lơ lửng có trong rượu các modul lọc thường được chế tạo bằng polypropylen, sợi thủy tinh và được ép, bện và cuộn lại với nhau nhằm giữ lại 99% các tiểu phần theo chiều sâu của lớp màng bằng cơ chế sàng, nêm, hấp phụ.

Lọc cuối các modul được thiết kế bằng màng lọc có kích thước xác định thông thường là 0,45 hoặc 0,2 micromet làm nhiệm vụ giữ lại hoàn toàn vi sinh vật. Trong sản xuất lớn người ta còn tiến hành kiểm tra tính toàn phần của màng để kiểm soát qui trình trước và sau khi lọc nhằm đảm bảo các vi sinh vật có trong rượu được giữ lại tuyệt đối.

Bộ cột lọc 0,45 micromet - Vinosart

Với đặc điểm thành phần đặc thù chứa trong dịch rượu vang, nhằm giảm chi phí lọc trên một lít rượu và giữ nguyên hương vị rượu vang sau lên men, ngày nay người ta đã cải tiến chế tạo và đưa vào ứng dụng công nghệ màng lọc dòng chảy tiếp tuyến mà trước kia chỉ chuyên dùng để tinh chế sinh dược phẩm. Đi đầu trong công nghệ có tập đoàn Sartorius AG, một trong những nhà sản xuất màng lớn nhất thế giới mà sản phẩm đã có mặt và được khẳng định tại các nước có sản lượng sản xuất rượu vang lớn như CH Pháp, Italia, Chile, Ôxâylia, Newziland...

Nguyên lí của công nghệ lọc dòng chảy tiếp tuyến là người ta xếp song song nhiều tấm màng lọc thường có cỡ lỗ 0,45 hoặc 0,2 micromet để tạo ra một tấm lọc lớn gọi là Cassette.

Hình mô phỏng cấu tạo của cassette

Trong quá trình lọc do thiết kế đặc biệt áp lực đầu vào tạo dòng chảy rối cho nên nó tao ra dòng xoáy cuộn tròn mang các tiểu phần có kích thước lớn hơn cỡ lỗ màng đi theo khe hẹp quay trở lại tank chứa ban đầu gọi là (retentate) còn dung dịch có chứa rượu, nước và tiểu phần nhỏ hơn màng bị áp lực xoáy xuyên qua màng đi theo một đường ra tank thu gọi là (permeate).

Trong quá trình lọc người ta có thể điều khiển kết nối với nhiều tank rượu để qui trình lọc được tiến hành cả theo mẻ định sẵn hoặc cho chạy liên tục. Công suất lọc được thiết kế linh hoạt với bộ giá đỡ có khả năng giữ cơ động nhiều hoặc ít các tấm cassette phù hợp với từng mẻ lớn, nhỏ theo yêu cầu sản xuất.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lọc:

- Độ nhớt của dịch lọc

- Hàm lượng thành phần chứa trong dịch lọc

- Kỹ thuật lọc

- Công suất bơn / Lưu lượng dòng

- Vật liệu đúc màng

- áp lực đầu vào

- Độ pH của rượu

- Thời gian lọc

- Tổng dung tích lọc

- Phương pháp tẩy rửa, tái sinh màng

- Độ mạnh yếu của các ion có trong dịch lọc...

Vật liệu cấu tạo nên màng thường được dùng như Cellulose triacetate, Hydrosart, Polysulfone, Polyethersulfone (PESU), Polpropylen... các loại vật liệu khác nhau nó có những đặc tính khác nhau như: độ tương thích hóa học khác nhau, độ bền và ổn định nhiệt khác nhau, khả nặng chịu được chất tẩy rửa, khả năng hấp phụ, bám dính, chất keo.... thông thường với vật liệu như Cellulose triacetate thì độ pH thường từ 4 – 8, màng Hydrosart, Polysulfone, Polyether sulfone (PESU), Polypropylen thì chúng có khả năng tương thích cao với hóa chất phù hợp với lọc rượu, độ pH từ 2 – 14 cho nên khả năng tái sinh cao với xút nóng, giúp cho giảm thiểu giá thành lọc.

Phương pháp tái sinh màng: người ta thường dùng NaOH hoặc Ultracil để tẩy rửa màng sau mỗi mẻ lọc bằng cách ngâm chúng và tuần hoàn ở 50 – 800C sau đó tráng sạch, bảo quản tốt bằng cách ngâm chìm các tấm cassette trong cồn tinh khiết.

Hệ thống lọc dòng chảy tiếp tuyến trong sản xuất rượu vang

Tóm lại ưu điểm của phương pháp lọc dòng chảy tiếp tuyến là chi phí lọc trên một lít rượu vang thấp, nhà sản xuất có thể lọc theo mẻ hoặc lọc liên tục, hương vị rượu không bị thay đổi, công suất lọc lớn, Loại bỏ được hoàn toàn vi sinh vật ra khỏi rượu. Mẻ sản xuất càng lớn thì chi phí lọc trên một lít sản phẩm càng thấp. Nhằm hạn chế nhược điểm chi phí đầu tư thiết bị ban đầu cao tại một số nước Châu Âu người ta có dịch vụ thuê máy lọc cho mỗi vụ sản xuất để giảm thiểu nguồn đầu tư mà vẫn có được thiết bị theo yêu cầu công nghệ.

Thiết bị lọc dòng chảy tiếp tuyến công suất 300 triệu lít / năm được sử dụng tại công ty Grand Chais, CH Pháp