摘要
探讨颇尔0.1 μm过滤精度中空纤维膜和微生物除菌滤芯的过滤组合方式对3倍浓缩的冷萃咖啡过滤、维持其生物稳定性的可行性。中空纤维膜系统在近4 h的运行时间内平均通量达到36 LMH（L/m2/h）。中空纤维的新鲜滤出液再经10英寸0.45 μm微生物精度滤芯过滤，过滤载量2500 L/m2 以上；滤出液理化指标符合要求；口感相较于传统 UHT 超高温灭菌工艺得到较大的提升，且除菌滤芯下游取样未发现指标微生物（包括大肠菌群、菌落总数、霉菌和酵母菌）。颇尔0.1 μm过滤精度中空纤维膜和0.45 μm微生物精度滤芯的过滤组合方式是目前可行的冷萃咖啡除菌过滤、维持其生物稳定性的解决方案之一。
冷萃咖啡液是通过将烘焙且研磨成粉的咖啡与水在低温下浸泡12 h以上，再经过滤萃取而成。冷萃咖啡有效地抑制了单宁因高温分解产生的焦梧酸带来的苦涩味；低温下浸泡，只有小分子风味物质被萃取，使其口感更顺滑、馥郁、层次分明、且回甘明显[1]。
国内对于冷萃咖啡的香气成分[2] ，除菌级过滤 [3]等方面均有研究。但对冷萃咖啡的无菌处理，未看到有系统的解决方案报道。本文通过中试规模的过滤实验，探索其可行性和实用性。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
冷萃咖啡3倍饮用浓度的浓缩液（糖度4.3 brix～4.4 brix，固形物含量约2%（w/w）， pH5.1～5.2） 鲜活果汁（工业）昆山有限公司。
1.2 仪器与设备
- 中空纤维中实验装置、SAS011SG23J 型号不锈钢滤壳 颇尔（中国）有限公司；
- Refracto 30 型折光糖度计；
- 便携式 pH 计；
- 台式离心机；
- WUSP-543 中空纤维膜柱（材质 PVDF，过滤精度0.1 μm，有效过滤面积8.8 m2）、10英寸 Membracart XL Ⅱ除菌滤芯两支（0.45 μm微生物过滤精度 419A045W071SP滤芯及0.2 μm微生物过滤精度 419A020W0071SP 滤芯） 颇尔（中国）有限公司。
1.3 方法
1.3.1 理化检测
咖啡糖度值和 pH 值分别采用折光糖度仪和 pH 计直接读数；固形物含量检测方法： 50 mL离心管称重，称取40 g料液至离心管后称重，在3500 rpm转速下离心10 min，离心结束后取出离心管，小心移除离心管中清夜后（勿扰动离心管壁处沉淀物），再次称重。计算出固形物含量%（w/w）。
1.3.2 微生物检测
文中微生物采样方法按照 GB4789.1 和 GB/T 4789.21 执行；菌落总数检测方法按照 GB4789.2 执行；大肠菌群检测方法按照 GB4789.3 中的平板计数法执行；霉菌和酵母菌检测方法均按照 GB4789.15 执行。
1.3.3 过滤
1.3.3.1 错流过滤澄清
保持单根纤维内线速度约1.5 m/s。通过调节中空纤维膜柱进口及滤出端压力，以使膜柱滤出液流量基本恒定或缓慢下降；当过膜压力（TMP）达到中空纤维操作限值或膜的过滤流量过低时停机。
中空纤维膜柱清洗方法 ：RO 水冲洗 → 2% NaOH 溶液（50~ 55℃) 溶液循环清洗40 min ，碱洗期间加入 H2O2 使其浓度至600 ppm进行强化冲洗 → 热水（50℃~55℃) 漂洗 → 1%柠檬酸上下游循环30 min → RO 水漂洗至中性。
1.3.3.2 直流过滤减菌
保持恒流 ，以滤芯堵塞为停机指标。中空纤维膜澄清后的新鲜咖啡分别经0.45 μ m或0.2 μ m微生物过滤精度滤芯进行过滤，滤后液进行微生物检测及 口感品评。
1.3.4 口感品评
采用盲评法。由第三方（即咖啡供应商）组织品评组进行。过滤后样品和 UHT 杀菌后样品一起进行盲评。共计10名品评人员。共分5个等级（5 → 1；分值越高表示产品越符合品评要求）。剔除最高分和最低分，计算8名品评人员的平均分值作为该样品的最终得分值。
2 结果与分析
2.1 冷萃咖啡中空纤维膜澄清过滤实验结果
两批次生产的咖啡浓缩液澄清，在相近的设定参数下，过滤澄清的批间差大。过滤前期提升过膜压力（TMP）可延缓或暂时提高膜过滤通量，但贡献有限；澄清后期提高 TMP 对过滤通量影响不大。两批次过滤比较平均通量发现，第二次过滤各时间段的通量均明显低于第一次过滤，但下降趋势趋同。见图1。提示原料的固体悬浮物含量差异大，浸泡时间与固体悬浮物或浸出物稳定性是否存在相关性有待进一步探讨。实验后膜柱按 1.3.3.1 流程进行 CIP 清洗，膜柱净水通量恢复率达到85%以上。详细试验数据见表1。
2.2 除菌滤芯过滤实验结果
滤出咖啡液的理化指标符合产品质控要求；其相较于传统 UHT超高温灭菌工艺口感得到很大提升。表明本文冷萃咖啡无菌过滤工艺（过滤精度0.1 μm中空纤维膜 → 0.45 μm微生物精度除菌滤芯）是可行的和实用性强的解决方案。
3 结语
滤出咖啡液的理化指标符合产品质控要求；其相较于传统 UHT超高温灭菌工艺口感得到很大提升。表明本文冷萃咖啡无菌过滤工艺（过滤精度0.1 μm中空纤维膜 → 0.45 μm微生物精度除菌滤芯）是可行的和实用性强的解决方案。
参考文献
[1] 刘铖珺，黄晓燕，李丽敏等，咖啡产品的加工技术研究进展[J]. 食品工业科技，2021 ，42（4）：349-355.
[2] 邢彦纯，翁键航，吴源泉等，不同萃取时间对冷萃咖啡液香气成分的影响[J]. 饮料工业，2021 ，24（1）：36-42.
[3] 张磊，宋明宇，邱瑾等. 冷萃咖啡生产中的过滤可行性研究[J]. 饮料工业，2019 ，22（5）：24-27.