Technologia membranowa należy do nowych metod separacji składników i ich koncentracji, która w ostatnich latach upowszechniła się w różnych gałęziach przemysłu spożywczego.
W przemyśle winiarskim technologia membranowa stosowana jest do uzdatniania wody, tworzenia środowiska gazowego (głównie azotu) podczas konserwacji winogron, zarządzania hodowlą mikroorganizmów, koncentracji preparatów enzymatycznych, oczyszczania ścieków itp. Membranowa separacja gazów w przemyśle winiarskim może mieć trzy praktyczne zastosowania: konserwacja winogron i odpadów w regulowanym środowisku gazowym (RGS); stworzenie warunków tlenowych do fermentacji i oczyszczania ścieków oraz do rozdzielenia mieszaniny wodno-alkoholowej na alkohol i wodę (produkcja alkoholu koniakowego oraz spożywczego i technicznego). Istota konserwacji surowców w RGS polega na tym, że oprócz typowych parametrów - temperatury i wilgotności względnej - wprowadza się nowy, podstawowy parametr: wysoką zawartość azotu (95% i więcej), który jest doskonałym konserwantem dla surowców. W wyniku zmian składu atmosfery, tj. zmniejszenia ilości tlenu i zwiększenia ilości azotu, następuje zahamowanie procesów gnilnych w RGS, zahamowanie rozwoju mikroorganizmów oraz utrzymanie naturalnej odporności komórek surowca na choroby fizjologiczne. W takich RGS nie mogą bytować gryzonie, bakterie gnilne, co wydłuża okres przydatności do spożycia wszelkich surowców, a także obniża ich koszty. Technologia nawijania surowców w RGS polega na schłodzeniu surowców po załadunku do optymalnej temperatury, a następnie wytworzeniu optymalnego składu atmosfery, uwzględniającego procesy biochemiczne. Przecieki i zmiany ciśnienia barometrycznego prowadzą do wymiany powietrza w magazynie ze środowiskiem zewnętrznym, w związku z czym wzrasta stężenie tlenu wewnątrz magazynu, co prowadzi do naruszenia trybu przechowywania surowców. Membranowe instalacje separacji gazów stosowane są również do przemysłowej produkcji powietrza wzbogaconego do 90 % tlenu, co jest niezwykle istotne w technologii biologicznego oczyszczania ścieków oraz zagospodarowania brzeczki w procesach fermentacji tlenowej. W Zakładzie Biotechnologii Produktów Fermentacyjnych, Ekstraktów i Napojów Narodowego Uniwersytetu Technologii Żywności opracowano technologię przechowywania surowców w regulowanym środowisku gazowym dla przemysłu fermentacyjnego. Dla stworzenia optymalnych warunków magazynowania surowców zastosowano membranowe włókniste elementy separacji gazów, za pomocą których azot jest pobierany bezpośrednio z powietrza w miejscach magazynowania surowców. Prace w zakresie ekstrakcji alkoholu z surowców winiarskich i mieszaniny wodno-alkoholowej oraz jego oczyszczania metodami membranowymi prowadzone są w wielu krajach świata i przynoszą pozytywne rezultaty. Niemieccy naukowcy z powodzeniem przeprowadzili badania i testy przemysłowe nad ekstrakcją alkoholu z mieszanin wodno-alkoholowych w warunkach próżni przez membrany z polidimetylosiloksanu. Jednak stężenie uzyskanego alkoholu wynosiło około 50% obj. Podczas gdy czysty alkohol etylowy ma odczyn obojętny, alkohol procesowy, który zawiera różne zanieczyszczenia (kwasy, estry, aldehydy, wyższe alkohole i inne związki chemiczne), ma odczyn lekko kwaśny. Jest to ważne przy doborze membran i separacji cieczy woda-alkohol. Alkohol etylowy jest wysoce higroskopijny i dlatego miesza się z wodą w takich proporcjach, które prowadzą do kompresji mieszaniny i wydzielania ciepła. Poza tym alkohol etylowy jest dobrym rozpuszczalnikiem dla wielu związków organicznych. Alkohol etylowy spala się bladoniebieskim, lekko świecącym płomieniem bez tworzenia się sadzy. Masa cząsteczkowa alkoholu etylowego wynosi 46,07. Związki alkoholu etylowego charakteryzują się wzorem ogólnym C2H5OH i wzorem strukturalnym:
Ze wzoru wynika, że alkohol etylowy jest pochodną węglowodoru alifatycznego, etanu, w którym jeden atom wodoru zastąpiony jest grupą hydroksylową OH. Jest to powód chemicznej i reaktywności alkoholu etylowego, który pod względem niektórych właściwości jest bardzo podobny do wody. Ogólnie rzecz biorąc, właściwości chemiczne alkoholu etylowego wynikają z jego struktury i są określane przez właściwości atomu wodoru w grupie hydroksylowej. Pozycja tego atomu w cząsteczce alkoholu różni się od pozycji pozostałych atomów wodoru tym, że wszystkie one są bezpośrednio połączone z atomami węgla, podczas gdy ten atom wodoru jest połączony z węglem poprzez atom tlenu. Pozostałe właściwości alkoholu charakteryzują się zachowaniem grupy hydroksylowej i samego rodnika węglowego. W celu doboru wysokoefektywnych membran do separacji roztworów wodno-alkoholowych, konieczna jest znajomość ich cech w zakresie właściwości fizycznych i chemicznych. Tak więc, gdy woda i alkohol są zmieszane, obserwuje się kompresję ich objętości. Wartość ta jest początkowo nieznaczna, a wraz ze wzrostem stężenia alkoholu wzrasta, osiągając maksimum przy stężeniu alkoholu w roztworze 46% masowych, po czym ponownie maleje. Oczywiście, podczas rozdzielania roztworów wodno-alkoholowych, objętość składników będzie wzrastać. Ponadto podczas mieszania wody z alkoholem wydziela się ciepło, którego maksymalna wartość występuje przy stężeniu alkoholu w roztworze wynoszącym 30% maja. Oczywiste jest również, że przy rozdzielaniu roztworów wodno-alkoholowych konieczny jest dopływ ciepła, w przeciwnym razie temperatura rozdzielanych składników będzie się obniżać. D.I. Mendelejew założył i naukowo udowodnił, że przy mieszaniu wody i alkoholu występuje duża zbieżność cząsteczek tych składników, która jest znacznie większa niż w prostych mieszaninach mechanicznych i zbliża się do oddziaływania chemicznego. Jednak systemy asocjacyjne są tak kruche, że ich skład łatwo się zmienia w zależności od stężenia i temperatury. Biorąc pod uwagę występowanie maksimum przy ściskaniu roztworu wodno-alkoholowego oraz wydzielanie ciepła przy mieszaniu alkoholu z wodą, można stwierdzić, że pomiędzy tymi składnikami zachodzi oddziaływanie fizyko-chemiczne, któremu towarzyszy tworzenie się hydratów (ciepło hydratacji). Ponadto, mieszanie alkoholu z wodą w trzech odpowiednich proporcjach (C2H5ON + 6H20, co odpowiada 30% obj.; C2H5ON + ZH20, co odpowiada 46% obj. i C2H5ON + H20, co odpowiada 70% obj.) pozwoliło na stwierdzenie obecności nowych związków chemicznych. Ostatnie badania podstawowe nie potwierdziły tworzenia się nowych związków przy trzykrotnym stosunku wody do alkoholu. W rzeczywistości roztwory wodno-alkoholowe zajmują pośrednią pozycję pomiędzy mieszaniną ciał niejednorodnych a związkami chemicznymi, które składają się z tych samych cząsteczek. W roztworach wodno-alkoholowych przejawiają się tylko siły molekularne, które nie dają tak głębokich efektów jak reakcja chemiczna. Jest to różnica między roztworami wodno-alkoholowymi a związkami chemicznymi, w których siły oddziaływania chemicznego są tak duże, że dochodzi do przemiany substancji ze zmianą ich właściwości chemicznych. Z drugiej strony, roztwory wodno-alkoholowe różnią się także od mieszanin mechanicznych, w których siły molekularne w ogóle nie występują. Ogólnie rzecz biorąc, produkty asocjacji cząsteczek wody i alkoholu nie przypominają prawdziwych związków chemicznych. Dopuszczalne układy asocjacyjne woda - alkohol są na tyle nietrwałe, że ich skład łatwo ulega zmianie w zależności od stosunku tych składników w roztworze, a także od temperatury. Teoria asocjacji cząsteczek wody i alkoholu podczas ich mieszania jest uzupełniona teorią dysocjacji (rozpadu). Teoria ta wywodzi się z faktu, że cząsteczki wody i alkoholu w czystej postaci są w mniejszym lub większym stopniu związane w postaci (H20)n i (С2Н5ОН)m, a przy ich mieszaniu zachodzą procesy dysocjacji (H20)n -4 H2O n (С2Н5ОН)m - > С2Н5ОН. Procesy dysocjacji charakteryzują się ściskaniem roztworu i wydzielaniem ciepła. Tak więc w roztworach wodno-alkoholowych zjawiska dysocjacji i asocjacji zachodzą jednocześnie. Wnioski: W roztworach wodno-alkoholowych woda i alkohol tworzą złożone układy równowagowe, na które składają się kompleksy wodno-alkoholowe - hydraty, których skład i asocjacja zależą od stosunku ilościowego pomiędzy składnikami w roztworze, a także od temperatury i ciśnienia. W roztworze woda i alkohol znajdują się w stanie bardziej zdysocjowanym (rozdzielonym) niż w czystej postaci każdego ze składników w tej samej temperaturze. Jednak stan cząsteczek wody i alkoholu w ich roztworach jest inny niż w czystych składnikach, tzn. w roztworze cząsteczki te są w stanie bardziej ściśniętym niż w czystych składnikach, tzn. występuje ścisły kontakt i interakcja między cząsteczkami wody i alkoholu w ich roztworach. Wiadomo, że cząsteczki wody i alkoholu są polarne i te siły w roztworach wodno-alkoholowych pokazują ich działanie. Powstają one w atomach i cząsteczkach podczas rotacji ich elektronów. Pomiędzy molekułami działają również inne siły. W roztworach wodno-alkoholowych możliwe jest również oddziaływanie polaryzacyjne, które wynika z indukcyjnego wpływu sąsiednich cząsteczek. Istotną siłą, która występuje pomiędzy cząsteczkami wody i alkoholu w ich roztworach jest wiązanie wodorowe, dzięki któremu dwie cząsteczki wody są zorientowane jedna względem drugiej. Skumulowany efekt wszystkich tych sił międzycząsteczkowych prowadzi do powstania ciśnienia wewnętrznego w cieczy. Stwierdzono, że w roztworach woda-alkohol wiązania wodorowe wody i alkoholu są słabsze niż w poszczególnych składnikach. Jednak w wyniku rearanżacji cząsteczek w roztworach wodno-alkoholowych powstają nowe wiązania wodorowe pomiędzy cząsteczkami wody i alkoholu. Takie procesy asocjacyjne charakteryzują się wzrostem lepkości roztworów wodno-alkoholowych. Należy kontynuować badania nad separacją mieszanin lepkoalkoholowych na filtrach molekularnych oraz opracować całkowicie nową technologię produkcji alkoholu bez energochłonnej brahorektyfikacji. We Francji rząd zezwala na wykorzystanie 2 mln dal bezwodnego alkoholu surowego jako nieopodatkowanego paliwa silnikowego. Dopuszcza się dodawanie do benzyny 7-15% alkoholu. Jeśli Francja zużywa 20 mln ton benzyny rocznie, zapotrzebowanie na alkohol wynosi 3 mln ton. W celu uzyskania alkoholu absolutnego, 12 kg/dal zużywa się w zakładzie brachyrektyfikacji, a 6...6,5 kg/dal w filtrach molekularnych. We Francji istnieją udane instalacje do produkcji alkoholu - paliwa silnikowego na sitach molekularnych. Proces separacji mieszaniny woda-alkohol przeprowadza się metodą dehydratacji, to jest metodą oddzielenia cząsteczek wody od cząsteczek alkoholu, eterów, aldehydów, kwasów i olejów sivushnyh, które są alkoholem technicznym o wysokiej (96-100%) koncentracji. Mikrobiologiczna transformacja ekstraktów winogronowych opiera się również na wykorzystaniu producentów grzybów jadalnych. Grzyby z gatunku Lentinys edodes odznaczają się wysoką wartością odżywczą oraz właściwościami leczniczymi i profilaktycznymi (działanie onkostatyczne, przeciwmiażdżycowe i promieniochronne). W Instytucie "Magarach" opracowano i przetestowano w warunkach przemysłowych nową technologię komercyjnego wykorzystania grzybni i owocników grzyba L. edodes na produktach odpadowych z przetwórstwa winogron. Enoant" powinien być przypisany do najlepszych produktów z odpadów winiarskich. Jest to koncentrat spożywczy polimerów winogronowych, wykonany z wyciskanych winogron, ma wysoką aktywność przeciwutleniającą, która przekracza aktywność osocza krwi w ponad 3000 razy. Jego cena sprzedaży jest 3...4 razy niższa od cen importowanych analogów, a rentowność produkcji przekracza 300%.