葡萄皮渣中酒石酸的提取研究

董稼的

（甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工學(xué)院 甘肅天水 741025）

葡萄皮渣中酒石酸的提取研究

董稼的

（甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工學(xué)院 甘肅天水 741025）

以釀制葡萄酒廢棄物葡萄皮渣為原料，用溶劑提取法，對(duì)葡萄皮渣中酒石酸的浸提進(jìn)行的研究，確定其最佳料液比為1∶3（m∶V，g∶mL），提取溫度為78℃，提取時(shí)間為5h，pH值為3。浸提研究為開發(fā)新的酒石酸資源提供了依據(jù)，對(duì)葡萄的綜合利用有很高的參考價(jià)值，并且減少了環(huán)境污染，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

葡萄皮渣；酒石酸；提取

作為榨汁和釀酒加工過(guò)程的大量副產(chǎn)物葡萄皮渣，主要包括葡萄皮、果梗、種子等，約占葡萄加工量的25%～30%。國(guó)外一些葡萄酒產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，對(duì)葡萄廢棄物的研究和利用很重視，從葡萄廢棄物中提取有益的物質(zhì)，包括酚類化合物、酒石酸鹽、檸檬酸、葡萄籽油、膳食纖維等，并已應(yīng)用到食品、醫(yī)學(xué)等行業(yè)中，形成了一定的市場(chǎng)規(guī)模。

酒石酸即2,3-二羥基丁二酸，是一種用途廣泛得多羥基有機(jī)酸，為無(wú)色半透明晶體或白色細(xì)結(jié)晶粉末，有酸味，在葡萄中含量約為0.43%～0.74%。常用作食品添加劑（酸味劑、膨化劑），在紡織工業(yè)用作感光劑，在醫(yī)藥工業(yè)也有廣泛的用途。傳統(tǒng)上是用氧化法或折分法制備右旋酒石酸，這些制備方法成本較高。對(duì)葡萄渣中酒石酸的提取條件進(jìn)行了優(yōu)化研究，利用葡萄皮中含有豐富的酒石酸鹽來(lái)生產(chǎn)酒石酸，不僅成本低，而且得到的酒石酸全為右旋，能大大滿足市場(chǎng)的需求，提高經(jīng)濟(jì)效益。

1、材料與方法

1.1 材料

葡萄渣：預(yù)處理的酒渣（初次壓榨、發(fā)酵后殘?jiān)?，較粗糙，可見葡萄皮和葡萄子），葡萄采自甘肅省天水市麥積區(qū)社棠鎮(zhèn)東山葡萄基地，自釀葡萄酒所分離出的葡萄皮渣。

主要試劑：濃硫酸，碳酸鈣，氯化鈣。

主要設(shè)備：旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，布氏漏斗，WX-2 真空泵，LXJ-64-01 臺(tái)式高速離心機(jī)，電子天平，熱恒溫水浴鍋等。

1.2 方法

1.2.1 葡萄渣中酒石酸的提取

1）葡萄渣的預(yù)處理

將葡萄渣（預(yù)處理的酒渣）置于室外風(fēng)干，粉碎，裝入塑料袋中保存?zhèn)溆谩?/p>

2 ）操作

酒石酸生產(chǎn)工藝流程：葡萄渣→浸泡→加熱→分離→清液CaCO3中和→加CaCl2→澄清分離→粗酒石酸鈣→加稀硫酸酸解→沉淀→過(guò)濾→濾液濃縮→結(jié)晶→酒石酸→干燥→稱重。

具體操作如下：稱取30g葡萄渣粉末（葡萄渣粉末的含水量為5.91%），放入200mL燒杯中，按比例加入0.5mol／L的稀硫酸，調(diào)節(jié)pH值為4，攪勻，用塑料薄膜封口。將燒杯放入恒溫水浴鍋中，調(diào)節(jié)溫度為75℃，浸提3h后，趁熱用墊有濾紙的布氏漏斗抽濾，得到水溶性酒石酸鹽提取液。 棄去殘?jiān)?，將濾液倒入100mL的燒杯中，放入恒溫水浴鍋中，調(diào)節(jié)溫度到92℃。待濾液溫度到達(dá)92℃后，在充分?jǐn)嚢柘录尤脒m量的CaCO3進(jìn)行轉(zhuǎn)化，觀察濾液中的轉(zhuǎn)化反應(yīng)，待反應(yīng)平穩(wěn)后加入適量的氯化鈣，靜置30min。待濾液溫度降至室溫后，棄去上清液，在充分?jǐn)嚢柘聦⑷ルx子水倒入沉淀中，攪拌洗滌10min，放置30min后仔細(xì)傾去上清液，如此重復(fù)3次并過(guò)濾后，將沉淀在80℃下迅速烘干。將烘干后的沉淀加入4倍量的去離子水進(jìn)行攪溶，然后計(jì)算加入硫酸的量。將硫酸緩慢加入溶液中，靜置4h后進(jìn)行離心分離。所得上清液即為酒石酸溶液，將酒石酸溶液放入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中進(jìn)行減壓濃縮后，進(jìn)行冷卻結(jié)晶。次日，將析出的晶體進(jìn)行稱量，計(jì)算提取率。

計(jì)算公式：應(yīng)加硫酸溶液的質(zhì)量（g）＝98.10×酒石酸鈣質(zhì)量/(188.10×硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；提取率%＝(所得酒石酸質(zhì)量/30)×100%，其中98.10是硫酸的摩爾濃度值，188.10是酒石酸的摩爾濃度值，30是葡萄渣粉末的質(zhì)量值。

1.2.2 單因素試驗(yàn)

研究選用預(yù)處理的葡萄渣干粉，采用單因素方法研究了pH值、提取時(shí)間、料液比、提取溫度對(duì)酒石酸提取率的影響。 每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)3次。 工藝參數(shù)分別設(shè)定如下，在其他條件相同情況下，分別研究了pH值為 2、3、4、5對(duì)提取率的影響；提取時(shí)間分別為 3、4、5、6h對(duì)提取率的影響；料液比（m∶V，g∶mL，下同）分別為1∶1、1∶2、1∶3、1∶4對(duì)提取率的影響；提取溫度分別為 70、74、78、82℃ 對(duì)提取率的影響。

1.2.3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用正交試驗(yàn)分析了上述4種因素在3個(gè)水平上對(duì)葡萄渣中酒石酸提取效果的影響。

2、結(jié)果與分析

通過(guò)酒石酸提取工藝條件的單因素試驗(yàn)，提取液的pH值為3時(shí)酒石酸的提取效果最好，葡萄中的酒石酸在釀酒的過(guò)程中容易與葡萄中的鈣、鉀等離子形成酒石酸鹽，而酒石酸鹽的溶解度是隨著pH值升高而降低的。在78℃下，提取5h得到的酒石酸的量最大。因?yàn)樵谝欢ǖ臏囟葪l件下，提取時(shí)間過(guò)短，酒石酸鹽不能徹底溶解，故得率較低；如果提取時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)造成浸提液的蒸發(fā)，從而減少了酒石酸鹽的溶解量。故在一定溫度下，酒石酸的提取時(shí)間是一定的。料液比為1∶3時(shí)酒石酸的提取效果最好。葡萄渣與浸提液混合的比例既要考慮所加浸提液在數(shù)量上保證能使溶解出的酒石酸鹽充分轉(zhuǎn)移到浸提液中去，實(shí)現(xiàn)酒石酸鹽與酒渣的分離，這時(shí)的料液比應(yīng)是盡可能大的，又要考慮獲得較高濃度的酒石酸鹽溶液，以便減少濃縮時(shí)間和消耗，這時(shí)料液比應(yīng)是盡可能小的。在78℃時(shí)酒石酸的提取效果最好，根據(jù)研究，酒石酸氫鉀和酒石酸鈣的溶解度都隨溫度的降低而降低。

為了全面考察影響因素，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選出了影響酒石酸提取的4個(gè)因素：提取時(shí)間，提取溫度，pH值，料液比。設(shè)計(jì)了四因素三水平3次重復(fù)正交試驗(yàn)。

方差分析結(jié)果表明，提取時(shí)間對(duì)酒石酸提取量的影響達(dá)到了極顯著水平，而提取溫度達(dá)到了顯著水平，而pH值與料液比對(duì)酒石酸提取量的影響均未達(dá)到顯著水平。由表1可以看出，RA＞RD＞RB＞RC，即提取時(shí)間對(duì)酒石酸提取效果的影響最大，其次是提取溫度，而提取液pH值與料液比對(duì)提取效果的影響較小，即提取時(shí)間對(duì)酒石酸提取效果的影響最大，其次是提取溫度，而提取液pH值與料液比對(duì)提取效果的影響較小。提取最佳條件為料液比1∶3，提取溫度78℃，提取時(shí)間5h，pH值3。通過(guò)上述分析，正交試驗(yàn)的最佳提取條件與單因素試驗(yàn)的最佳提取條件一致。

3、小結(jié)與討論

3.1 小結(jié)

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，確定了提取酒石酸的最佳條件為料液比1∶3，提取溫度78℃，提取時(shí)間5h，pH值3。所得酒石酸為白色結(jié)晶狀粉末，無(wú)異味，略帶酸味。

3.2 討論

葡萄中酒石酸的含量大概是0.43%～0.74%，由于試驗(yàn)過(guò)程中轉(zhuǎn)化不完全，在進(jìn)行洗滌時(shí)一部分固體沉淀隨液體被倒掉，造成酒石酸的損失，以致提取率偏低。

在單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)中，提取率表現(xiàn)出來(lái)的差異是由于葡萄渣粉末中含水量的變化引起的。在后期進(jìn)行酒石酸提取條件驗(yàn)證試驗(yàn)的時(shí)候，粉末中的含水量有所降低，就使得酒石酸的提取量出現(xiàn)一定的增大。

在釀酒過(guò)程中為了保證葡萄酒的品質(zhì)，會(huì)盡量保證酒石酸鹽的溶解度，所以在葡萄渣中酒石酸的含量是有限的。而pH值與料液比是為了使酒石酸鹽最大限度的溶解在提取液中，由于含量有限，所以提取pH值與料液比對(duì)提取效果的影響也是有限的，各水平間差異未達(dá)到顯著水平。

1． 楊自嶸，等． 響應(yīng)面分析法優(yōu)化葡萄渣中酒石酸的提取工藝[J]． 中獸醫(yī)醫(yī)藥雜志． 2015(01)

2． 李力． 葡萄皮渣中酒石酸的提取工藝優(yōu)化[J]． 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)． 2013(21)

2015年甘肅省高等學(xué)?？蒲许?xiàng)目（2015A-186）階段性研究成果。