活性炭處理大曲酒副產(chǎn)物黃水的研究

梁艷玲，蘇芬芬，伍彥華，林一雄

（1.廣西輕工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院，廣西南寧530031；2.廣西大學(xué)，廣西南寧530003）

活性炭處理大曲酒副產(chǎn)物黃水的研究

梁艷玲1，蘇芬芬2，伍彥華1，林一雄1

（1.廣西輕工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院，廣西南寧530031；2.廣西大學(xué)，廣西南寧530003）

黃水是固態(tài)法釀造白酒時(shí)存在于泥窖中的棕黃色黏稠液體。通過活性炭的吸附作用，不僅能有效的降低黃水的色度和化學(xué)需氧量（COD），而且在一定程度上能吸附不良?xì)馕?。利用正交?shí)驗(yàn)分析方法，得到活性炭最佳處理?xiàng)l件：3.5%（w/v）糖用活性炭在40℃下對(duì)黃水吸附20m in，最終黃水的脫色率可達(dá)67.47%（±0.24%），為后續(xù)有效成分的提取奠定了基礎(chǔ)。

大曲酒；黃水；活性炭；正交實(shí)驗(yàn)；脫色率

黃水是固態(tài)法釀造白酒時(shí)存在于泥窖中的棕黃色黏稠液體，為白酒生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物[1]。一般情況下，年產(chǎn)量上萬(wàn)噸的白酒廠家，日產(chǎn)黃水量為10 t左右。黃水含有2.3%～4.8%的殘余淀粉，2.3%～4.5%的還原糖，3.6%～5.1%的酒精，28～36 g/L的總酸（尤其是乳酸、丁酸、己酸、乙酸等羧酸含量較高），白酒香味的前體物質(zhì)，腐植質(zhì)和酵母菌體的自溶物，厭氧微生物以及活細(xì)胞等，pH值范圍在2.5～4.2[2]。

黃水中雜質(zhì)繁多且顏色很深，伴有不良?xì)馕?，每升黃水所含COD高達(dá)十幾萬(wàn)毫克[1]。因此，黃水有效成分提取的過程中，脫色除臭處理這一步驟是很必要的，不僅能有效降低黃水的色度和COD，而且在一定程度上能夠減少不良?xì)馕?，有利于后續(xù)的提取。對(duì)于有機(jī)廢水的脫色除臭處理，活性炭是最為常用的脫色劑，不同種類的活性炭孔隙結(jié)構(gòu)及表面化學(xué)結(jié)構(gòu)存在著較大的差異，活性炭的吸附效能也有著較大區(qū)別。本研究通過對(duì)活性炭處理黃水的各項(xiàng)條件進(jìn)行探討，初步得到了較為理想的處理結(jié)果。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

活性炭：種類有常規(guī)活性炭、糖用活性炭、有機(jī)酸專用活性炭3種，均為粉末狀，購(gòu)于南寧市旗科儀器儀表有限公司。

黃水樣品來(lái)自廣西某濃香型白酒生產(chǎn)企業(yè)。

試劑：甲醇，色譜純；乳酸、磷酸二氫銨、磷酸、氫氧化鈉、鹽酸、硫酸、氯化鈉，均為分析純。

主要儀器：離心機(jī)，安科生物工程（集團(tuán)）股份有限公司；數(shù)顯恒溫水浴鍋，上海精密科學(xué)儀器有限公司；循環(huán)水式真空泵，鞏義市英峪予華儀器有限公司；紫外可見分光光度計(jì)，上海尤尼柯有限公司；高效液相色譜儀，沃特世科技(上海)有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 黃水預(yù)處理

將黃水樣品在4500 r/m in條件下離心10m in，去掉沉淀，收集上清液備用。

1.2.2 黃水最佳吸收波長(zhǎng)的確定

取黃水上清液稀釋10倍，在340～560 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)以10 nm為梯度進(jìn)行檢測(cè)，記錄相應(yīng)的吸光度A，確定最大吸收峰波長(zhǎng)；同時(shí)，在不同波長(zhǎng)下對(duì)梯度稀釋的黃水進(jìn)行檢測(cè)及線性回歸分析。

1.2.3 活性炭選擇

按照2.0%（w/v）的用量分別稱取常規(guī)活性炭、糖用活性炭、有機(jī)酸用活性炭。黃水先置于數(shù)顯恒溫?cái)嚢杵黝A(yù)熱，溫度為50℃，吸附30m in后過濾，收集濾液，檢測(cè)原液和濾液吸光度A，并計(jì)算脫色率，選擇最佳活性炭。

1.2.4 預(yù)實(shí)驗(yàn)

分別在活性炭用量為0.5%～5.0%（w/v，每隔0.5%）、吸附時(shí)間為10～60m in（每隔10m in）、吸附溫度為20～90℃（每隔10℃）等條件進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，為正交實(shí)驗(yàn)確定因素水平。

1.2.5 正交實(shí)驗(yàn)方法

根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，選擇對(duì)黃水脫色效果影響較大的因素，每個(gè)因素設(shè)立3個(gè)水平，以脫色率為參考指標(biāo)，進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，確定活性炭最佳處理?xiàng)l件。根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，驗(yàn)證最佳實(shí)驗(yàn)方案。

2 結(jié)果與討論

2.1 最大吸收峰波長(zhǎng)的確定

檢測(cè)了黃水在波長(zhǎng)為340～560 nm下的吸光度A，結(jié)果表明在350 nm檢測(cè)時(shí)吸光度最高（見圖1），同時(shí)對(duì)不同濃度的黃水進(jìn)行了線性回歸分析，350 nm下回歸方程為y=-0.029x+1.893，R2=0.990，趨勢(shì)線擬合程度較高（圖2），而其他波長(zhǎng)下的R2值均小于0.990，故確定350 nm為黃水的最佳檢測(cè)波長(zhǎng)。

圖1 不同波長(zhǎng)下黃水的吸光度

2.2 最適活性炭的選擇

本實(shí)驗(yàn)選擇了3種不同的活性炭：有機(jī)酸用活性炭、常規(guī)活性炭以及糖用活性炭。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，糖用活性炭脫色效果較好，脫色率為52.2%，明顯高于有機(jī)酸用活性炭和常規(guī)活性炭的脫色率（圖3A）；通過觀察不同類型活性炭處理后黃水的顏色，也可直觀的發(fā)現(xiàn)糖用活性炭的處理效果最為理想，顏色最為澄清透明，說明大部分的色素已被活性炭吸附（圖3B）；通過氣味的判斷，糖用活性炭處理后的黃水中的不良?xì)馕兑灿忻黠@減少，因此，選擇糖用活性炭對(duì)黃水進(jìn)行脫色除臭處理。

圖2 不同濃度黃水在350 nm下的吸光度

圖3 不同類型活性炭對(duì)黃水的脫色效果

2.3 正交實(shí)驗(yàn)

2.3.1 因素水平的確定

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，對(duì)糖用活性炭吸附作用影響較大的有活性炭用量、吸附時(shí)間及吸附溫度，選取這3個(gè)條件作為考察因素，每個(gè)因素設(shè)立3個(gè)水平，按照L9（33）方案設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，見表1。

2.3.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

以脫色率為指標(biāo)，按照正交實(shí)驗(yàn)方案分組對(duì)經(jīng)過離心去除沉淀后的黃水進(jìn)行處理，結(jié)果見表2，方差分析見表3。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3 方差分析

由表2的計(jì)算結(jié)果可知，極差值為RA＞RC＞RB，影響因素主次排序?yàn)锳＞C＞B，即糖用活性炭的用量對(duì)于黃水脫色影響顯著，其次是吸附時(shí)間、吸附溫度。從表3方差分析來(lái)看，F(xiàn)B、Fc值遠(yuǎn)小于臨界值，說明吸附溫度及吸附時(shí)間對(duì)于黃水脫色過程影響并不大，隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)及吸附溫度的升高，脫色率提高不明顯且有下降的趨勢(shì)，而FA則遠(yuǎn)大于臨界值，說明活性炭的用量對(duì)于脫色過程的影響最為顯著。結(jié)合分析結(jié)果、降低能耗及節(jié)約生產(chǎn)成本等因素的考慮，確定糖用活性炭處理黃水的最佳條件組合為A3B2C2，即活性炭用量為3.5%（w/v）、吸附溫度為40℃、吸附時(shí)間為20m in。

2.3.3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

量取3份經(jīng)過預(yù)處理的黃水上清液，按照最佳處理工藝進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?；钚蕴课浇Y(jié)束后進(jìn)行過濾，收集濾液，在350 nm波長(zhǎng)下檢測(cè)吸光度A，計(jì)算出處理后的黃水脫色率，為67.47%（±0.24%），比條件優(yōu)化前提高了16%左右。

3 結(jié)論與展望

本實(shí)驗(yàn)通過利用不同活性炭對(duì)黃水脫色效果的比較，結(jié)果表明糖用活性炭處理效果最佳，由此可見，不同種類活性炭在實(shí)際應(yīng)用中是有所區(qū)分的，在使用時(shí)應(yīng)加以鑒別以節(jié)約生產(chǎn)成本。通過正交實(shí)驗(yàn)對(duì)活性炭吸附條件進(jìn)行優(yōu)化，得出結(jié)論：活性炭用量3.5%（w/v）、吸附溫度40℃、吸附時(shí)間20m in，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最終脫色率可達(dá)67.47%（±0.24%）。

黃水中所含成分極為復(fù)雜，通過離心作用可除去大部分不溶性的物質(zhì)，然而黃水的色澤及不良?xì)馕恫⒉荒芙档?；采用活性炭的吸附功能，得到了較為理想的脫色除臭效果。在活性炭吸附后的過濾過程中仍存在一些不足，如用常規(guī)濾紙過濾速度慢、時(shí)間長(zhǎng)，采用抽濾的方法則會(huì)有少量的活性炭粉末進(jìn)入濾液中，因而過濾過程仍需改進(jìn)。本實(shí)驗(yàn)為后續(xù)采用離子交換樹脂法對(duì)有機(jī)酸進(jìn)行分離提取提供了較好的基礎(chǔ)，本課題將對(duì)其進(jìn)一步探究及報(bào)道。

[1]楊瑞,周江.白酒生產(chǎn)副產(chǎn)物黃水及其開發(fā)利用現(xiàn)狀[J].釀酒科技,2008(3)：90-92.

[2]韓永勝,劉興平,敖宗華,等.濃香型白酒黃水質(zhì)量評(píng)價(jià)及檢測(cè)進(jìn)展[J].釀酒科技,2014(9)：92-95.

Treating Yellow Water with Active Carbon

LIANG Yanling1,SU Fenfen2,WU Yanhua1and LIN Yixiong1
(1.Guangxi Institute of Light Industry,Nanning,Guangxi530031;2.Guangxi University,Nanning,Guangxi 530003,China)

Yellow water,the brown and sticky muddy liquid,is the by-product in the production of Baijiu by solid-state fermentation.Treating yellow water with active carbon could not only effectively reduce the color and COD of yellow water,but also absorb the off-odor.The best conditions for active carbon treatment were summed up by orthogonal test as follows:20min absorption by 3.5%(w/v)active carbon at40℃. Asa result,the final decolorization rate of yellow water reached up to 67.47%(±0.24%).This study has laid the foundation for subsequent extraction of efficient components from yellow water.

Daqu Baijiu;yellow water;active carbon;orthogonal experiment;decolourization rate

TS262.3；TS261.4；TS261.9；X797

A

1001-9286(2017)01-0095-03

10.13746/j.njkj.2016308

廣西壯族自治區(qū)科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（桂科攻14124004-5-6）。

2016-10-19

梁艷玲（1989-），女，壯族，廣西南寧人，碩士研究生，助理工程師，主要從事食品發(fā)酵工程相關(guān)工作，E-mail：elian.12@163.com。

優(yōu)先數(shù)字出版時(shí)間：2016-11-25；地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20161125.1412.009.html。