超臨界CO2萃取白酒丟糟中風(fēng)味物質(zhì)的工藝研究

鐘錚錚

（山西省食品工業(yè)研究所，山西太原 030024）

超臨界CO2萃取白酒丟糟中風(fēng)味物質(zhì)的工藝研究

鐘錚錚*

（山西省食品工業(yè)研究所，山西太原 030024）

我國(guó)釀酒歷史悠久，白酒消費(fèi)廣泛，目前已成為了人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡娘嬈?，可?jiàn)白酒行業(yè)具有很大的發(fā)展?jié)撃?。白酒是以五谷雜糧為原料發(fā)酵而成，釀酒過(guò)程中產(chǎn)生的一些廢棄物，如丟糟、底鍋水等在釀造后，大多被丟棄浪費(fèi)，據(jù)報(bào)道丟糟每年在國(guó)內(nèi)遭丟棄量就多達(dá)2000萬(wàn)噸。

丟糟，俗稱(chēng)酒糟，是米、麥、高梁等釀酒以后剩余的殘?jiān)?。丟糟中富含大量的香味物質(zhì)成分，還有一些殘淀、蛋白質(zhì)、有機(jī)酸、纖維、酯類(lèi)、醇類(lèi)、氨基酸等。酒廠(chǎng)釀酒后的丟糟一般都是直接扔棄，隨意排放，既沒(méi)有經(jīng)濟(jì)效益，又會(huì)帶來(lái)環(huán)境污染，而且也是極大的資源浪費(fèi)，因此研究白酒丟糟的再循環(huán)和二次利用就變得十分有意義。

決定白酒風(fēng)味的關(guān)鍵物質(zhì)是風(fēng)味組分和微量香氣，盡管白酒中這些呈香呈味的有機(jī)化合物含量較低（有的少到微克每升量級(jí)），但它們的作用不可或缺，這些風(fēng)味物質(zhì)決定著白酒的口感品評(píng)結(jié)果和風(fēng)格，在基酒勾兌中起著舉足輕重的作用。

1 超臨界流體CO2萃取工藝

1.1 超臨界流體萃取工藝的原理

超臨界CO2萃取原理，是通過(guò)控制壓力和溫度，利用參數(shù)對(duì)超臨界流體溶解能力的影響，在超臨界狀態(tài)下，使CO2與待分離的物質(zhì)接觸，有選擇性地將沸點(diǎn)高低、極性大小和分子量不同的成分方便而高效地分離出來(lái)。本研究就是利用超臨界CO2萃取原理，將丟糟中風(fēng)味物質(zhì)分離提取出來(lái)。將超臨界流體CO2注入萃取釜，調(diào)壓調(diào)溫使其在超臨界狀態(tài)下攜帶提取物，進(jìn)入分離釜，再通過(guò)減壓解析出呈香提取物。

1.2 選擇適宜的超臨界流體

本研究選用CO2作為超臨界流體，其優(yōu)勢(shì)有：CO2來(lái)源廣泛、無(wú)毒、無(wú)臭、無(wú)味、不燃燒、可以被循環(huán)利用，價(jià)廉易得，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠；CO2化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定、不容易與溶質(zhì)發(fā)生反應(yīng)；CO2的臨界點(diǎn)較低，基本不會(huì)破壞有效成分，CO2純度高，臨界條件容易達(dá)到；CO2臨界壓力適中，壓力范圍易于操作控制；CO2在生產(chǎn)中是做為一種輔助助劑存在，只參與工藝循環(huán)而無(wú)殘留，保證了提取物的質(zhì)量，與其他溶劑提取法相比，所得產(chǎn)品更安全可靠；CO2易與溶質(zhì)分離，萃取效率高且耗能較少，可以提高生產(chǎn)效率和降低成本。

2 超臨界CO2萃取丟糟中風(fēng)味物質(zhì)的工藝研究

近年來(lái)，丟糟的再利用已經(jīng)越來(lái)越受釀酒企業(yè)的重視。丟糟中風(fēng)味物質(zhì)的提取方法較多，但一些傳統(tǒng)的蒸餾提取方法，由于提取物得率低、雜質(zhì)高已被放棄采用；而一些溶劑法，提取工藝雖然較成熟，但加工溫度較高，有效成分易遭到破壞，并且有溶劑殘留，也被逐漸放棄。

超臨界CO2萃取法作為一種新興的提取工藝，因其環(huán)保易操作，且無(wú)有害物質(zhì)殘留，將成為最理想最可取的生產(chǎn)方法。但由于超臨界CO2萃取工藝在國(guó)內(nèi)起步晚，應(yīng)用時(shí)間短，在工藝參數(shù)的選擇方面還不夠成熟。超臨界流體萃取法，針對(duì)不同提取目的來(lái)確定最優(yōu)的工藝條件，可使超臨界CO2萃取發(fā)揮最大的作用，這也是目前廣大科研工作者研究的熱點(diǎn)。

2.1 材料與設(shè)備

白酒丟糟：山西杏花村汾酒集團(tuán)有限公司。

高純度CO2：純度≥99.99%，食品級(jí)。

試驗(yàn)設(shè)備：超臨界CO2萃取設(shè)備，四川德陽(yáng)四創(chuàng)科技有限公司。

2.2 方法與分析

2.2.1 超臨界CO2萃取小試試驗(yàn)工藝流程

2.2.2 超臨界CO2萃取小試試驗(yàn)工藝方案

2.2.2.1 單因素試驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果

2.2.2.1.1 單因素試驗(yàn)工藝方案

在萃取過(guò)程中，影響超臨界CO2萃取丟糟風(fēng)味組分的因素主要包括：裝料系數(shù)、萃取溫度、萃取壓力、分離壓力、分離溫度、CO2流量等。因此，本試驗(yàn)主要針對(duì)這些因素進(jìn)行試驗(yàn)論證，以風(fēng)味物質(zhì)得率和口感品評(píng)效果為評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別進(jìn)行單因素試驗(yàn)（即在試驗(yàn)?zāi)骋灰蛩貙?duì)酒糟風(fēng)味物質(zhì)萃取得率的影響時(shí)，其他因素均保持其水平不變），進(jìn)而得出超臨界萃取丟糟風(fēng)味組分工藝參數(shù)的大概合理取值范圍。

2.2.2.1.2 單因素試驗(yàn)萃取工藝參數(shù)范圍

裝料系數(shù)：0.4～0.9；

萃取溫度：30℃～50℃；

萃取壓力：13 MPa～33 MPa；

分離I的溫度：30℃～50℃；

分離 I的壓力：6 MPa～11 MPa；

CO2流量：9 L/h～22 L/h。

2.2.2.1.3 單因素試驗(yàn)結(jié)果

裝料系數(shù)：裝料系數(shù)越大，所提取的風(fēng)味組分得率就越少，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，裝料系數(shù)為0.6時(shí)，提取物的口感品評(píng)結(jié)果較好，因此選擇裝料系數(shù)為0.6。

萃取溫度：當(dāng)萃取溫度在35℃～45℃范圍內(nèi)時(shí)，提取物的得率隨著溫度的而增加，隨后當(dāng)溫度大于45℃以后，得率又隨著溫度的升高而降低。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，在45℃時(shí)，提取物的口感品評(píng)結(jié)果較好，因此選擇萃取溫度為45℃。

萃取壓力：當(dāng)萃取壓力在15 MPa～30 MPa時(shí)，提取物得率隨壓力的加大而增加，隨后萃取率又隨著壓力的加大而降低。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，壓力為25 MPa時(shí)，提取物的口感品評(píng)結(jié)果較好，因此選擇萃取壓力為25 MPa。

分離I溫度：當(dāng)分離I溫度在35℃～45℃時(shí)，提取物得率隨分離I溫度的升高而增加，隨后當(dāng)分離I溫度大于45℃后，萃取率又隨分離I溫度的升高而降低。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，當(dāng)分離I溫度在45℃時(shí)，提取物的口感品評(píng)結(jié)果較好，因此選擇分離I溫度為45℃。

分離I壓力：當(dāng)分離I壓力在7 MPa～10 MPa時(shí)，提取物得率隨壓力的增加而減小。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，當(dāng)分離I壓力為7.5 MPa時(shí)，提取物的口感品評(píng)結(jié)果較好，因此選擇分離I壓力7.5 MPa。

CO2流量：當(dāng)超臨界流體流量在10 L/h～20 L/h時(shí)，提取物得率隨流量的加大而增加，流量達(dá)到20 L/h時(shí)得率也達(dá)到了最大。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，CO2流量較低時(shí)，提取物的口感品評(píng)結(jié)果較好，因此選擇CO2流量為15 L/h。

2.2.2.2 正交試驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果

2.2.2.2.1 正交試驗(yàn)工藝方案

在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，選定裝料系數(shù)為0.6，分離I壓力為7.5 MPa，以萃取壓力、萃取溫度、CO2流量、分離I溫度為4個(gè)主要影響因素，分別以風(fēng)味物質(zhì)得率和口感品評(píng)結(jié)果為評(píng)價(jià)指標(biāo)，確立正交試驗(yàn)工藝方案，得出超臨界CO2流體萃取丟糟中風(fēng)味物質(zhì)的最優(yōu)生產(chǎn)工藝。正交試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表

2.2.2.2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

丟糟中風(fēng)味物質(zhì)超臨界CO2萃取正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)結(jié)果

由表2可知，當(dāng)驗(yàn)證指標(biāo)以提取物得率為主時(shí)，各個(gè)主要參數(shù)因素的影響順序是萃取溫度＞萃取壓力＞CO2流量＞分離I溫度。故可以確定出提取丟糟中風(fēng)味物質(zhì)的最優(yōu)工藝參數(shù)是A2B2C3D2，即萃取壓力25 MPa，萃取溫度45℃，CO2流量20 L/h，分離I溫度45℃。

當(dāng)驗(yàn)證指標(biāo)以提取物的口感品評(píng)結(jié)果為主時(shí)，各個(gè)主要參數(shù)因素對(duì)口感品評(píng)結(jié)果的影響順序是分離I溫度＞CO2流量＞萃取壓力＞萃取溫度。故可以確定出丟糟中風(fēng)味物質(zhì)提取的最優(yōu)工藝參數(shù)是A2B2C1D2，也就是萃取壓力25 MPa，萃取溫度45℃，CO2流量10 L/h，分離I溫度45℃。

綜合上述數(shù)據(jù)研究分析可以得出，用超臨界流體CO2萃取丟糟呈香物質(zhì)的最優(yōu)生產(chǎn)工藝是：萃取壓力25 MPa，萃取溫度45℃，CO2流量10 L/h和20 L/h，分離I溫度45℃。

2.2.2.3 數(shù)據(jù)分析后的驗(yàn)證試驗(yàn)

依據(jù)以上數(shù)據(jù)，以超臨界CO2萃取丟糟中風(fēng)味呈香物質(zhì)的最優(yōu)生產(chǎn)工藝參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，按照生產(chǎn)流程操作，進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可知，根據(jù)所選的參數(shù)不同，可以達(dá)到不同的指標(biāo)要求。當(dāng)要求口感品評(píng)結(jié)果時(shí)，一定參數(shù)下，雖然萃取率相對(duì)較低，但口感效果好；當(dāng)要求提取風(fēng)味呈香物質(zhì)得率時(shí)，一定參數(shù)下，雖然口感相對(duì)較差，但產(chǎn)物得率較高。

2.2.3 中試放大試驗(yàn)結(jié)果與小試試驗(yàn)的對(duì)比

采用超臨界CO2中試萃取設(shè)備進(jìn)行丟糟風(fēng)味組分的提取試驗(yàn)，選擇小試已驗(yàn)證的生產(chǎn)工藝參數(shù)，結(jié)果如表4所示。

表4 中試和小試萃取試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果對(duì)比

由表4可知，與小試結(jié)果對(duì)比，中試的提取物得率稍低，口感品評(píng)結(jié)果與小試相近，說(shuō)明超臨界CO2萃取工藝基本上不受設(shè)備體積大小的影響，有放大的潛能。試驗(yàn)結(jié)果表明，小試的工藝參數(shù)完全可以放大通用到中試設(shè)備的生產(chǎn)中，可作為釀酒企業(yè)工業(yè)化生產(chǎn)的新途徑。

3 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)超臨界CO2萃取白酒丟糟中風(fēng)味組分生產(chǎn)工藝技術(shù)的研究，得到以下結(jié)論。

通過(guò)單因素和正交小試試驗(yàn)，確定出以提取物得率和口感品評(píng)結(jié)果為驗(yàn)證指標(biāo)的最優(yōu)工藝參數(shù)為：萃取壓力25 MPa，萃取溫度45℃，CO2流量20 L/h和10 L/h，分離I溫度45℃。

由最優(yōu)生產(chǎn)工藝參數(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)可以看出，根據(jù)所選的參數(shù)不同，可以達(dá)到不同的指標(biāo)要求。當(dāng)要求口感品評(píng)效果時(shí)，一定參數(shù)下，雖然萃取率相對(duì)較低，但口感效果好；當(dāng)要求提取風(fēng)味呈香物質(zhì)得率時(shí)，一定參數(shù)下，雖然口感較差，但產(chǎn)物得率較高。

通過(guò)中試放大萃取試驗(yàn)可知，中試的提取物得率比小試稍低，口感品評(píng)結(jié)果與小試相近?？梢?jiàn)小試的工藝參數(shù)完全可以放大通用到中試設(shè)備的生產(chǎn)中，此萃取項(xiàng)目可作為釀酒企業(yè)工業(yè)化生產(chǎn)的新途徑。

4 研究意義

通過(guò)對(duì)超臨界CO2萃取白酒丟糟風(fēng)味組分的工藝技術(shù)研究，得出了兩套優(yōu)化的萃取生產(chǎn)工藝，成功地從丟糟中提取出有效酒用香料——風(fēng)味呈香物質(zhì)，提高白酒的質(zhì)量和品質(zhì)，并將傳統(tǒng)的釀酒操作工藝與分離應(yīng)用技術(shù)很好的結(jié)合了起來(lái)，拓寬了釀酒的新渠道，是釀酒企業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，將會(huì)大大提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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SupercriticalCO2extraction liquor vinasse flavor components in the research process

ZHONG Zhengzheng*
（Shanxi institute offood industry，Shanxi Taiyuan 030024，China）

白酒發(fā)酵后可產(chǎn)生大量的廢棄物——丟糟，以白酒丟糟為原料，采用超臨界流體（CO2）萃取丟糟中可作為酒用香料的風(fēng)味物質(zhì)，并對(duì)超臨界萃取的工藝參數(shù)進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)中一些重要因素的控制，分別以風(fēng)味物質(zhì)得率和口感品評(píng)效果為評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定出了兩套不同指標(biāo)要求下的最優(yōu)生產(chǎn)工藝，即萃取壓力25 MPa，萃取溫度45℃，CO2流量20 L/h和10 L/h，分離I溫度45℃。

超臨界萃取；風(fēng)味物質(zhì)；萃取率；白酒丟糟；工藝研究

White wine after fermentation toproduce large amounts ofwaste-worse,this topic is based on this worse as rawmaterial,adopts the single factor test and orthogonal test,the extraction bysupercritical fluid(CO2)throwbad can be used as a wine with spices flavor substances,and research's test technology of supercritical fluid extraction(SFE).And through thetest of thecontrol of someimportantfactorson theyield and textureofflavor substances effect evaluation as evaluation indicators,identifytwoset ofperfect production process:the extraction pressure to25 MPa,extraction tempera ture45℃,CO2flowrateof20L/hor10L/h,separation Itemperature45℃.

liquor vinasse；supercritical CO2；flavor compound；extraction rate； taste the effect

TS262.3

A

1673-6044（2017）01-0044-04

10.3969/j.issn.1673-6044.2017.01.013

*鐘錚錚，女，1971年出生，2012年畢業(yè)于中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品質(zhì)量與安全專(zhuān)業(yè)，工程師。

2016-11-18

修回日期：2016-11-21