活性炭對(duì)老陳醋催陳澄清作用的研究

夏瑤瑤，麻金花，閆裕峰，田 莉*，武耀文，郎繁繁，梁 楷，周景麗，張朝敏，郝靜鳳，張旭姣，楊文飛，趙彥淳

（1.山西紫林醋業(yè)股份有限公司，山西 太原 030040；2.山西省食品工業(yè)研究所，山西 太原 030024）

食醋是日常生活中必不可少的調(diào)味料。山西老陳醋以高粱、麩皮為主要原料，大曲為糖化發(fā)酵劑，經(jīng)酒精發(fā)酵后，再經(jīng)高溫固態(tài)醋酸發(fā)酵、熏醅、淋醋、陳釀等工序釀制而成。新釀的老陳醋有刺激味、口感欠柔和、香氣欠濃郁[1]；同時(shí)由于老陳醋具有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，導(dǎo)致其在貯存的過(guò)程中蛋白質(zhì)、還原糖、鐵和單寧等物質(zhì)會(huì)逐步凝聚，使老陳醋失光、渾濁甚至產(chǎn)生沉淀，嚴(yán)重影響老陳醋的感官指標(biāo)[2-3]。為了提高老陳醋的風(fēng)味，協(xié)調(diào)老陳醋味道，使醋液澄清，必須對(duì)新釀的老陳醋進(jìn)行陳釀和澄清處理。

一般老陳醋陳釀與澄清的技術(shù)是分開(kāi)實(shí)施的。老陳醋陳釀的方法有自然陳釀法與人工催陳法。自然陳釀可實(shí)現(xiàn)老陳醋色澤、香氣、滋味及體態(tài)的形成，但條件不易控制、生產(chǎn)周期長(zhǎng)[4]；在人工催陳方面，臭氧、太陽(yáng)能、超聲波等經(jīng)研究可催陳老陳醋，從而縮短陳釀時(shí)間、改善陳釀環(huán)境，但各法均存在一定的局限性，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)[5-7]。國(guó)內(nèi)外對(duì)老陳醋澄清的研究主要涉及以下幾方面：一是選擇不同的澄清劑（如殼聚糖、膨潤(rùn)土及復(fù)合澄清劑等），該法澄清速度快、成本低，但需控制用量以防止老陳醋風(fēng)味的改變；二是膜過(guò)濾技術(shù)，該技術(shù)操作簡(jiǎn)單、可保持老陳醋原有的風(fēng)味與營(yíng)養(yǎng)成分，但存在膜清洗再生困難、成本較高等問(wèn)題；三是酶技術(shù)澄清法，酶法澄清可增加老陳醋的營(yíng)養(yǎng)，但酶活性易受外界條件影響[8-11]。

活性炭是一種多孔材料，其內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，具有比表面積大、吸附能力強(qiáng)的特點(diǎn)?；钚蕴靠蛇x擇性地吸附分子質(zhì)量大、極性較強(qiáng)以及引起渾濁的物質(zhì)，一般邪雜味物質(zhì)大都極性較強(qiáng)，而呈香呈味的物質(zhì)分子質(zhì)量小、極性較弱，因此活性炭對(duì)醋液中的雜味及渾濁物有較強(qiáng)的吸附力；活性炭中含有氫、氧、氮、金屬氧化物及微量金屬元素，故活性炭還有催化的作用，可加快陳化過(guò)程中的酯化反應(yīng)、縮合反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)等的進(jìn)行，從而縮短陳釀時(shí)間；同時(shí)活性炭性質(zhì)穩(wěn)定，無(wú)毒無(wú)味，綠色環(huán)保[12-16]。因此為了改善新釀的老陳醋的風(fēng)味，使醋液澄清，可將活性炭應(yīng)用于老陳醋的催陳澄清中，以保障老陳醋的品質(zhì)。目前活性炭一般用于催陳白酒，對(duì)老陳醋的催陳作用研究較少；關(guān)于活性炭對(duì)老陳醋的澄清作用已有一定的研究，但并不全面，澄清處理工藝也不成熟。因此本試驗(yàn)以活性炭處理老陳醋，實(shí)現(xiàn)了催陳與澄清的雙重作用，同時(shí)經(jīng)響應(yīng)面法試驗(yàn)確定最優(yōu)的催陳澄清條件，以期為老陳醋的人工催陳及渾濁物的處理提供一定的技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

老陳醋：山西紫林醋業(yè)股份有限公司；YL-303 02-3活性炭（A）：南平元力活性炭有限公司；JT-201“汪洋”酒類專用活性炭（B）：重慶飛洋活性炭制造有限公司；YMT-992C酒類專用活性炭（C）：臨沂蒙潔爾活性炭有限責(zé)任公司；葡萄糖、硫酸銅、酒石酸鉀鈉、氫氧化鈉：天津歐博凱化工有限公司；鐵氰化鉀：天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所。所用試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

TU-1810紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)：北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；WGZ-800濁度計(jì)：上海昕瑞儀器儀表有限公司；AXTGL 16M醫(yī)用離心機(jī)：鹽城市安信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；78-1型磁力電熱攪拌器：江蘇榮華儀器制造有限公司；AR124CN電子天平：奧豪斯儀器有限公司；202型電熱恒溫干燥箱：天津泰斯特儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 活性炭的篩選

取50 mL老陳醋，分別添加老陳醋質(zhì)量1‰的三種活性炭，攪拌均勻后在20℃條件下處理4 h，將處理后的老陳醋5 000 r/min離心10 min，取上清液，進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定與比較，選取對(duì)老陳醋進(jìn)行催陳澄清處理的最適活性炭。

1.3.2 單因素試驗(yàn)

活性炭用量對(duì)老陳醋催陳澄清效果的影響：取50 mL老陳醋，分別添加老陳醋質(zhì)量0、0.2‰、0.4‰、0.8‰、1.0‰、1.2‰的活性炭，攪拌均勻后20℃處理4 h，將處理后的老陳醋5 000 r/min離心10 min，取上清液，進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定，確定活性炭的最佳使用量。

澄清時(shí)間對(duì)老陳醋催陳澄清效果的影響：取50 mL老陳醋，按上述試驗(yàn)確定的最適用量添加活性炭，攪拌均勻后20 ℃分別處理0、1 h、2 h、4 h、6 h、8 h，將老陳醋5 000 r/min離心10min，取上清液，進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定，確定最佳的澄清時(shí)間。

澄清溫度對(duì)老陳醋催陳澄清效果的影響：取50 mL老陳醋，按上述試驗(yàn)確定的最適用量添加活性炭，攪拌均勻后分別于20℃、30℃、40℃、50℃、60℃條件下處理上述試驗(yàn)得出的最佳澄清時(shí)間，將老陳醋5 000 r/min離心10 min，取上清液，進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定，確定最佳的澄清溫度。

1.3.3 響應(yīng)面法優(yōu)化試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)原理，選取活性炭用量（X1）、澄清時(shí)間（X2）、澄清溫度（X3）3個(gè)因素作為響應(yīng)面法的考察因素，以老陳醋的總酯含量（Y1）及透光率（Y2）作為響應(yīng)值，采用Design-Expert8.0.6軟件，設(shè)計(jì)3因素3水平17個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的響應(yīng)面分析試驗(yàn)，其編碼因素與水平見(jiàn)表1。

表1 Box-Behnken試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of Box-Behnken experiments

1.3.4 測(cè)定方法

透光率：用分光光度計(jì)在波長(zhǎng)970 nm處測(cè)定。

濁度：濁度計(jì)測(cè)定。

總酯、可溶性總固形物、總酸、還原糖、氨基酸態(tài)氮、不揮發(fā)酸、感官評(píng)價(jià)：按GB/T 19777—2013《地理標(biāo)志產(chǎn)品山西老陳醋》[17]中的方法進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 活性炭的篩選

表2 不同的活性炭對(duì)老陳醋各項(xiàng)指標(biāo)的影響Table 2 Effect of different activated carbon on the various indexes in aged vinegar

由表2可知，3種活性炭對(duì)老陳醋催陳澄清的效果不同，處理后的老陳醋可溶性固形物、還原糖與氨基酸態(tài)氮含量沒(méi)有顯著性差異；活性炭A處理后總酯最高，即活性炭的催化作用促進(jìn)了酯化反應(yīng)的進(jìn)行；透光率與濁度均反映老陳醋的澄清度，3種活性炭處理后老陳醋的透光率大小順序?yàn)锽＞A＞C，濁度為C＞A＞B，即活性炭B對(duì)老陳醋的澄清效果最好；活性炭A處理后的老陳醋總酸含量為5.71 g/100 mL，顯著高于經(jīng)活性炭B、C處理后老陳醋的總酸（P＜0.05），即活性炭B、C可能會(huì)吸附老陳醋中的部分有機(jī)酸，對(duì)總酸影響較大；活性炭A處理后不揮發(fā)酸也最高，故活性炭A的催陳效果最好；感官評(píng)價(jià)可知，老陳醋經(jīng)3種活性炭處理后體態(tài)均一、清亮、口感柔綿、無(wú)雜味。由于活性炭A對(duì)老陳醋的酸值影響小且催陳效果最好，澄清效果略低于活性炭B，因此選取活性炭A即南平元力活性炭有限公司的YL-30302-3活性炭進(jìn)行老陳醋的催陳澄清試驗(yàn)。

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 活性炭用量對(duì)老陳醋催陳澄清效果的影響

由表3可知，活性炭用量對(duì)總酸、氨基酸態(tài)氮含量沒(méi)有顯著性影響（P＞0.05）；總酯含量隨活性炭用量的增加呈先增大后減小的趨勢(shì)，當(dāng)活性炭用量為1.0‰時(shí)總酯含量最高，為3.53 g/100 mL；透光率隨活性炭用量的增加而增加，在活性炭用量為1.0‰時(shí)達(dá)最大值，繼續(xù)增加用量透光率不會(huì)持續(xù)增加；濁度隨活性炭用量的增加反而減小，在活性炭用量為1.0‰時(shí)達(dá)最小值，這是由于活性炭能夠吸附老陳醋中的渾濁物，當(dāng)吸附完全后，即達(dá)到澄清目的，繼續(xù)增加用量澄清度也不會(huì)變化；可溶性固形物及還原糖含量在活性炭用量為1.0‰時(shí)均最低，即活性炭促進(jìn)美拉德等反應(yīng)的進(jìn)行，從而消耗了還原糖，故加入活性炭起到了催陳的作用；不揮發(fā)性酸活性炭用量為1.0‰時(shí)最高；感官評(píng)價(jià)可知，老陳醋隨著活性炭用量的增加其體態(tài)變得均一，也逐漸變得清亮，酸味的刺激性減弱，口感變得柔綿，雜味消失，在活性炭用量為1.2‰時(shí)感官品質(zhì)最好，但活性炭用量為1.0‰時(shí)老陳醋已經(jīng)香氣純正。綜合考慮理化指標(biāo)及感官品質(zhì)，選擇活性炭的最佳用量為1.0‰。

表3 活性炭用量對(duì)老陳醋各項(xiàng)指標(biāo)的影響Table 3 Effect of activated carbon addition on the various indexes in aged vinegar

2.2.2 澄清時(shí)間對(duì)老陳醋催陳澄清效果的影響結(jié)果

表4 澄清時(shí)間對(duì)老陳醋各項(xiàng)指標(biāo)的影響Table 4 Effect of clarification time on the various indexes in aged vinegar

由表4可知，澄清時(shí)間對(duì)老陳醋的總酸、還原糖、氨基酸態(tài)氮含量沒(méi)有顯著性影響（P＞0.05）；總酯含量在澄清4h與6 h時(shí)最高；透光率隨澄清時(shí)間的增加呈增大的趨勢(shì)，在4 h時(shí)達(dá)最大值，濁度隨澄清時(shí)間的增加而降低，在4 h時(shí)最低，繼續(xù)增加澄清時(shí)間濁度保持不變，即處理4h活性炭對(duì)醋液中的渾濁物已吸附完全；可溶性總固形物在澄清時(shí)間為4 h時(shí)最低，故4 h時(shí)已達(dá)到澄清的效果；不揮發(fā)酸在4 h最高；感官評(píng)價(jià)可知，老陳醋的感官指標(biāo)隨澄清時(shí)間的變化發(fā)生改變，4 h時(shí)醋液體態(tài)均一、清亮、無(wú)雜味，8 h時(shí)酯香味出現(xiàn)。綜合考慮理化指標(biāo)及感官品質(zhì)，選擇澄清時(shí)間為4 h，此時(shí)老陳醋的理化指標(biāo)和感官指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到了較好的狀態(tài)。

2.2.3 澄清溫度對(duì)老陳醋催陳澄清效果的影響結(jié)果

表5 澄清溫度對(duì)老陳醋各項(xiàng)指標(biāo)的影響Table 5 Effect of clarification temperature on the various indexes in aged vinegar

由表5可知，澄清溫度對(duì)老陳醋的總酸及氨基酸態(tài)氮含量沒(méi)有顯著性影響（P＞0.05）；總酯在30℃時(shí)最高，為3.82g/100mL；透光率隨溫度的升高先增加后減小，在30℃時(shí)達(dá)最大值，為67.59%，濁度隨溫度的升高先降低后增加，在30℃時(shí)有最小值，為90.9NTU；可溶性總固形物在30℃最低；溫度越高還原糖含量越低，在60℃時(shí)還原糖最低，可能是溫度升高會(huì)促進(jìn)美拉德等反應(yīng)的進(jìn)行，從而消耗了還原糖；不揮發(fā)酸在30℃時(shí)含量較高，繼續(xù)升高澄清溫度，其含量變化不顯著（P＞0.05）；感官評(píng)價(jià)可知，老陳醋的感官指標(biāo)隨溫度的變化發(fā)生明顯的變化，溫度越高醋液越濃稠，清亮程度也下降，醋味逐漸減弱，這是由于溫度越高醋液中的一些物理化學(xué)及生物反應(yīng)加快，導(dǎo)致老陳醋的品質(zhì)發(fā)生變化。綜合考慮理化指標(biāo)及感官品質(zhì)，選擇澄清溫度為30℃。

2.3 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

表6 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 6 Design and results of Box-Behnken experiments

用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)表6的結(jié)果進(jìn)行分析，得到總酯（Y1）及透光率（Y2）的二次多項(xiàng)回歸方程：

二次回歸模型（1）的F值為11.48，P=0.0020＜0.01，模型達(dá)到了極顯著水平。失擬項(xiàng)P=0.190 3＞0.05，差異不顯著，故試驗(yàn)無(wú)失擬因素存在，可反映實(shí)際情況，所選的二次回歸模型是適合的?；貧w模型的決定系數(shù)R2=0.9365，R2adj=0.8549，說(shuō)明模型充分?jǐn)M合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，模型成立，可用此模型對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。模型的變異系數(shù)為3.06%，說(shuō)明試驗(yàn)可靠。根據(jù)回歸方程的方差分析，各因素對(duì)老陳醋總酯含量影響的主次順序?yàn)椋撼吻鍟r(shí)間＞澄清溫度＞活性炭用量。模型中X22、X32對(duì)老陳醋總酯含量的影響達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）；X2、X3、X2X3對(duì)總酯含量的影響達(dá)顯著水平（P＜0.05）；X1、X1X2、X1X3、X12對(duì)總酯沒(méi)有顯著影響（P＞0.05）。模型（2）的F值為21.90，P=0.000 3＜0.01，模型達(dá)到了極顯著水平。失擬項(xiàng)P=0.445 2＞0.05，模型是適合的。決定系數(shù)R2=0.965 7，R2adj=0.9216，此模型可對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行分析。變異系數(shù)為1.25%，試驗(yàn)可靠。各因素對(duì)透光率的影響為：活性炭用量＞澄清溫度＞澄清時(shí)間。X1、X12、X22、X32對(duì)透光率的影響達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）；X3、X1X2對(duì)透光率的影響達(dá)顯著水平（P＜0.05）；X2、X1X3、X2X3對(duì)透光率沒(méi)有顯著影響（P＞0.05）。

用Design-Expert 8.0.6軟件，根據(jù)回歸方程分析，作三維空間的曲面圖，結(jié)果分別見(jiàn)圖1和圖2。圖1、圖2反映了活性炭用量、澄清時(shí)間、澄清溫度及其之間交互作用對(duì)老陳醋的總酯含量及透光率的影響。圖1有最高點(diǎn)，即總酯有最大值，在固定其中兩因素的條件下，總酯隨著各因素的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。圖1的坡度陡峭說(shuō)明該因素對(duì)響應(yīng)值的影響較大，而坡度平緩對(duì)響應(yīng)值的影響較小，故可得出各因素對(duì)總酯含量影響的順序?yàn)椋撼吻鍟r(shí)間＞澄清溫度＞活性炭用量，與方差分析結(jié)果一致。圖2的響應(yīng)面圖有最高點(diǎn)，即老陳醋的透光率有最大值，透光率隨各因素的增加先增加后減小。根據(jù)圖2的坡度陡峭程度可得各因素對(duì)透光率影響的順序?yàn)椋夯钚蕴坑昧浚境吻鍦囟龋境吻鍟r(shí)間，與方差分析結(jié)果一致。

表7 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 7 Variance analysis of response surface experiments results

圖1 活性炭用量、澄清時(shí)間、澄清溫度交互作用對(duì)老陳醋總酯含量影響的響應(yīng)曲面與等高線Fig.1 Response surface plots and contour line of effects of interaction between activated carbon addition,clarification time and temperature on total ester contents of aged vinegar

圖2 活性炭用量、澄清時(shí)間、澄清溫度交互作用對(duì)老陳醋透光率影響的響應(yīng)曲面與等高線Fig.2 Response surface plots and contour line of effects of interaction between activated carbon addition,clarification time and temperature on light transmittance

通過(guò)響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)得到老陳醋催陳澄清的最佳工藝條件為：活性炭用量為1.06‰，澄清時(shí)間4.16 h，澄清溫度28.70℃，在此條件下，老陳醋的總酯含量為3.90 g/100 mL，透光率為69.99%?？紤]到實(shí)際操作的可行性，將工藝修正為活性炭用量1‰，澄清時(shí)間4.2 h，澄清溫度29℃。采用修正后的條件進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)，測(cè)得總酯的平均值為3.86g/100mL，透光率為69.80%，基本與預(yù)測(cè)值一致，因此，采用響應(yīng)面法得到催陳澄清老陳醋的最佳工藝條件可進(jìn)行實(shí)際的操作。

3 結(jié)論

本研究使用活性炭處理老陳醋，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，使用響應(yīng)面法優(yōu)化了老陳醋催陳澄清的條件，得出最佳的工藝參數(shù)為活性炭用量1‰，澄清時(shí)間4.2 h，澄清溫度29℃，處理后老陳醋的總酯含量為3.86 g/100 mL，透光率為69.80%，醋液體態(tài)均一、清亮、口感綿柔、香氣純正。因此使用活性炭對(duì)老陳醋進(jìn)行催陳澄清處理，可縮短陳釀的時(shí)間，同時(shí)有效去除了老陳醋中的渾濁物，提高了老陳醋的品質(zhì)。

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