復(fù)合澄清劑澄清食醋工藝的研究

尹秀清，郎繁繁，王如福，侯紅萍*

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太谷030801；2.山西紫林醋業(yè)股份有限公司，山西 太原030400）

食醋作為一種酸性調(diào)味品，酸味柔和，口感醇厚，營(yíng)養(yǎng)豐富，其不僅具有調(diào)味功能，還具有消除疲勞、預(yù)防感冒、消炎殺菌、促進(jìn)食欲等作用，深受各地消費(fèi)者的喜歡[1-2]。但是，在食醋的釀造過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生渾濁。這是因?yàn)樵o料中的淀粉、蛋白質(zhì)、果膠、纖維素、木質(zhì)素等物質(zhì)，由于糖化發(fā)酵不徹底，而懸浮于食醋中導(dǎo)致食醋渾濁；蛋白質(zhì)在一定條件下會(huì)發(fā)生冷渾濁，當(dāng)溫度高于20 ℃時(shí)，β-球蛋白與醇溶蛋白與水結(jié)合形成氫鍵，呈現(xiàn)水溶性，當(dāng)溫度低于20 ℃時(shí)，這兩種蛋白與多酚結(jié)合，使與水形成的氫鍵產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象，從而析出形成沉淀，導(dǎo)致粗蛋白含量高；蛋白質(zhì)、果膠、單寧等會(huì)與生產(chǎn)設(shè)備中的金屬離子發(fā)生反應(yīng)，從而在食醋中生成不溶性的物質(zhì)[3-4]。此外，食醋在儲(chǔ)存過(guò)程中會(huì)發(fā)生返渾現(xiàn)象，形成二次沉淀，嚴(yán)重影響食醋的品質(zhì)[5]。因此，解決食醋的渾濁問(wèn)題對(duì)食醋產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。

目前，常用的澄清方法有澄清劑法、離心分離法、膜分離法、酶解法[6-7]。澄清劑法澄清速度快、成本低，適用于食醋的澄清。皂土是以蒙脫石為主的含水粘土礦，具有較強(qiáng)的吸附性和膨脹性，可以利用正負(fù)電荷吸引和范德華力使飲料、酒類等中的蛋白質(zhì)、色素等懸浮微粒沉淀，通過(guò)沉降過(guò)濾達(dá)到澄清效果[8-10]。硅藻土是一種有序排練的多孔性物質(zhì)，無(wú)毒無(wú)味，其表面積和孔體積較大，具有良好的吸附性，可以吸附帶正電荷的蛋白質(zhì)等離子[11]。殼聚糖是天然的陽(yáng)離子型絮凝劑，對(duì)蛋白質(zhì)等具有良好的吸附性，同時(shí)還具有成膜性、通透性和吸濕性，添加在食醋中，可消除其二次沉淀[5，12]。

為了加快澄清速度，提高穩(wěn)定性，本研究采用皂土、硅藻土、殼聚糖3種澄清劑澄清食醋，并通過(guò)響應(yīng)面法優(yōu)化復(fù)合澄清劑對(duì)食醋的澄清效果，確定最佳澄清條件，為食醋的澄清方法提供技術(shù)支持和理論依據(jù)，使食醋澄清，口感協(xié)調(diào)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新醋：山西紫林醋廠（主要原料為高粱、麩皮）。

皂土、硅藻土（化學(xué)純）：北京索萊寶科技有限公司，使用時(shí)配制成1%溶液；殼聚糖（食品級(jí)，脫乙酰度≥90.00%）：上海源葉有限公司，使用時(shí)配制成1%溶液。

1.2 儀器與設(shè)備

ST3100/B型酸度計(jì)、CP114型分析天平：奧豪斯儀器（常州）有限公司；85-2型恒溫磁力攪拌器：上海司樂(lè)電器有限公司；WGZ-1型濁度計(jì)：上海昕瑞儀器儀表有限公司；5804R型離心機(jī)：德國(guó)Eppendorf公司；HHS型電熱恒溫水浴鍋：上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠。

1.3 方法

1.3.1 單一澄清劑對(duì)食醋澄清的影響

準(zhǔn)確量取食醋100 mL于三角瓶中，分別加入不同的澄清劑，使澄清劑的質(zhì)量濃度分別為0.15 g/L、0.35 g/L、0.55 g/L、0.75 g/L、0.95 g/L、1.15 g/L、1.35 g/L，混勻，靜置48 h后4 500 r/min離心15 min，同時(shí)做3組平行，取上清液測(cè)定濁度。

1.3.2 復(fù)合澄清劑對(duì)食醋澄清的影響

準(zhǔn)確量取食醋100 mL于三角瓶中，將不同澄清劑以最佳添加量互相混合，加入食醋中，混勻，靜置48 h，4 500 r/min離心15 min，同時(shí)做3組平行，取上清液測(cè)定濁度，確定最佳復(fù)合澄清劑添加量并對(duì)其進(jìn)行復(fù)合澄清試驗(yàn)。

1.3.3 復(fù)合澄清劑澄清條件優(yōu)化單因素試驗(yàn)

復(fù)合澄清劑配比：準(zhǔn)確量取食醋20 mL，兩種澄清劑按質(zhì)量比為1∶5、1∶4、1∶3、1∶2、1∶1、2∶1、3∶1加入，混勻，45 ℃條件下處理40 min，靜置48 h，4 500 r/min離心15 min，同時(shí)做3組平行，取上清液測(cè)定其濁度，研究不同澄清劑的配比對(duì)食醋澄清度的影響。

處理溫度：準(zhǔn)確量取食醋20 mL，按復(fù)合澄清劑的最佳配比加入，混勻，分別在30 ℃、35 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃條件下處理40 min，靜置48 h，4 500 r/min離心15 min，同時(shí)做3組平行，取上清液測(cè)定其濁度，研究不同處理溫度對(duì)食醋澄清度的影響。

處理時(shí)間：準(zhǔn)確量取食醋20 mL，按復(fù)合澄清劑的最佳配比加入，混勻，置于45 ℃條件下分別處理10 min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min、70 min，靜置48 h，4 500 r/min離心15 min，同時(shí)做3組平行，取上清液測(cè)定其濁度，研究不同處理時(shí)間對(duì)食醋澄清度的影響。

1.3.4 復(fù)合澄清劑澄清條件的優(yōu)化

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用Box-Behnken中心組合試驗(yàn)原理和3因素3水平的響應(yīng)面分析法設(shè)計(jì)方案，以復(fù)合澄清劑配比（A）、處理溫度（B）、處理時(shí)間（C）為自變量，食醋的濁度（Y）為響應(yīng)值，通過(guò)Design Expert8.06 軟件確定復(fù)合澄清劑的最佳澄清條件并做驗(yàn)證試驗(yàn)。響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 復(fù)合澄清劑澄清條件優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface methodology for clarification conditions optimization of compound clarifying agent

1.3.5 測(cè)定方法

感官評(píng)價(jià)、澄清度、總酸、總酯、不揮發(fā)酸、氨基酸態(tài)氮、還原糖、可溶性固形物：按照參考文獻(xiàn)[13-18]的方法進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同澄清劑對(duì)食醋澄清的影響

由表2可知，隨著不同澄清劑添加量的增加，食醋濁度呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì)。當(dāng)皂土添加量為0.75 g/L時(shí)，食醋濁度達(dá)到最小值55.30 NTU，比原醋降低了57.59%，澄清效果最好（P＜0.05）；當(dāng)硅藻土添加量為0.55 g/L時(shí)，食醋濁度達(dá)到最小值58.60 NTU，比原醋降低了55.06%，澄清效果最佳（P＜0.05）；當(dāng)殼聚糖添加量為0.35 g/L時(shí)，食醋濁度達(dá)到最小值36.85 NTU，比原醋降低了71.74%，澄清效果最佳（P＜0.05）。

表2 不同添加量的單一澄清劑對(duì)食醋澄清效果的影響Table 2 Effect of different single clarifying agent addition on vinegar clarification

2.2 復(fù)合澄清劑對(duì)食醋澄清的影響

表3 復(fù)合澄清劑對(duì)食醋澄清效果的影響Table 3 Effect of compound clarifying agent on vinegar clarification

由表3可知，硅藻土和皂土混合后，食醋濁度為68.63NTU，相比單一澄清劑，澄清效果并無(wú)提高，反而下降，可能是由于兩種澄清劑間沒(méi)有很好的互補(bǔ)利用，而是形成了穩(wěn)定的體系懸浮于食醋中，從而影響了食醋的澄清效果。除此之外，其余混合方式均使食醋的澄清度明顯提高，其中硅藻土和殼聚糖混合后對(duì)食醋的澄清效果最好，食醋濁度為23.37 NTU，比原醋降低了82.07%（P＜0.05）。因此，選取硅藻土和殼聚糖作為復(fù)合澄清劑。

2.3 復(fù)合澄清劑的單因素試驗(yàn)

2.3.1 復(fù)合澄清劑配比對(duì)食醋澄清效果的影響

復(fù)合澄清劑（添加量0.90 g/L）配比對(duì)食醋澄清效果的影響如圖1所示。由圖1可知，隨著殼聚糖與硅藻土配比的增加，食醋的濁度呈先降低后升高的趨勢(shì)，這是由于不同澄清劑的機(jī)理不同，澄清劑復(fù)合使用時(shí)，適宜的澄清劑配比能使澄清劑之間得到合理的互補(bǔ)利用，但澄清劑配比過(guò)大，則影響了澄清劑對(duì)食醋中帶不同電荷渾濁物的相互作用，從而使食醋的濁度又增加[11，19]。當(dāng)配比為1∶1（g∶g）時(shí)，食醋濁度達(dá)到最小值6.85 NTU，澄清度明顯提高（P＜0.05）。因此，選擇殼聚糖∶硅藻土為1.0∶2、1.0∶1、1.5∶1（g∶g）進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

圖1 復(fù)合澄清劑配比對(duì)食醋澄清效果的影響Fig. 1 Effect of mass ratio of compound clarifying agent on vinegar clarification

2.3.2 處理溫度對(duì)食醋澄清效果的影響

處理溫度對(duì)食醋澄清效果的影響如圖2所示。由圖2可知，隨著處理溫度的升高，食醋濁度呈先降低后升高的趨勢(shì)，這是因?yàn)檫m宜的處理溫度能使硅藻土充分吸水膨脹，使之與殼聚糖之間更好的相互作用，使渾濁物由小顆粒變成大顆粒而沉降，從而提高了食醋的澄清度。當(dāng)處理溫度為35 ℃時(shí)，食醋濁度達(dá)到最小值4.55 NTU，澄清效果最好（P＞0.05）。因此，選擇處理溫度為30 ℃、35 ℃、40 ℃進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

圖2 復(fù)合澄清劑處理溫度對(duì)食醋澄清效果的影響Fig. 2 Effect of treatment temperature of compound clarifying agent on vinegar clarification

2.3.3 處理時(shí)間對(duì)食醋澄清效果的影響

處理時(shí)間對(duì)食醋澄清效果的影響如圖3所示。由圖3可知，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，食醋的濁度呈先降低后升高的趨勢(shì)，這可能是因?yàn)樵谒∵^(guò)程中，適當(dāng)?shù)奶幚頃r(shí)間可以使食醋中的顆粒物質(zhì)更快的沉淀，提高食醋的澄清度，相反，若處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則會(huì)使澄清劑自身形成穩(wěn)定的膠體懸浮于食醋中，從而影響了食醋的澄清度。當(dāng)處理時(shí)間為20 min時(shí)，食醋濁度達(dá)到最小值2.10 NTU，澄清效果最佳（P＜0.05）。因此，選擇處理時(shí)間為10 min、20 min、30 min進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

圖3 復(fù)合澄清劑處理時(shí)間對(duì)食醋澄清效果的影響Fig. 3 Effect of treatment time of compound clarifying agent on vinegar clarification

2.4 響應(yīng)面優(yōu)化復(fù)合澄清劑條件

本試驗(yàn)選擇響應(yīng)面法優(yōu)化復(fù)合澄清劑對(duì)食醋的澄清效果，利用多元二次回歸方程來(lái)擬合多因素試驗(yàn)中因素與響應(yīng)面之間、因素與因素之間的相互關(guān)系，通過(guò)回歸方程的分析來(lái)尋求最佳工藝參數(shù)，適宜于解決非線性數(shù)據(jù)處理的相關(guān)問(wèn)題[20-21]。

在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，以殼聚糖與硅藻土質(zhì)量比（A）、處理溫度（B）及處理時(shí)間（C）為影響因素，食醋的濁度（Y）為響應(yīng)值，利用Box-Behnken響應(yīng)面分析法設(shè)計(jì)方案。試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果如表4所示。

表4 復(fù)合澄清劑澄清條件優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 4 Design and results of response surface methodology for clarification conditions optimization of compound clarifying agent

利用Design Expert 8.06 軟件對(duì)表4的結(jié)果進(jìn)行分析，得到濁度數(shù)學(xué)模型的二次多項(xiàng)回歸方程：

該方程可用于分析各因素對(duì)響應(yīng)面的影響。項(xiàng)的系數(shù)為正時(shí)，表示該項(xiàng)對(duì)響應(yīng)面有正面影響，反之，表示該項(xiàng)對(duì)響應(yīng)面有負(fù)面影響[22]。

為了檢驗(yàn)該方程的可行性，對(duì)食醋濁度的模擬方程進(jìn)行方差分析，結(jié)果見(jiàn)表5。

由表5可知，模型達(dá)到了極顯著水平（P＜0.01），表明模型的構(gòu)建較成功。失擬項(xiàng)不顯著（P＞0.05），表明回歸方程的擬合效果較好，可以對(duì)復(fù)合澄清劑優(yōu)化澄清食醋的條件進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。復(fù)合澄清劑配比（A）、處理溫度（B）、處理時(shí)間（C）均達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），結(jié)合F值，3個(gè)因素對(duì)食醋澄清度的影響程度大小為A＞B＞C。二次項(xiàng)A2、B2、C2對(duì)食醋澄清度的影響極顯著（P＜0.01）；交互項(xiàng)AB對(duì)食醋澄清度的影響極顯著（P＜0.01）；BC對(duì)食醋澄清度的影響顯著（P＜0.05）；AC對(duì)食醋澄清度的影響不顯著（P＞0.05）。決定系數(shù)R2=0.995 6，R2Adj=0.989 9，表明此模型的預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值擬合度較好。因此，該模型可以很好的分析預(yù)測(cè)食醋濁度隨復(fù)合澄清劑配比、處理溫度、處理時(shí)間之間的變化規(guī)律。

表5 響應(yīng)面二次回歸方程方差分析Table 5 Variance analysis of response surface quadratic regression equation

響應(yīng)面圖是響應(yīng)值與各因子構(gòu)成的三維空間曲面圖，響應(yīng)面分析的等值線可以直觀反映各因素對(duì)響應(yīng)值的影響及各參數(shù)之間的相互作用[19]。等高線圖是曲面上相同的因素值在底面上形成的曲線，等高線越趨近于正圓，說(shuō)明兩者的交互作用越不顯著，等高線越趨近于橢圓，說(shuō)明兩者的交互作用越顯著[23]。根據(jù)回歸方程利用Design-Expert 8.06 軟件作出響應(yīng)面的曲面圖及等高線圖，并對(duì)其進(jìn)行分析。響應(yīng)面圖如圖4所示。

由圖4可知，當(dāng)處理時(shí)間一定時(shí)，隨著復(fù)合澄清劑配比的增大和處理溫度的升高，食醋濁度先降低后升高；等高線圖為橢圓形，說(shuō)明復(fù)合澄清劑配比與處理溫度的交互作用顯著（P＜0.05）。當(dāng)處理溫度一定時(shí)，隨著復(fù)合澄清劑配比的增大和處理時(shí)間的延長(zhǎng)，食醋濁度呈先下降后上升的趨勢(shì)；等高線圖接近正圓形，說(shuō)明復(fù)合澄清劑配比與處理時(shí)間的交互作用不顯著（P＞0.05）。當(dāng)復(fù)合澄清劑配比一定時(shí)，隨著處理溫度的升高和處理時(shí)間的延長(zhǎng)，食醋濁度先下降后升高；等高線圖為橢圓形，說(shuō)明處理溫度的升高和處理時(shí)間的交互作用顯著（P＜0.05）。結(jié)果均與方差分析中的顯著性一致，證明該模型可信度高。

圖4 復(fù)合澄清劑質(zhì)量比、處理溫度、處理時(shí)間交互作用對(duì)食醋濁度影響的響應(yīng)面和等高線圖Fig. 4 Response surface plots and contour line of effects of interaction between compound clarifying agent mass ratio, treatment temperature and time on vinegar turbidity

2.4.3 食醋最佳澄清效果的條件驗(yàn)證試驗(yàn)

利用Design-Expert 8.06 軟件分析響應(yīng)面圖，得出復(fù)合澄清劑的最優(yōu)澄清條件：復(fù)合澄清劑配比1.21∶1、處理溫度31.73 ℃、處理時(shí)間21.76 min，在此條件下食醋濁度的預(yù)測(cè)值為1.41 NTU。為方便實(shí)際操作并檢驗(yàn)其合理性，修改殼聚糖與硅藻土配比1.0∶1（g∶g）、處理溫度31 ℃、處理時(shí)間20 min為最佳澄清條件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，在此條件下得到食醋濁度為1.45 NTU，基本接近預(yù)測(cè)值，證明利用該模型優(yōu)化復(fù)合澄清劑澄清食醋的條件是可行的。

2.5 食醋澄清效果及品質(zhì)的評(píng)價(jià)

不同澄清劑對(duì)食醋的澄清效果達(dá)到最佳時(shí)，對(duì)食醋的理化指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，食醋的理化指標(biāo)變化見(jiàn)表6。復(fù)合澄清劑澄清前后對(duì)食醋的感官評(píng)價(jià)見(jiàn)表7。

由表6可知，幾種澄清劑對(duì)食醋的澄清效果均有顯著影響（P＜0.05）。澄清前后食醋的各項(xiàng)指標(biāo)均無(wú)明顯變化（P＞0.05）。復(fù)合澄清劑對(duì)食醋的澄清效果優(yōu)于單一澄清劑，食醋濁度為1.45 NTU，比原醋降低了98.89%，澄清效果達(dá)到預(yù)期。

表6 澄清方式對(duì)食醋理化指標(biāo)的影響Table 6 Effects of clarification methods on physical and chemical indexes of vinegar

表7 食醋感官評(píng)價(jià)結(jié)果Table 7 Results of sensory evaluation of vinegar

由表7可知，復(fù)合澄清后的食醋外觀呈紅棕色，色澤清亮，體態(tài)均一，澄清，香氣濃郁，酸味柔和。

3 結(jié)論

復(fù)合澄清劑對(duì)食醋的澄清效果優(yōu)于單一澄清劑，其澄清速度快，透明度高。其中殼聚糖與硅藻土作為復(fù)合澄清劑的澄清效果最好，最佳澄清條件為殼聚糖與硅藻土質(zhì)量比1.0∶1，處理溫度31 ℃，處理時(shí)間20 min。在此條件下，食醋濁度的實(shí)際值為1.45 NTU，比原醋降低了98.89%，與預(yù)測(cè)值1.41 NTU基本一致。經(jīng)復(fù)合澄清劑處理后的食醋呈紅棕色，色澤清亮，無(wú)沉淀，酸味柔和，口感協(xié)調(diào)，且理化指標(biāo)變化甚微。