超臨界CO2萃取白酒丟糟中風味物質的工藝研究

鐘錚錚

（山西省食品工業研究所，山西太原 030024）

超臨界CO2萃取白酒丟糟中風味物質的工藝研究

鐘錚錚*

（山西省食品工業研究所，山西太原 030024）

我國釀酒歷史悠久，白酒消費廣泛，目前已成為了人們日常生活中不可或缺的飲品，可見白酒行業具有很大的發展潛能。白酒是以五谷雜糧為原料發酵而成，釀酒過程中產生的一些廢棄物，如丟糟、底鍋水等在釀造后，大多被丟棄浪費，據報道丟糟每年在國內遭丟棄量就多達2000萬噸。

丟糟，俗稱酒糟，是米、麥、高梁等釀酒以后剩余的殘渣。丟糟中富含大量的香味物質成分，還有一些殘淀、蛋白質、有機酸、纖維、酯類、醇類、氨基酸等。酒廠釀酒后的丟糟一般都是直接扔棄，隨意排放，既沒有經濟效益，又會帶來環境污染，而且也是極大的資源浪費，因此研究白酒丟糟的再循環和二次利用就變得十分有意義。

決定白酒風味的關鍵物質是風味組分和微量香氣，盡管白酒中這些呈香呈味的有機化合物含量較低（有的少到微克每升量級），但它們的作用不可或缺，這些風味物質決定著白酒的口感品評結果和風格，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，是通過控制壓力和溫度，利用參數對超臨界流體溶解能力的影響，在超臨界狀態下，使CO2與待分離的物質接觸，有選擇性地將沸點高低、極性大小和分子量不同的成分方便而高效地分離出來。本研究就是利用超臨界CO2萃取原理，將丟糟中風味物質分離提取出來。將超臨界流體CO2注入萃取釜，調壓調溫使其在超臨界狀態下攜帶提取物，進入分離釜，再通過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，其優勢有：CO2來源廣泛、無毒、無臭、無味、不燃燒、可以被循環利用，價廉易得，經濟實惠；CO2化學性質很穩定、不容易與溶質發生反應；CO2的臨界點較低，基本不會破壞有效成分，CO2純度高，臨界條件容易達到；CO2臨界壓力適中，壓力范圍易于操作控制；CO2在生產中是做為一種輔助助劑存在，只參與工藝循環而無殘留，保證了提取物的質量，與其他溶劑提取法相比，所得產品更安全可靠；CO2易與溶質分離，萃取效率高且耗能較少，可以提高生產效率和降低成本。

2 超臨界CO2萃取丟糟中風味物質的工藝研究

近年來，丟糟的再利用已經越來越受釀酒企業的重視。丟糟中風味物質的提取方法較多，但一些傳統的蒸餾提取方法，由于提取物得率低、雜質高已被放棄采用；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，因其環保易操作，且無有害物質殘留，將成為最理想最可取的生產方法。但由于超臨界CO2萃取工藝在國內起步晚，應用時間短，在工藝參數的選擇方面還不夠成熟。超臨界流體萃取法，針對不同提取目的來確定最優的工藝條件，可使超臨界CO2萃取發揮最大的作用，這也是目前廣大科研工作者研究的熱點。

2.1 材料與設備

白酒丟糟：山西杏花村汾酒集團有限公司。

高純度CO2：純度≥99.99%，食品級。

試驗設備：超臨界CO2萃取設備，四川德陽四創科技有限公司。

2.2 方法與分析

2.2.1 超臨界CO2萃取小試試驗工藝流程

2.2.2 超臨界CO2萃取小試試驗工藝方案

2.2.2.1 單因素試驗方案及試驗結果

2.2.2.1.1 單因素試驗工藝方案

在萃取過程中，影響超臨界CO2萃取丟糟風味組分的因素主要包括：裝料系數、萃取溫度、萃取壓力、分離壓力、分離溫度、CO2流量等。因此，本試驗主要針對這些因素進行試驗論證，以風味物質得率和口感品評效果為評價指標，分別進行單因素試驗（即在試驗某一因素對酒糟風味物質萃取得率的影響時，其他因素均保持其水平不變），進而得出超臨界萃取丟糟風味組分工藝參數的大概合理取值范圍。

2.2.2.1.2 單因素試驗萃取工藝參數范圍

裝料系數：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 單因素試驗結果

裝料系數：裝料系數越大，所提取的風味組分得率就越少，經過驗證，裝料系數為0.6時，提取物的口感品評結果較好，因此選擇裝料系數為0.6。

萃取溫度：當萃取溫度在35℃～45℃范圍內時，提取物的得率隨著溫度的而增加，隨后當溫度大于45℃以后，得率又隨著溫度的升高而降低。經過驗證，在45℃時，提取物的口感品評結果較好，因此選擇萃取溫度為45℃。

萃取壓力：當萃取壓力在15 MPa～30 MPa時，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。經過驗證，壓力為25 MPa時，提取物的口感品評結果較好，因此選擇萃取壓力為25 MPa。

分離I溫度：當分離I溫度在35℃～45℃時，提取物得率隨分離I溫度的升高而增加，隨后當分離I溫度大于45℃后，萃取率又隨分離I溫度的升高而降低。經過驗證，當分離I溫度在45℃時，提取物的口感品評結果較好，因此選擇分離I溫度為45℃。

分離I壓力：當分離I壓力在7 MPa～10 MPa時，提取物得率隨壓力的增加而減小。經過驗證，當分離I壓力為7.5 MPa時，提取物的口感品評結果較好，因此選擇分離I壓力7.5 MPa。

CO2流量：當超臨界流體流量在10 L/h～20 L/h時，提取物得率隨流量的加大而增加，流量達到20 L/h時得率也達到了最大。經過驗證，CO2流量較低時，提取物的口感品評結果較好，因此選擇CO2流量為15 L/h。

2.2.2.2 正交試驗方案及試驗結果

2.2.2.2.1 正交試驗工藝方案

在單因素試驗結果的基礎上，選定裝料系數為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個主要影響因素，分別以風味物質得率和口感品評結果為評價指標，確立正交試驗工藝方案，得出超臨界CO2流體萃取丟糟中風味物質的最優生產工藝。正交試驗因素水平設計見表1。

表1 正交試驗因素水平表

2.2.2.2.2 正交試驗結果

丟糟中風味物質超臨界CO2萃取正交試驗結果見表2。

表2 正交試驗數據和試驗結果

由表2可知，當驗證指標以提取物得率為主時，各個主要參數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味物質的最優工藝參數是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℃。

當驗證指標以提取物的口感品評結果為主時，各個主要參數因素對口感品評結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味物質提取的最優工藝參數是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℃。

綜合上述數據研究分析可以得出，用超臨界流體CO2萃取丟糟呈香物質的最優生產工藝是：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 數據分析后的驗證試驗

依據以上數據，以超臨界CO2萃取丟糟中風味呈香物質的最優生產工藝參數為標準，按照生產流程操作，進行驗證試驗，結果見表3。

由表3可知，根據所選的參數不同，可以達到不同的指標要求。當要求口感品評結果時，一定參數下，雖然萃取率相對較低，但口感效果好；當要求提取風味呈香物質得率時，一定參數下，雖然口感相對較差，但產物得率較高。

2.2.3 中試放大試驗結果與小試試驗的對比

采用超臨界CO2中試萃取設備進行丟糟風味組分的提取試驗，選擇小試已驗證的生產工藝參數，結果如表4所示。

表4 中試和小試萃取試驗驗證結果對比

由表4可知，與小試結果對比，中試的提取物得率稍低，口感品評結果與小試相近，說明超臨界CO2萃取工藝基本上不受設備體積大小的影響，有放大的潛能。試驗結果表明，小試的工藝參數完全可以放大通用到中試設備的生產中，可作為釀酒企業工業化生產的新途徑。

3 結 論

通過對超臨界CO2萃取白酒丟糟中風味組分生產工藝技術的研究，得到以下結論。

通過單因素和正交小試試驗，確定出以提取物得率和口感品評結果為驗證指標的最優工藝參數為：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℃。

由最優生產工藝參數驗證試驗可以看出，根據所選的參數不同，可以達到不同的指標要求。當要求口感品評效果時，一定參數下，雖然萃取率相對較低，但口感效果好；當要求提取風味呈香物質得率時，一定參數下，雖然口感較差，但產物得率較高。

通過中試放大萃取試驗可知，中試的提取物得率比小試稍低，口感品評結果與小試相近。可見小試的工藝參數完全可以放大通用到中試設備的生產中，此萃取項目可作為釀酒企業工業化生產的新途徑。

4 研究意義

通過對超臨界CO2萃取白酒丟糟風味組分的工藝技術研究，得出了兩套優化的萃取生產工藝，成功地從丟糟中提取出有效酒用香料——風味呈香物質，提高白酒的質量和品質，并將傳統的釀酒操作工藝與分離應用技術很好的結合了起來，拓寬了釀酒的新渠道，是釀酒企業發展的必然趨勢，將會大大提高企業的經濟效益和社會效益。

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SupercriticalCO2extraction liquor vinasse flavor components in the research process

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

白酒發酵后可產生大量的廢棄物——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味物質，并對超臨界萃取的工藝參數進行研究。通過對試驗中一些重要因素的控制，分別以風味物質得率和口感品評效果為評價指標，確定出了兩套不同指標要求下的最優生產工藝，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；風味物質；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年畢業于中國農業大學食品質量與安全專業，工程師。

2016-11-18

修回日期：2016-11-21