殼聚糖對桑葚酒泥分離酒液的影響

許振，朱恩俊*

南京財經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院/江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心/江蘇高校糧油質(zhì)量安全控制及深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（南京 210023）

桑葚也叫桑椹、桑果、桑棗等[1]，其本質(zhì)是桑科桑屬多年生草本植物桑樹的成熟性聚合性多肉鮮果[2]，桑葚富含氨基酸、維生素及礦物質(zhì)等多種人體所需營養(yǎng)成分[3]。桑葚可以增強(qiáng)人體免疫力，同時還具有改善人體血液循環(huán)等許多功效[4]。此外，我國桑樹品種繁多，目前保存有近3 000份桑樹種質(zhì)資源[5]；種植面積廣泛，分布在全國各地[6]。隨著人們對健康生活的重視，具有多種保健功能的桑葚果實(shí)的深加工行業(yè)逐步興起，桑葚酒的開發(fā)是其中最主要的加工方式[7]。桑葚酒業(yè)的發(fā)展未來可期，但因此帶來的桑葚酒工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的副產(chǎn)物的處理方法成了一大難題。

桑葚酒泥是桑葚酒在發(fā)酵結(jié)束后、貯存期間的處理中倒罐后得到的沉淀物或殘?jiān)巧］鼐频墓I(yè)生產(chǎn)中的主要副產(chǎn)品[8]。現(xiàn)今工業(yè)生產(chǎn)桑葚酒過程中產(chǎn)生的桑葚酒泥大多用以飼料、肥料，或是直接棄置處理。桑葚酒泥中的含汁率極高，研究證明可達(dá)60%～70%，傳統(tǒng)使用酒泥過濾機(jī)進(jìn)行酒泥分離酒液的回收率不到10%[9]，因此，如何提高桑葚酒泥出汁率，是桑葚酒泥綜合開發(fā)利用的一大關(guān)鍵。殼聚糖是一種天然的陽離子型高分子絮凝劑[10]，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于紅樹莓果汁[11]、某些復(fù)合果汁[12]、食醋[13]、椪柑果酒[14]等產(chǎn)品的澄清工藝中，此外殼聚糖及其衍生物還被應(yīng)用于一些生物膜的研究中[15-17]。殼聚糖結(jié)構(gòu)中存在游離態(tài)氨基，在稀酸條件下易被質(zhì)子化而帶正電荷，表現(xiàn)出陽離子型聚電解質(zhì)的性質(zhì)，從而產(chǎn)生絮凝效果[18-19]。殼聚糖是由甲殼素經(jīng)過脫乙酰胺基處理獲得的，具有生物相容性、抗菌性、生物降解性等多種優(yōu)良特性[20]。將殼聚糖應(yīng)用到桑葚酒泥分離酒液中具有良好的發(fā)展前景。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

桑葚酒泥（句容市東方紫酒業(yè)有限公司）；殼聚糖（上海藍(lán)季科技發(fā)展有限公司）；無水葡萄糖（科密歐化學(xué)試劑有限公司）；蒽酮（國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；硫酸、無水碳酸鈉（南京化學(xué)試劑股份有限公司）；鄰苯二甲酸氫鉀、檸檬酸（西隴化工股份有限公司）；磷酸二氫鉀、氫氧化鈉（北京索萊寶科技有限公司）；酚酞（上海弘順生物科技有限公司）；沒食子酸（上海撫生生物科技有限公司）。試驗(yàn)所用水均為蒸餾水，試劑均為分析純。

U-3900型紫外可見光光度計（上海菁華儀器有限公司）；Heidolph旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（南京博然科學(xué)儀器有限公司）；HH-2型數(shù)顯恒溫水浴鍋（國華電器有限公司）；PHS-3E0酸度計（上海一恒科學(xué)儀器有限公司）；酒精計（浙江省余姚市方橋?qū)嶒?yàn)儀表廠）；SHZ-D（Ⅲ）循環(huán)水式真空泵（常州市金壇友聯(lián)儀器研究所）；PRACTUM224-1CN電子天平（德國賽多利斯公司）；電爐；等。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 桑葚酒泥含汁率測定

用洗凈干燥的喇叭口量筒（質(zhì)量為M0，g）量取100 mL桑葚酒泥樣品，測得總質(zhì)量M（g），再將其放入45 ℃烘箱中干燥至恒質(zhì)量，測得烘干后總質(zhì)量M1（g），其質(zhì)量差占比即為酒泥含汁率，多次測量取平均值，按式（1）計算桑葚酒泥含汁率。

1.2.2 桑葚酒泥分離提取

桑葚酒泥脫汁試驗(yàn)：取100 mL混合均勻的桑葚酒泥置于250 mL的燒杯中，然后加入一定量的殼聚糖，放置于水浴鍋中攪拌，并精準(zhǔn)控制溫度和時間，將處理好的桑葚酒泥倒入布氏漏斗中用真空泵進(jìn)行抽濾（每次抽濾的桑葚酒泥具體量根據(jù)布氏漏斗大小確定，濾紙上酒泥太厚會影響脫汁率），同時取100 mL桑葚酒泥樣品不添加殼聚糖進(jìn)行相同操作，作空白對照。根據(jù)抽出的濾液體積計算回收率，按式（2）計算。

1.2.3 單因素試驗(yàn)

1.2.3.1 殼聚糖添加量對桑葚酒泥分離酒液的影響

準(zhǔn)確稱取0.2，0.4，0.6，0.8和1.0 g殼聚糖，分別放置于盛有100 mL桑葚酒泥樣品的燒杯中，在25 ℃水浴鍋中低速攪拌10 min后進(jìn)行抽濾，記錄濾液體積，并計算回收率。

1.2.3.2 攪拌溫度對桑葚酒泥分離酒液的影響

準(zhǔn)確稱取0.6 g殼聚糖放置于盛有100 mL桑葚酒泥樣品的燒杯中，分別在溫度15，20，25，30和35 ℃恒溫水浴鍋中低速攪拌10 min后進(jìn)行抽濾，記錄濾液體積，并計算回收率。

1.2.3.3 攪拌時間對桑葚酒泥分離酒液的影響

準(zhǔn)確稱取0.6 g殼聚糖放置于盛有100 mL桑葚酒泥樣品的燒杯中，在25 ℃恒溫水浴鍋中，分別低速攪拌6，8，10，12，14和16 min后進(jìn)行抽濾，記錄不同攪拌時間下的濾液體積，并計算回收率。

1.2.4 正交試驗(yàn)

完成單因素試驗(yàn)并對結(jié)果進(jìn)行分析，在確定各因素最佳水平范圍的基礎(chǔ)上進(jìn)行正交試驗(yàn)。對殼聚糖添加量、攪拌溫度、攪拌時間三因素進(jìn)行考察，以最終回收率為評價指標(biāo)，進(jìn)行L9(33)正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)各因素預(yù)估水平見表1。分析試驗(yàn)結(jié)果可獲得殼聚糖分離桑葚酒泥酒液的最佳工藝條件。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表

1.2.5 驗(yàn)證試驗(yàn)

分析單因素試驗(yàn)以及正交試驗(yàn)結(jié)果，得出最終最佳水平組合之后，根據(jù)最終最佳水平組合進(jìn)行三個平行試驗(yàn)，將平行試驗(yàn)的結(jié)果與正交試驗(yàn)結(jié)果相對比，從而確定工藝是否可行。

1.2.6 殼聚糖對桑葚酒泥濾液的影響

以最佳工藝條件制備足量桑葚酒泥濾液A，同時制備足量不加入殼聚糖的空白桑葚酒泥濾液B，制備完成后避光封閉保存，備用。

1.2.6.1 殼聚糖對濾液酒精度的影響

量取A、B濾液各100 mL，分別放入蒸餾瓶中，再加入少許沸石，用旋蒸儀進(jìn)行旋蒸，收集餾出液，至體積2/3時停止旋蒸。將餾出液轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中，定容，采用酒精計法對濾液酒精度進(jìn)行測量。

1.2.6.2 殼聚糖對濾液色度的影響

分別吸取A、B濾液各10 mL，用0.45 μm微孔濾膜進(jìn)行過濾，用酸度計測定兩者pH，然后用磷酸二氫鈉和檸檬酸鈉制備出相對應(yīng)的相同pH的緩沖液，用制備出的緩沖液分別對兩種過濾后的濾液進(jìn)行10倍稀釋，最后在420，520和620 nm下測定稀釋后濾液的吸光度，三個吸光度相加得出色度（OD值）[21]。

1.2.6.3 殼聚糖對濾液總糖含量的影響

吸取0，0.1，0.2，0.4，0.6，0.8和1.0 mL的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 mg/mL），分別放置于容量瓶中，加入水定容至10 mL，再加入5 mL蒽酮硫酸試劑，搖勻后水浴加熱15 min，取出之后放入冰水浴中冷卻至室溫，測定吸光度，得出標(biāo)準(zhǔn)曲線。然后對A，B濾液進(jìn)行相同操作測定吸光度，計算出總糖含量[22]。

1.2.6.4 殼聚糖對濾液干浸出物的影響

量取A、B濾液各100 mL，放于蒸餾瓶中，用電爐小火蒸發(fā)至原體積的1/3，將剩余濾液定容至100 mL，用密度瓶測得20 ℃下的密度ρ。以ρ×1.001 8的值，查找相關(guān)手冊得出總浸出物含量。總浸出物含量與總糖含量之差即為干浸出物含量。

1.2.6.5 殼聚糖對濾液總酸含量的影響

根據(jù)GB/T 601—2016標(biāo)定氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液[23]，吸取2 mL兩種濾液樣品，分別放置于三角瓶中，加入50 mL水，滴入少許酚酞指示液，搖勻。用制備完成的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定至終點(diǎn)，顯色30 s，記錄氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液消耗量，并計算總酸含量[24]。

1.2.6.6 殼聚糖對濾液總酚含量的影響

稱取0.5 g沒食子酸，加水溶解并定容至100 mL，制備成酚原液，備用。取0，1.0，2.0，3.0和10.0 mL，分別加到100 mL容量瓶中，定容。再各吸取1 mL加入另外100 mL容量瓶中，加入50 mL水后再加5 mL福林肖卡溶液，混合均勻后加入15 mL 200 g/L碳酸鈉溶液，搖勻定容。室溫下靜置2 h。在750 nm下對各溶液進(jìn)行吸光度測定，得出標(biāo)準(zhǔn)曲線。然后對A、B濾液進(jìn)行相同操作測定吸光度，計算出總酚含量[25]。

2 結(jié)果與分析

2.1 桑葚酒泥含汁率和回收率測定

從表2可以看出，桑葚酒泥中桑葚酒的平均含量高達(dá)68.52%，同時直接進(jìn)行抽濾的桑葚酒泥酒液的平均回收率僅有24.6%。因此有效地從酒泥中分理出桑葚酒汁是合理利用桑葚酒泥的一大突破口，在減少污染的同時還能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。

表2 桑葚酒泥含汁率及回收率

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 殼聚糖添加量對桑葚酒泥分離酒液的影響

由圖1可知，在一定區(qū)間范圍內(nèi)，隨著殼聚糖添加量的增加，酒泥濾液體積逐漸增大，在0.6 g/100 mL時達(dá)到最大，此時濾液體積為44 mL，當(dāng)繼續(xù)提高殼聚糖添加量時，濾液體積逐漸減少。原因可能是殼聚糖添加量較少時，殼聚糖與酒泥不能充分接觸，從而導(dǎo)致殼聚糖不能充分發(fā)揮絮凝效果；殼聚糖用量過多時，絮體可能在沉降過程中粘連而形成的大的絮團(tuán)，使沉降阻力增大，導(dǎo)致絮凝效果不佳。

圖1 殼聚糖添加量對桑葚酒泥分離酒液的影響

2.2.2 攪拌溫度對桑葚酒泥分離酒液的影響

由圖2可知，在一定范圍內(nèi)，隨著溫度的增加，濾液體積逐漸增大，當(dāng)溫度達(dá)到25 ℃時的絮凝效果最佳，濾液體積為44 mL；當(dāng)溫度超過25 ℃時，殼聚糖絮凝效果逐漸下降。原因可能是當(dāng)溫度較低時，殼聚糖分子運(yùn)動速度相對緩慢，膠體顆粒間相互碰撞機(jī)會較少，同時也使得分布不均勻，難以形成絮體；當(dāng)溫度過高時，分子間運(yùn)動則會由于過于劇烈而碰撞頻繁，使得絮體難以穩(wěn)定，從而影響絮凝效果。

2.2.3 攪拌時間對桑葚酒泥分離酒液的影響從圖3可以看出，12 min時殼聚糖的絮凝效果能夠達(dá)到最佳，此時濾液體積為45 mL，起初濾液體積隨著攪拌時間增加而增加，當(dāng)攪拌時間超過12 min時，濾液體積開始下降。這可能是攪拌時間不足時，殼聚糖在酒泥中分布不均勻，未達(dá)到最大的接觸程度，而隨著攪拌時間的增加，殼聚糖與酒泥充分接觸，從而使得絮凝效果逐漸達(dá)到最佳，當(dāng)攪拌時間過長時，原本分散均勻的殼聚糖分子遭到破壞，從而使得絮凝效果下降甚至喪失絮凝能力，同時酒泥中已經(jīng)形成的絮體也可能因?yàn)閿嚢柽^度而破碎，降低了絮凝效果。

圖2 攪拌溫度對桑葚酒泥分離酒液的影響

圖3 攪拌時間對桑葚酒泥分離酒液的影響

2.3 正交試驗(yàn)結(jié)果

分析單因素試驗(yàn)的結(jié)果，確認(rèn)正交試驗(yàn)各因素的預(yù)估水平無誤。殼聚糖絮凝正交試驗(yàn)結(jié)果及極差分析見表3和表4。

經(jīng)Minitab 17.0軟件分析結(jié)果表明，以回收率為指標(biāo)，因素殼聚糖添加量的極差最大，表明殼聚糖添加量的影響最大，各因素對回收量的影響程度依次為A（殼聚糖添加量）＞C（攪拌時間）＞B（攪拌溫度），同時由試驗(yàn)結(jié)果表分析可知，其最佳工藝條件為A2B2C2，即殼聚糖添加量為0.6 g/100 mL，攪拌溫度為30 ℃，攪拌時間為12 min。

方差分析分析見表4。A、C因素對回收率的影響達(dá)到顯著性差異（p＜0.05），而B因素則沒有表現(xiàn)出顯著性差異。考慮到極差分析所確定的最佳水平組合，同時兼顧經(jīng)濟(jì)效益等因素，最終最佳工藝可確定為A2B1C2，即殼聚糖添加量為0.6 g/100 mL，攪拌溫度為20 ℃，攪拌時間為12 min。

表3 殼聚糖絮凝正交試驗(yàn)結(jié)果

表4 以回收率為指標(biāo)的方差分析

2.4 驗(yàn)證試驗(yàn)

根據(jù)各試驗(yàn)最終確定的最佳工藝條件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果見表5。A2B1C2的平均回收率為44.33%，比正交試驗(yàn)所得到的結(jié)果（見表3）均高，可以說明該工藝條件具有可行性。

表5 最佳水平組合平行試驗(yàn)結(jié)果

2.5 殼聚糖對桑葚酒泥濾液的影響

殼聚糖對桑葚酒泥濾液部分理化指標(biāo)的影響見表6。添加了殼聚糖的桑葚酒泥抽濾出的濾液酒精度等理化指標(biāo)略微有所下降，與不添加殼聚糖的桑葚酒泥抽濾出的濾液基本持平，即殼聚糖對桑葚酒泥分離出的酒液性質(zhì)不會產(chǎn)生顯著影響。

表6 殼聚糖對桑葚酒泥濾液的影響

3 結(jié)論

利用殼聚糖較好的絮凝能力，將殼聚糖應(yīng)用于桑葚酒泥分離酒液中，能夠極大地提高桑葚酒液的回收率。在殼聚糖添加量0.6 g/100 mL、攪拌溫度20 ℃、攪拌時間12 min條件下，工藝效果最好，回收率可超過40%。同時，加入殼聚糖之后桑葚酒泥分離得到的酒液與不添加殼聚糖所分離出的酒液理化指標(biāo)無顯著差距。因此，殼聚糖作為一種低成本且無污染的天然高分子絮凝劑，對桑葚酒泥分離酒液有著顯著的積極影響，將其應(yīng)用到桑葚酒泥分離酒液的中有著一定的研究價值，對桑葚酒泥的綜合開發(fā)利用存在一定意義。