利用粉末活性炭處理技術降低青梅酒中氰化物含量的研究

宋志雪，胡鵬剛 *，譚曉輝，龍運忠，何華婷，江飛鳳，趙玲燕

（1.黔南民族職業技術學院，貴州 都勻 558022；2.貴州大學 貴州省發酵工程與生物制藥重點實驗室，貴州 貴陽 550025；3.貴州大學 釀酒與食品工程學院，貴州 貴陽 550025；4.貴州荔波昌輝食業，貴州 荔波 558400）

青梅（Vatica mangachapoi）又稱果梅、酸梅，主要分布在我國的廣東、廣西、四川、貴州等地[1]，被譽為地球腰帶上的綠寶石——荔波盛產青梅，尤其是荔波縣黎明關鄉木朝村，生長著兩萬多畝天然野生青梅，作為全國最大的集中連片野生梅林，享有“十里梅海”之稱[2]。青梅果實營養豐富，有清除血液垃圾、預防高血壓和腦溢血等功效，還有生津止渴、增進食欲、改善腸胃功能、增強肝臟功能、防老抗衰、緩解疲勞的作用[3-6]。青梅采收季節集中、果農銷售壓力大，鮮果產品加工形式單一、產業化程度不高、機械加工產業發展嚴重滯后，嚴重制約當地經濟的發展[7]。為了提升當地特產的附加值，解決當地農產品滯銷的問題，以青梅為原料，經過發酵、分離、調配、過濾、陳釀、冷處理、滅菌等技術釀制成青梅酒[8]，其具有酒香怡人、果香濃郁、營養成分豐富、口感柔和豐滿等特點，備受消費者的青睞。

由于青梅含有氰甙類配糖體，故釀造過程中會水解產生一定量的氰化物[9]，人體攝入氰化物后，輕者會導致頭暈、頭痛、惡心、嘔吐或胸悶，重者會導致呼吸困難、昏迷甚至死亡，長期低劑量的攝入會引起智力衰退等神經系統損傷[10-11]。李超等[12]針對含氰濃度不同的廢水介紹了酸化回收法等7種含氰廢水處理方法。張明贊等[13]研究表明，可以通過預先用水浸泡原料、蒸煮時多排氣或將原料晾干等手段來降低白酒生產中氰化物的含量。仲崇波等[14]在活性炭對水解除氰的影響研究中表示，加入活性炭后，反應時間和水解溫度會顯著影響除氰率。

本試驗采用篩選出的粉末活性炭作為吸附劑，分別探索粉末活性炭的使用量、作用時間和作用溫度對青梅酒中氰化物含量的影響，同時進行青梅酒的感官評價，再利用Box-Behnken響應面試驗，以粉末活性炭使用量、作用時間和作用溫度為響應因子，以青梅酒的感官評分為響應值，確定最佳工藝。既降低了青梅酒的氰化物含量，又保證了其的風味與品質，從而為發展當地青梅特殊資源產業提供了理論參考數據，提高了青梅酒的質量及其附加價值，幫扶了農民并增加了農民收入，同時促進并帶動了貴州荔波旅游特殊青梅產業的經濟發展。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

青梅酒：貴州荔波昌輝食業；粉末活性炭：市售；酒石酸：天津市東麗區天大化學試劑廠；酚酞：天津石英鐘廠霸州市化工分廠；甲基橙、氫氧化鈉、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鈉、吡唑啉酮、氯胺T：天津市科密歐化學試劑有限公司；乙酸：成都金山化學試劑有限公司；無水乙醇：天津市富宇精細化工有限公司；異煙酸：上海滬試化工有限公司。本試驗所用化學試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

723可見分光光度計：天津冠澤科技有限公司；JJ224 BC型分析天平：常熟市雙杰測試儀器廠；DFDS-700型恒溫水浴鍋：邢臺潤聯機械設備有限公司；DB電加熱板：江蘇科析儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 粉末活性炭對青梅酒氰化物含量影響的單因素試驗

粉末活性炭添加量的確定：分別在100 mL的青梅酒中加入3 g、5 g、7 g、9 g、11 g粉末活性炭，在50 ℃條件下攪拌反應2 h，反應結束進行過濾，分別測其氰化物的含量和感官評分，考察不同粉末活性炭的添加量對青梅酒氰化物的去除效果。

作用時間的確定：在100 mL的青梅酒原液中加入7 g粉末活性炭，在50 ℃條件下分別攪拌反應1.0 h、1.5 h、2.0 h、2.5 h、3.0 h，反應結束進行過濾，分別測其氰化物的含量和感官評分，考察不同作用時間對青梅酒氰化物的去除效果。

作用溫度的確定：在100 mL的青梅酒原液中加入7 g粉末活性炭，分別在45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃、65 ℃條件下攪拌反應2 h，反應結束進行過濾，分別測其氰化物的含量和感官評分，考察不同作用溫度對青梅酒氰化物的去除效果。

1.3.2 響應面確定青梅酒氰化物的降低工藝

在單因素試驗的基礎上，以粉末活性炭處理后青梅酒的感官評分（Y）為響應值，從粉末活性炭添加量（A）、作用時間（B）和作用溫度（C）3個因素對活性炭降低青梅酒氰化物的工藝進行響應面試驗，響應面試驗因素與水平如表1所示。

表1 青梅酒氰化物含量降低工藝優化響應面試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface tests for technology optimization for the reduction of cyanide content in green plum wine

1.3.3 氰化物檢測

本試驗樣品青梅酒中氰化物含量的檢測按照GB 5009.36—2016《食品中氰化物的測定》中第一法分光光度法進行。樣品在堿性條件下加熱除去高沸點有機物，然后在pH=7.0條件下，用氯胺T將氰化物轉變為氯化氰，再與異煙酸-吡唑啉酮作用，生成藍色染料，與標準系列比較定量[15]。

1.3.4 感官評價

參照國標GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》，綜合文獻[16]制定青梅酒的感官評分標準如表2所示。邀請7位具有品評師資格證書的技術人員作為評定小組，對隨機編號的樣品進行評分，去掉最高分和最低分，取平均分，滿分為100分。

表2 青梅酒的感官評分標準Table 2 Sensory evaluation standards of green plum wine

1.3.5 數據處理

采用Origin 8.0對單因素試驗結果作圖，采用Design-Expert 8.0.6進行數據處理和分析，每組試驗做3個平行，取平均值。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果分析

2.1.1 不同粉末活性炭添加量對青梅酒中氰化物含量的影響

由圖1可知，隨著粉末活性炭添加量的增加，青梅酒中氰化物的含量逐漸降低。當粉末活性炭添加量在3～7g/100mL范圍內時，青梅酒的感官評分逐漸升高，當粉末活性炭添加量在7～11 g/100 mL范圍內時，隨著粉末活性炭的增加，感官評分迅速降低。這是因為氰化物的存在對青梅酒的口感有一定的影響，隨著粉末活性炭添加量增加，氰化物的吸附量也增加，使得青梅酒口感協調，果香味突出，所以其感官評價逐漸升高。隨著粉末活性炭添加量增加，會導致青梅酒的酸度增加，同時吸附酒中的香味物質，從而影響酒風味和口感。因此，粉末活性炭的添加量7 g/100 mL為宜。

圖1 粉末活性炭添加量對青梅酒中氰化物含量和感官評價的影響Fig.1 Effect of activated carbon powder addition on cyanide content and sensory evaluation of green plum wine

2.1.2 不同作用時間對青梅酒中氰化物含量的影響

由圖2可知，隨著粉末活性炭作用時間的延長，青梅酒中氰化物的含量逐漸降低。在1～2 h范圍內，隨著作用時間增加，青梅酒的感官評價逐漸升高，作用時間2 h后感官評分逐漸降低。這是因為初期對氰化物進行吸附時，酒的口感有所改善，香味更加突出，故感官評分升高。隨著作用時間的推移，活性炭對氰化物吸附的同時對酒中其他風味物質也進行吸附，影響酒的風味。因此，粉末活性炭的作用時間2 h為宜。

圖2 作用時間對青梅酒中氰化物含量和感官評價的影響Fig.2 Effect of action time on cyanide content and sensory evaluation of green plum wine

2.1.3 不同作用溫度對青梅酒中氰化物含量的影響

由圖3可知，隨著粉末活性炭作用溫度的升高，青梅酒中氰化物的含量逐漸降低。在45～50 ℃范圍內，隨著作用溫度的升高，青梅酒的感官評價逐漸升高，作用溫度50 ℃后感官評價逐漸降低。這是因為低溫對氰化物和酒中風味物質的吸附作用有限，隨著氰化物被吸附，酒的口感協調，故感官評分升高。隨著溫度升高活性炭對氰化物和風味物質的吸附效果增加，酒精部分揮發，酒中酸度增加，導致酒的感官評分降低。因此，粉末活性炭的作用溫度50 ℃為宜。

圖3 作用溫度對青梅酒中氰化物含量和感官評價的影響Fig.3 Effect of action temperature on cyanide content and sensory evaluation of green plum wine

2.2 響應面試驗確定青梅酒氰化物降低的工藝

2.2.1 響應面試驗設計與結果

綜合單因素試驗結果，隨著粉末活性炭使用量的增加、作用時間的延長和作用溫度的升高，氰化物的含量逐漸降低，青梅酒的感官評分也有所變化。為了在降低青梅酒氰化物含量的同時保證良好的風味口感，以粉末活性炭使用量（A）、作用時間（B）和作用溫度（C）為響應因子，以感官評價（Y）為響應值進行評價，采用3因素3水平響應面分析試驗優化，其響應面試驗設計與結果見表3。

表3 青梅酒氰化物含量降低工藝優化響應面試驗設計與結果Table 3 Design and results of response surface tests for technology optimization for the reduction of cyanide contents in green plum wine

續表

采用Design-Expert 8.0.6分析軟件對響應面試驗結果進行多元回歸擬合分析，得到青梅酒感官評價與各個因子之間的多元二次響應面回歸模型方程：

2.2.2 響應面試驗方差分析

青梅酒氰化物含量降低工藝優化響應面試驗的方差分析結果見表4。

表4 回歸模型方差分析Table 4 Variance analysis of regression model

由表4可知，本試驗建立的二次回歸方程模型P=0.0001，極顯著，失擬項P值=0.614 7＞0.05，不顯著，說明回歸方程與試驗擬合程度好[17]。根據F值的大小，分析各因素對青梅酒感官評價的影響。其中A、B、C、A2、B2和C2對青梅酒感官評價的影響極顯著（P＜0.01），交互項AB、AC和BC對青梅酒感官評價的影響不顯著（P＞0.05）；各因子對青梅酒感官評價的影響程度依次為：粉末活性炭添加量（A）＞作用溫度（C）＞作用時間（B）。

青梅酒氰化物降低工藝響應面試驗中，變異系數（coefficient of variation，CV）為1.11%，模型的決定系數R2=0.971 2，調整決定系數R2Adj=0.934 2，說明該模型擬合程度高，預測值能較好反映真實情況[18]。因此，可以用此模型對降低青梅酒中氰化物含量的工藝進行分析和預測。

2.2.3 響應面試驗各因子交互作用

青梅酒氰化降低工藝響應面各因素交互作用關系的響應面及等高線如圖4所示。等高線呈橢圓形表示兩因素交互作用顯著，等高線形狀為圓形表示兩因素交互作用可忽略[19]。由圖4可知，感官評分隨著粉末活性炭添加量、作用時間和作用溫度的變化趨勢線越陡，表示兩因素交互作用顯著，如趨勢線越平緩，表示兩因素交互作用越不顯著[20]。結果表明，對響應值而言，活性炭添加量和作用時間、活性炭添加量和作用溫度以及作用時間和作用溫度之間的交互作用不顯著（P＞0.05）。

圖4 各因素交互作用對青梅酒感官評分影響的響應曲面及等高線Fig.4 Response surface plots and contour lines of effects of interaction between each factor on sensory evaluation score of green plum wine

2.2.4 最佳工藝條件的確定

利用Design Export 8.0.6軟件對青梅酒氰化物降低工藝的數據處理與分析，最終確定降低青梅酒氰化物的最佳工藝為：粉末活性炭添加量6.34 g/100 mL，作用時間1.79 h，作用溫度53.93 ℃，該條件下感官評分理論值可達到92.1分。在實際操作過程中，按照粉末活性炭添加量6.5 g/100 mL，作用時間1.8 h，作用溫度55 ℃的條件進行3次平行驗證試驗，測定氰化物的平均含量為6.84 mg/L，比最初的29.06 mg/L降低了76.46%，滿足國家標準GB 2757—2012《蒸餾酒及其配制酒》要求；測定其感官評分實際值為90.8分，與預測值的誤差為1.41%，預測值與實際值接近，說明響應面得到的最佳工藝參數可靠。

3 結論

為了進一步降低青梅酒中氰化物的含量，給消費者提供安全健康的產品，本試驗采用對青梅酒中氰化物處理效果較好的吸附劑進行了深度生產工藝技術研究，試驗結果顯示，經過單因素試驗和響應面試驗獲得了粉末活性炭降低青梅酒中氰化物含量的最佳工藝技術條件，即粉末活性炭添加量為6.5 g/100 mL、作用時間為1.8 h，作用溫度為55 ℃。在此優化條件氰化物含量為6.84 mg/L，比最初的29.06 mg/L降低了76.46%，其感官平均分為90.8分，既保證了青梅酒中氰化物含量滿足國家標準GB 2757—2012《蒸餾酒及其配制酒》，又保存了其風味與品質。