超临界CO2萃取白酒丢糟中风味物质的工艺研究

钟铮铮

（山西省食品工业研究所，山西太原 030024）

超临界CO2萃取白酒丢糟中风味物质的工艺研究

钟铮铮*

（山西省食品工业研究所，山西太原 030024）

我国酿酒历史悠久，白酒消费广泛，目前已成为了人们日常生活中不可或缺的饮品，可见白酒行业具有很大的发展潜能。白酒是以五谷杂粮为原料发酵而成，酿酒过程中产生的一些废弃物，如丢糟、底锅水等在酿造后，大多被丢弃浪费，据报道丢糟每年在国内遭丢弃量就多达2000万吨。

丢糟，俗称酒糟，是米、麦、高梁等酿酒以后剩余的残渣。丢糟中富含大量的香味物质成分，还有一些残淀、蛋白质、有机酸、纤维、酯类、醇类、氨基酸等。酒厂酿酒后的丢糟一般都是直接扔弃，随意排放，既没有经济效益，又会带来环境污染，而且也是极大的资源浪费，因此研究白酒丢糟的再循环和二次利用就变得十分有意义。

决定白酒风味的关键物质是风味组分和微量香气，尽管白酒中这些呈香呈味的有机化合物含量较低（有的少到微克每升量级），但它们的作用不可或缺，这些风味物质决定着白酒的口感品评结果和风格，在基酒勾兑中起着举足轻重的作用。

1 超临界流体CO2萃取工艺

1.1 超临界流体萃取工艺的原理

超临界CO2萃取原理，是通过控制压力和温度，利用参数对超临界流体溶解能力的影响，在超临界状态下，使CO2与待分离的物质接触，有选择性地将沸点高低、极性大小和分子量不同的成分方便而高效地分离出来。本研究就是利用超临界CO2萃取原理，将丢糟中风味物质分离提取出来。将超临界流体CO2注入萃取釜，调压调温使其在超临界状态下携带提取物，进入分离釜，再通过减压解析出呈香提取物。

1.2 选择适宜的超临界流体

本研究选用CO2作为超临界流体，其优势有：CO2来源广泛、无毒、无臭、无味、不燃烧、可以被循环利用，价廉易得，经济实惠；CO2化学性质很稳定、不容易与溶质发生反应；CO2的临界点较低，基本不会破坏有效成分，CO2纯度高，临界条件容易达到；CO2临界压力适中，压力范围易于操作控制；CO2在生产中是做为一种辅助助剂存在，只参与工艺循环而无残留，保证了提取物的质量，与其他溶剂提取法相比，所得产品更安全可靠；CO2易与溶质分离，萃取效率高且耗能较少，可以提高生产效率和降低成本。

2 超临界CO2萃取丢糟中风味物质的工艺研究

近年来，丢糟的再利用已经越来越受酿酒企业的重视。丢糟中风味物质的提取方法较多，但一些传统的蒸馏提取方法，由于提取物得率低、杂质高已被放弃采用；而一些溶剂法，提取工艺虽然较成熟，但加工温度较高，有效成分易遭到破坏，并且有溶剂残留，也被逐渐放弃。

超临界CO2萃取法作为一种新兴的提取工艺，因其环保易操作，且无有害物质残留，将成为最理想最可取的生产方法。但由于超临界CO2萃取工艺在国内起步晚，应用时间短，在工艺参数的选择方面还不够成熟。超临界流体萃取法，针对不同提取目的来确定最优的工艺条件，可使超临界CO2萃取发挥最大的作用，这也是目前广大科研工作者研究的热点。

2.1 材料与设备

白酒丢糟：山西杏花村汾酒集团有限公司。

高纯度CO2：纯度≥99.99%，食品级。

试验设备：超临界CO2萃取设备，四川德阳四创科技有限公司。

2.2 方法与分析

2.2.1 超临界CO2萃取小试试验工艺流程

2.2.2 超临界CO2萃取小试试验工艺方案

2.2.2.1 单因素试验方案及试验结果

2.2.2.1.1 单因素试验工艺方案

在萃取过程中，影响超临界CO2萃取丢糟风味组分的因素主要包括：装料系数、萃取温度、萃取压力、分离压力、分离温度、CO2流量等。因此，本试验主要针对这些因素进行试验论证，以风味物质得率和口感品评效果为评价指标，分别进行单因素试验（即在试验某一因素对酒糟风味物质萃取得率的影响时，其他因素均保持其水平不变），进而得出超临界萃取丢糟风味组分工艺参数的大概合理取值范围。

2.2.2.1.2 单因素试验萃取工艺参数范围

装料系数：0.4～0.9；

萃取温度：30℃～50℃；

萃取压力：13 MPa～33 MPa；

分离I的温度：30℃～50℃；

分离 I的压力：6 MPa～11 MPa；

CO2流量：9 L/h～22 L/h。

2.2.2.1.3 单因素试验结果

装料系数：装料系数越大，所提取的风味组分得率就越少，经过验证，装料系数为0.6时，提取物的口感品评结果较好，因此选择装料系数为0.6。

萃取温度：当萃取温度在35℃～45℃范围内时，提取物的得率随着温度的而增加，随后当温度大于45℃以后，得率又随着温度的升高而降低。经过验证，在45℃时，提取物的口感品评结果较好，因此选择萃取温度为45℃。

萃取压力：当萃取压力在15 MPa～30 MPa时，提取物得率随压力的加大而增加，随后萃取率又随着压力的加大而降低。经过验证，压力为25 MPa时，提取物的口感品评结果较好，因此选择萃取压力为25 MPa。

分离I温度：当分离I温度在35℃～45℃时，提取物得率随分离I温度的升高而增加，随后当分离I温度大于45℃后，萃取率又随分离I温度的升高而降低。经过验证，当分离I温度在45℃时，提取物的口感品评结果较好，因此选择分离I温度为45℃。

分离I压力：当分离I压力在7 MPa～10 MPa时，提取物得率随压力的增加而减小。经过验证，当分离I压力为7.5 MPa时，提取物的口感品评结果较好，因此选择分离I压力7.5 MPa。

CO2流量：当超临界流体流量在10 L/h～20 L/h时，提取物得率随流量的加大而增加，流量达到20 L/h时得率也达到了最大。经过验证，CO2流量较低时，提取物的口感品评结果较好，因此选择CO2流量为15 L/h。

2.2.2.2 正交试验方案及试验结果

2.2.2.2.1 正交试验工艺方案

在单因素试验结果的基础上，选定装料系数为0.6，分离I压力为7.5 MPa，以萃取压力、萃取温度、CO2流量、分离I温度为4个主要影响因素，分别以风味物质得率和口感品评结果为评价指标，确立正交试验工艺方案，得出超临界CO2流体萃取丢糟中风味物质的最优生产工艺。正交试验因素水平设计见表1。

表1 正交试验因素水平表

2.2.2.2.2 正交试验结果

丢糟中风味物质超临界CO2萃取正交试验结果见表2。

表2 正交试验数据和试验结果

由表2可知，当验证指标以提取物得率为主时，各个主要参数因素的影响顺序是萃取温度＞萃取压力＞CO2流量＞分离I温度。故可以确定出提取丢糟中风味物质的最优工艺参数是A2B2C3D2，即萃取压力25 MPa，萃取温度45℃，CO2流量20 L/h，分离I温度45℃。

当验证指标以提取物的口感品评结果为主时，各个主要参数因素对口感品评结果的影响顺序是分离I温度＞CO2流量＞萃取压力＞萃取温度。故可以确定出丢糟中风味物质提取的最优工艺参数是A2B2C1D2，也就是萃取压力25 MPa，萃取温度45℃，CO2流量10 L/h，分离I温度45℃。

综合上述数据研究分析可以得出，用超临界流体CO2萃取丢糟呈香物质的最优生产工艺是：萃取压力25 MPa，萃取温度45℃，CO2流量10 L/h和20 L/h，分离I温度45℃。

2.2.2.3 数据分析后的验证试验

依据以上数据，以超临界CO2萃取丢糟中风味呈香物质的最优生产工艺参数为标准，按照生产流程操作，进行验证试验，结果见表3。

由表3可知，根据所选的参数不同，可以达到不同的指标要求。当要求口感品评结果时，一定参数下，虽然萃取率相对较低，但口感效果好；当要求提取风味呈香物质得率时，一定参数下，虽然口感相对较差，但产物得率较高。

2.2.3 中试放大试验结果与小试试验的对比

采用超临界CO2中试萃取设备进行丢糟风味组分的提取试验，选择小试已验证的生产工艺参数，结果如表4所示。

表4 中试和小试萃取试验验证结果对比

由表4可知，与小试结果对比，中试的提取物得率稍低，口感品评结果与小试相近，说明超临界CO2萃取工艺基本上不受设备体积大小的影响，有放大的潜能。试验结果表明，小试的工艺参数完全可以放大通用到中试设备的生产中，可作为酿酒企业工业化生产的新途径。

3 结 论

通过对超临界CO2萃取白酒丢糟中风味组分生产工艺技术的研究，得到以下结论。

通过单因素和正交小试试验，确定出以提取物得率和口感品评结果为验证指标的最优工艺参数为：萃取压力25 MPa，萃取温度45℃，CO2流量20 L/h和10 L/h，分离I温度45℃。

由最优生产工艺参数验证试验可以看出，根据所选的参数不同，可以达到不同的指标要求。当要求口感品评效果时，一定参数下，虽然萃取率相对较低，但口感效果好；当要求提取风味呈香物质得率时，一定参数下，虽然口感较差，但产物得率较高。

通过中试放大萃取试验可知，中试的提取物得率比小试稍低，口感品评结果与小试相近。可见小试的工艺参数完全可以放大通用到中试设备的生产中，此萃取项目可作为酿酒企业工业化生产的新途径。

4 研究意义

通过对超临界CO2萃取白酒丢糟风味组分的工艺技术研究，得出了两套优化的萃取生产工艺，成功地从丢糟中提取出有效酒用香料——风味呈香物质，提高白酒的质量和品质，并将传统的酿酒操作工艺与分离应用技术很好的结合了起来，拓宽了酿酒的新渠道，是酿酒企业发展的必然趋势，将会大大提高企业的经济效益和社会效益。

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SupercriticalCO2extraction liquor vinasse flavor components in the research process

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

白酒发酵后可产生大量的废弃物——丢糟，以白酒丢糟为原料，采用超临界流体（CO2）萃取丢糟中可作为酒用香料的风味物质，并对超临界萃取的工艺参数进行研究。通过对试验中一些重要因素的控制，分别以风味物质得率和口感品评效果为评价指标，确定出了两套不同指标要求下的最优生产工艺，即萃取压力25 MPa，萃取温度45℃，CO2流量20 L/h和10 L/h，分离I温度45℃。

超临界萃取；风味物质；萃取率；白酒丢糟；工艺研究

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

*钟铮铮，女，1971年出生，2012年毕业于中国农业大学食品质量与安全专业，工程师。

2016-11-18

修回日期：2016-11-21