蜂蜜过滤工艺的优化及其对产品品质影响的研究

宁准梅

上海冠生园食品有限公司技术中心，上海 200233

蜂蜜原料中通常含有结晶颗粒、沙尘颗粒、蜜蜂残留肢体等肉眼可见物质，还含有蜂蜡、花粉等蜜蜂采蜜过程中带入或自身分泌的微粒。其中结晶颗粒和蜂蜡经过加热融晶后可溶解部分，其余部分在粗滤阶段随同沙尘颗粒等杂质予以分离，但大部分花粉仍会留在成品蜂蜜中。蜂蜜中的花粉为蜂蜜提供丰富的营养组分，也是蜂蜜真实性和蜜源种类的主要鉴定依据[1-2]。瓶装成品蜂蜜储存过程中特别环境温度较高时，经常在瓶颈处出现一圈颜色较深的薄层黏附物，影响产品的外观。经分析这层瓶颈黑圈的主要成分是褐变后的花粉，蜂蜜中的部分花粉会缓慢上浮并在包装瓶颈处聚集，经氧化后色泽加深。需要采用合理的过滤方法将蜂蜜中的花粉含量降至适当水平，不影响蜂蜜营养水平的同时提高其品质。蜂蜜的含水量和温度对其黏度影响较大[3]，可适当提高温度使蜂蜜流动性更好，利于工艺操作。但长时间处于高温下的蜂蜜的品质会下降，代表蜂蜜新鲜度的淀粉酶值会降低，羟甲基糠醛值会升高[4-5]。本文将分析蜂蜜原料过滤前增加预沉淀对过滤效率的影响，确定花粉计数方法后，以蜂蜜中的花粉数量为指标，对影响过滤效果的因素和水平进行正交试验，得到最佳精滤工艺，并对优化工艺所得蜂蜜产品的淀粉酶值、羟甲基糠醛值及瓶颈黑圈出现的时间进行比较，以评估过滤工艺对产品品质的影响及应用至大生产的合理性。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

蜂蜜原料(油菜原料蜂蜜、洋槐原料蜂蜜按一定比例混合)，由上海冠生园蜂制品有限公司提供。

MS204TS电子天平，上海梅特勒-托利多；NDJ-8S数显黏度计，上海精密仪器；TDL-5A离心机，上海安亭科学仪器；恒温水浴锅，上海齐欣仪器；光学显微镜BX53，上海奥林巴斯；Agilent 1260液相色谱，安捷伦科技；Cary 100分光光度计，安捷伦科技；恒温培养箱，上海一恒仪器；不同孔径绢丝滤布，市售。

1.2 实验方法

1.2.1预沉淀对粗滤的影响试验

将蜂蜜原料分为两份，每份2 L，一份置于量筒中进行30 min预沉淀，弃去底部滤渣后进行过滤，另一部分直接过滤；分别记录其粗滤(80目)所需时间，记录预沉淀杂质和滤布滤渣质量。

进一步考察预沉淀时间对减轻后续过滤压力的影响，将蜂蜜原料混匀后分成5份，每份2 L，置于量筒中进行10 min、20 min、30 min、40 min和50 min预沉淀，记录量筒中沉降物体积。

1.2.2花粉提取方法对镜检观察的影响试验

花粉镜检方法参照GB/T 23194—2008，分别采用普通水洗离心和化学处理提取蜂蜜中的花粉[6-7]，于显微镜下以40×10倍进行镜检，观察花粉颗粒，确定提取方法。

1.2.3蜂蜜温度对其黏度的影响试验

将水分19.8%的500 mL蜂蜜样品置于烧杯中，通过水浴加热至60 ℃后，再逐渐冷却至室温，记录不同温度下的黏度值。

1.2.4精滤工艺参数的单因素和正交实验

对经预沉淀和80目粗滤的蜂蜜原料，采用单因素结合正交试验，以过滤时原料温度、绢丝滤布孔径和层数为考察因素，花粉数量为考察指标，选择最佳精滤参数。

单因素试验中，考察温度对精滤效果的影响时，在固定孔径为200目，层数为1层的条件下，温度选择分别为：40 ℃、45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃；考察孔径对精滤效果的影响时，在固定温度(单因素最佳过滤温度)，层数为1层的条件下，孔径选择分别为：100目、150目、200目、250目、300目；考察层数对精滤效果的影响时，在固定温度(单因素最佳过滤温度)，孔径(单因素最佳过滤孔径)的条件下，层数选择分别为：1层、2层、3层、4层、5层。所有试验均重复5次。

根据单因素试验，选出温度、孔径和层数的最优参数，并以最优参数为中间水平，确定正交试验因素水平表，进行正交试验，采用SPSS 20.0分析数据。所有试验均重复5次。

验证正交试验所得的最优水平组合，并使用显微镜及其配套软件对花粉粒径进行测量。

1.2.5精滤工艺对蜂蜜品质的影响

分别选取10批次蜂蜜原料、传统精滤工艺和最优水平组合精滤工艺的蜜样，检测羟甲基糠醛和淀粉酶值的变化。其中羟甲基糠醛的检测方法参照GB/T 18932.18—2003，淀粉酶值的检测方法参照GB/T 18932.16—2003。

采用精滤工艺生产的20批的成品蜂蜜放置在常温环境中，18个月后检测其淀粉酶值和羟甲基糠醛值。

1.2.6加速试验对瓶颈黑圈出现时间的影响试验

将采用传统精滤工艺、优化精滤工艺和理想精滤工艺处理后的蜂蜜样品，置于500 mL锥形瓶中进行加速试验(45 ℃)，每周观察一次，记录瓶颈黑圈出现情况。所有蜂蜜物料均经80目粗滤后再进行精滤试验，各精滤工艺具体参数：(1)传统，200目过滤，不控制过滤温度；(2)最优水平组合，250目过滤，过滤温度50 ℃；(3)理想，多层逐级过滤(150目-200目-250目-300目-350目-400目)，过滤温度50 ℃。

2 结果与讨论

2.1 预沉淀对粗滤的影响

过滤过程中，原料蜜中的大颗粒杂质会沉积在过滤介质上，导致过滤效率降低。若提前对其进行沉降，取上清液进行过滤则可减少滤布更换次数，提高过滤效率。表1比较了预沉淀对蜂蜜原料粗滤效率的影响。经过预沉淀的蜂蜜原料，其粗滤耗时为160 s，而未经预沉淀的蜂蜜原料，其粗滤耗时也仅为183 s，略长于经预沉淀的蜂蜜原料。但是，在实际操作过程中观察到，当过滤进行至150 s后，未经预沉淀的蜂蜜原料，其滤布上已有较多滤渣，过滤速率略有放缓之势。若呈数量级放大过滤总量，预沉淀工序的设置可明显加大过滤时间的差距。经预沉淀的蜂蜜物料，其杂质质量为15 g，而未经预沉淀的蜂蜜物料，其杂质质量为87 g，可见，经预沉淀的蜂蜜原料可分离大部分杂质，一定程度上可缓解后续过滤压力。

表1 预沉淀对粗滤效率的影响

为进一步明确最佳预沉淀时间，考察了预沉淀时间与杂质沉降之间的关系。由图1可得，随着预沉淀时间的增加，蜂蜜原料中沉淀物也随着增加，当沉淀进行至30 min后，曲线逐渐趋于平缓。为尽可能沉降密度较高的杂质，同时兼顾生产效率，选择30 min作为最佳预沉淀时间。

图1 预沉淀时间与沉积物析出之间的关系

2.2 蜂蜜中花粉浓度的测定方法

图2比较了采用不同方法处理提取蜂蜜中的花粉在40×10倍镜检时的形态。图(a)为采用普通水洗离心法提取所得花粉形态，图(b)为采用化学处理法提取所得花粉形态。化学处理后所得花粉可清晰辨识其结构，普通离心后仅可观察其轮廓。过滤试验主要是考察不同过滤条件下蜂蜜中花粉含量的变化，即只需对花粉进行计数。因此，采用普通水洗离心法即可满足要求。

图2 普通水洗离心和化学处理后的花粉形态

2.3 蜂蜜温度对其黏度的影响

图3为不同温度下蜂蜜(水分为19.8%)的黏度值，蜂蜜温度由60 ℃逐渐降至40 ℃的过程中，黏度增大缓慢；进一步降低至40 ℃以下后，黏度陡然上升，上升趋势呈指数规律[8]。为保证过滤时黏度维持在流变性较好且较稳定的状态，过滤温度确定在40 ℃～60 ℃之间。

图3 蜂蜜黏度与温度的关系图

2.4 蜂蜜精滤工艺参数的正交实验

不同蜜源种类的花粉形状和大小有所差异，魏丽等[9]提出可根据花粉的粒径大小采用不同孔径的滤布过滤。我国油菜原料蜜的产量最大，是百花蜜或混合蜜的主要配料，油菜原料蜜中油菜花粉的含量相对较多，花粉粒径大小为30 μm左右，具有典型性，故以油菜原料蜜和洋槐原料蜜按一定比例配成的混合原料蜜作为本试验的样本。

蜂蜜精滤最佳工艺参数的明确，首先对经预沉淀和粗滤后的蜂蜜进行单因素试验，所选择的因素分别为：温度、孔径和层数。图4为不同过滤温度对花粉数量的影响，过滤温度介于45 ℃和55 ℃之间时，花粉数量减幅较为明显，其中过滤温度由45 ℃升至50 ℃时，花粉减少幅度最大。因此，综合考虑花粉和能耗等情况，选择50 ℃作为最佳过滤温度。

图4 过滤温度对花粉数量的影响

图5是不同过滤孔径对花粉数量的影响，随着过滤孔径的减小(即滤布目数的增大)，花粉数量逐渐减少。当过滤孔径达到300目时，花粉数量仅剩(12 805±1 139)个/mL。但随着过滤孔径的减小，过滤耗时成倍递增。综合考虑花粉和效率等情况，选择200目作为最佳过滤孔径。

图5 过滤孔径对花粉数量的影响

图6为不同过滤层数对花粉数量的影响，随着过滤层数的增多，花粉数量呈平稳减少的态势。当过滤层数由1层增加至2层时，蜂蜜样品中的花粉数量由(14 765±1 183)个/mL减至(14 151±724)个/mL；而当过滤层数进一步递增时，花粉数量减幅基本趋于平稳。在兼顾花粉和效率等情况的基础上，最终选定2层作为最佳过滤层数。

图6 过滤层数对花粉数量的影响

在单因素试验的基础上，以上述各因素的最优条件为中间水平，进行正交试验因素水平设计，如表2所示，结果和方差分析分别见表3和表4。影响精滤效果的因素从大到小依次为：孔径>层数>温度。孔径和层数对精滤效果有显著性影响(P<0.05)，温度对精滤效果无显著影响。温度的三个水平中，50 ℃时均值最大，孔径的三个水平中，250目时均值最大，层数的三个水平中，1层时均值最大。即正交试验所得的最优精滤组合为B3C1A2。

表2 正交试验因素水平

表3 正交试验安排及结果

表4 方差分析结果

以最优组合B3C1A2进行精滤效果验证试验，花粉数量为(12 453±621)个/mL，小于正交试验表中任一组合的花粉数量，验证了“孔径250目，层数1层，温度50 ℃”为精滤最佳水平组合。

同时，对采用最优水平组合精滤后的蜂蜜样品中的微粒进行粒径大小分析，经20×10倍显微镜条件下观察蜂蜜中的微粒，发现绝大多数是花粉粒。通过显微镜软件测量其长轴，统计后发现蜂蜜中花粉的平均粒径大小为(25.55±6.39) μm。花粉粒径大小以其长轴计，个别如图7所示的椭球形花粉的平面长轴为49.46 μm，短轴为29.82 μm，则以其短轴计。

图7 蜂蜜中花粉的粒径大小(20×10倍)

2.5 精滤对蜂蜜品质的影响

对蜂蜜原料、传统精滤工艺和最优水平组合精滤工艺的蜜样进行检测分析，观察其对新鲜度指标羟甲基糠醛值和淀粉酶值的影响，结果传统精滤工艺和最优水平组合精滤工艺对羟甲基糠醛值和淀粉酶值的影响相当，降幅都不明显，说明过滤时的温度和持续时长对蜂蜜的品质影响不大。

将该过滤工艺转化至大生产后的成品蜂蜜放置于常温环境下储存，18个月后检测其淀粉酶值和羟甲基糠醛值，20批样品在保质期内的淀粉酶值和羟甲基糠醛值均符合内控标准要求[10]。

2.6 精滤方式影响瓶颈黑圈出现时间的加速实验

为进一步考察最优水平组合工艺与理想化工艺之间的差距，在不考虑工业化生产等因素的前提下，将理想精滤工艺参数设定为“多层逐级过滤(150目-200目-250目-300目-350目-400目)，过滤温度50 ℃”。经传统、优化、理想精滤工艺过滤后的蜂蜜样品中的花粉含量分别为18 931个/mL、12 453个/mL、5 487个/mL。

经三种工艺过滤后的样品瓶颈黑圈出现时间见表5，结果表明，理想工艺样品，在加速试验中未发生任何改变；最优工艺样品，在加速试验进行至第8周时，瓶颈仅出现黑色微粒聚积现象；而传统工艺样品，第5周就出现该现象，第8周已形成明显的瓶颈黑圈。可见，理想精滤工艺可有效避免瓶颈黑圈的出现，但其逐级过滤层数较多，过滤速度缓慢，不适用于大规模工业化生产，而优化的精滤工艺可在效推迟瓶颈黑圈出现的前提下兼顾实际生产的效率需求。目前，该工艺已运用于日常大规模生产，近五年来蜂蜜成品在保质期内极少发现有瓶颈黑圈现象。

表5 精滤工艺对瓶颈黑圈出现时间的影响

3 结论

过滤蜂蜜原料前增置预沉淀工序，最佳预沉淀时间为30 min，可分离部分密度较高的杂质，缓解了后续过滤压力，提高过滤效率。以温度、孔径和层数为考察因素，花粉数量为考察指标，单因素优选后再进行正交试验，最终选定“孔径：250目，层数：1层，温度：50 ℃”作为最佳精滤条件，其中孔径对花粉数量的影响最大，层数次之，温度基本无影响。通过该最优水平组合过滤后的蜂蜜样品中的花粉数量为(12 453±621)个/mL，平均粒径为(25.55±6.39) μm；样品在45 ℃高温下出现瓶颈黑圈的时间较传统工艺推迟了3周。优化后的过滤工艺应用至大生产后，近五年来蜂蜜成品在保质期内极少发现有瓶颈黑圈现象。