楊　帆，趙　華

（工業(yè)微生物教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津科技大學(xué)生物工程學(xué)院，天津300457）

采用θ環(huán)填料CO2萃取生產(chǎn)低醇葡萄酒工藝研究

楊帆，趙華

（工業(yè)微生物教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津科技大學(xué)生物工程學(xué)院，天津300457）

對(duì)利用θ環(huán)填料進(jìn)行二氧化碳萃取法生產(chǎn)低醇葡萄酒的工藝條件進(jìn)行了研究。重點(diǎn)考察二氧化碳萃取過(guò)程中填料層高度、溫度、壓力、氣液體積流量比和填料尺寸對(duì)脫乙醇能力的影響。結(jié)果表明，利用θ環(huán)填料進(jìn)行二氧化碳萃取法生產(chǎn)低醇葡萄酒的最佳工藝條件是填料層高度300 mm、萃取溫度20℃、壓力4.0 MPa、氣液體積流量比20∶1和θ環(huán)填料尺寸10 mm。在此條件下，乙醇含量從11%vol降至3.60%vol。

θ環(huán)填料； 二氧化碳萃??； 低醇葡萄酒； 葡萄酒

低醇葡萄酒是由新鮮的葡萄或葡萄汁經(jīng)過(guò)全部或部分發(fā)酵，采用特種工藝加工而成的酒精度為1%vol～7%vol的葡萄酒［1］。低醇葡萄酒降低了酒精的含量，大大降低了酒精對(duì)人體的危害，同時(shí)有效保持了其原有的白藜蘆醇、單寧、花青素和多種微量元素等物質(zhì)成分，具有低熱量、助消化、抑癌抗瘤、美顏抗衰老等功效［2］，符合健康消費(fèi)的趨勢(shì)。

目前低醇葡萄酒的生產(chǎn)方法主要有熱法、旋轉(zhuǎn)錐體法、反滲透法、溶劑萃取法、降低發(fā)酵糖法、混合稀釋法、酶法等［3-5］。利用熱法可以有效降低葡萄酒中的乙醇含量，但在加熱的同時(shí)，也容易造成某些香氣成分的揮發(fā)，影響葡萄酒的品質(zhì)；旋轉(zhuǎn)椎體法有效彌補(bǔ)了熱法的不足，不僅可以明顯降低葡萄酒的乙醇含量，香氣成分的損耗也大大降低，但由于設(shè)備價(jià)格昂貴，成為該法普及應(yīng)用的約束；反滲透法不需要加熱，從而不會(huì)造成香氣成分含量明顯的改變，對(duì)葡萄酒的口感影響較小，但利用此法時(shí)需要往葡萄酒中添加水，這是國(guó)家所禁止的，所以采取反滲透法進(jìn)行處理會(huì)涉及是否合法的問(wèn)題；溶劑萃取法在除去乙醇的同時(shí)，不僅會(huì)帶走香氣成分，且易發(fā)生有機(jī)殘留問(wèn)題，而采用超臨界二氧化碳萃取時(shí)則可以將香氣成分回添到提取后的葡萄酒中，不會(huì)影響葡萄酒的品質(zhì)，所生產(chǎn)的葡萄酒品質(zhì)高，但生產(chǎn)成本較高［6-7］。本研究利用二氧化碳萃取法進(jìn)行低醇葡萄酒的生產(chǎn)［8］，但是脫醇受到萃取塔填料和萃取條件的影響。前期研究表明，θ環(huán)填料能有效降低葡萄酒的酒精含量，而對(duì)其他香氣成分影響較小。本研究重點(diǎn)考察填料層高度、萃取溫度、壓力、進(jìn)料的氣液體積流量比和θ環(huán)填料尺寸等工藝生產(chǎn)條件對(duì)CO2萃取法生產(chǎn)低醇葡萄酒的影響，為低醇葡萄酒的工業(yè)化生產(chǎn)提供一定的理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

1.1.1基酒

干紅葡萄酒（市售）。

1.1.2實(shí)驗(yàn)材料

二氧化碳?xì)怏w（圣楠特種氣體經(jīng)銷公司），乙醇（色譜純，天津市化學(xué)試劑二廠），填料（天津天大天久科技有限公司）。

1.1.3儀器與設(shè)備

填料萃取塔自制，見圖1；7890A型氣相色譜儀，安捷倫科技有限公司；UV-PC9110紫外分光光度計(jì)，北京瑞利分析儀器公司。

圖1　CO2萃取裝置

1.2實(shí)驗(yàn)方法［9-16］

1.2.1最適工藝條件的選擇

依照控制單一變量的原則，依次改變萃取塔內(nèi)的填料層高度、溫度、壓力、進(jìn)料的氣液體積流量比和填料的尺寸，再進(jìn)行酒精度的測(cè)量，確定最適宜的脫醇條件。

1.2.2葡萄酒酒精含量的測(cè)定

在柱溫20℃、氣化室和檢測(cè)器溫度240℃、載氣流量（氮?dú)猓?0 mL/min、氫氣流量40 mL/min、空氣流量500 mL/min的條件下，將試樣氣化后隨同載氣進(jìn)入色譜柱，利用被測(cè)定的各組分在氣液兩相中分配系數(shù)的不同，在柱內(nèi)存在遷移速度的差異，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)分離。分離后的組分先后流出色譜柱，進(jìn)入氫火焰離子化檢測(cè)器，根據(jù)色譜圖上各組分峰的保留時(shí)間與標(biāo)樣相對(duì)照進(jìn)行定性，利用峰面積（或峰高），以內(nèi)標(biāo)法定量。

用試樣組分峰面積與內(nèi)標(biāo)峰面積的比值查標(biāo)準(zhǔn)曲線得出的值乘以稀釋倍數(shù)，即為酒樣中的酒精含量。

1.2.3葡萄酒總糖含量的測(cè)定

斐林溶液與還原糖共沸，生成氧化亞銅沉淀的反應(yīng)，再以次甲基藍(lán)為指示液，以樣品或經(jīng)水解后的樣品滴定煮沸的斐林溶液，達(dá)到終點(diǎn)時(shí)，稍微過(guò)量的還原糖將藍(lán)色的次甲基藍(lán)還原為無(wú)色，以示終點(diǎn)。根據(jù)樣品消耗量計(jì)算總糖或還原糖的含量。

在250 mL標(biāo)準(zhǔn)磨口三角瓶中，準(zhǔn)確加入斐林試劑A、B液各5.00 mL、50.00 mL水、稀釋100倍的試樣10.00 mL，搖勻，放2粒玻璃珠，裝上標(biāo)準(zhǔn)磨口回流冷凝器，在加熱器上加熱使溶液至沸。從溶液完全開始沸騰時(shí)計(jì)時(shí)，準(zhǔn)確保持沸騰2 min，立即取下，在冷水浴中冷卻。待溶液完全冷卻后，邊搖邊加入5 mL碘化鉀溶液和5 mL硫酸溶液，立即用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，接近終點(diǎn)（溶液呈淡黃色）時(shí)加入1 mL淀粉指示液繼續(xù)滴定至乳白色即為終點(diǎn)。記錄硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗的體積（V1）。

以水代替試樣做空白實(shí)驗(yàn)，得出（V0）。

式中

1.2.4葡萄酒總SO2含量的測(cè)定

結(jié)合態(tài)的二氧化硫在堿性條件下被解離，然后用碘標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，最終得到樣品中結(jié)合二氧化硫的含量。

取25.00 mL的氫氧化鈉溶液于250 mL的碘量瓶中，再準(zhǔn)確吸取稀釋100倍的25.00 mL樣品，并以吸管尖插入氫氧化鈉溶液的方式加入到碘量瓶中，搖勻蓋塞，靜置15 min后，再加入少量碎冰塊、1 mL淀粉指示液、10 mL硫酸溶液，搖勻，用碘標(biāo)準(zhǔn)溶液迅速滴定至淡藍(lán)色，30 s內(nèi)不變色即為終點(diǎn)，記錄消耗的碘標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積（V）。

以水代替樣品做空白實(shí)驗(yàn)，操作同上。

總SO2的含量（mg/L）=c×（V-V0）×32/25×1000×100。

式中：c——碘標(biāo)準(zhǔn)溶液的物質(zhì)的量濃度，mol/L；

V——測(cè)定樣品消耗的碘標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；

V0——空白試樣消耗的碘標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；

32——與1 mL碘標(biāo)準(zhǔn)溶液相當(dāng)?shù)囊詍g表示的二氧化硫質(zhì)量。

1.2.5葡萄酒高級(jí)醇類、雙乙酰和醋酉翁含量的測(cè)定

針對(duì)不同香氣成分的色譜條件，利用氣相色譜儀分別對(duì)葡萄酒的高級(jí)醇類、雙乙酰和醋酉翁進(jìn)行測(cè)定，由于各組分在氣液兩相中分配系數(shù)的不同，在色譜柱中進(jìn)行多次分配，逐步分離。分離后的組分先后流出色譜柱，以色譜醇試劑進(jìn)行輔助，對(duì)分離的色譜峰進(jìn)行定量分析。

2　結(jié)果與討論

2.1填料層高度對(duì)θ環(huán)填料脫酒精能力的影響

在一定的溫度（25℃）、壓力（3.0 MPa）、進(jìn)料氣液體積流量比（10∶1）和15 mmθ環(huán)填料尺寸的條件下，考察在200 mm、250 mm、300 mm、350 mm、400 mm的填料層高度下金屬填料對(duì)脫酒精能力的影響，結(jié)果見圖2。

圖2　填料層高度對(duì)θ環(huán)填料脫酒精能力的影響

由圖2可知，在萃取溫度、壓力、進(jìn)料的氣液體積流量比以及填料尺寸一定的情況下，填料層高度對(duì)θ環(huán)填料的脫酒精能力具有一定的影響。隨著填料層高度的增高，θ環(huán)填料的脫酒精能力提高。當(dāng)填料層高度達(dá)到300 mm時(shí)，θ環(huán)填料所得酒精度為7.3%vol。此外，通過(guò)分析填料層高度和酒精度的變化趨勢(shì)可知，當(dāng)調(diào)料層高度小于300 mm時(shí)，葡萄酒的酒精含量變化明顯；當(dāng)填料層高度超過(guò)300 mm后，雖然酒精度仍隨填料層高度的升高而降低，但變化趨于平緩。故采用300 mm的填料層高度進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

2.2溫度對(duì)θ環(huán)填料脫酒精能力的影響

在填料層高度（300 mm）、萃取壓力（3.0 MPa）、進(jìn)料氣液體積流量比（10∶1）和15 mm θ環(huán)填料不變的條件下，考察在10℃、15℃、20℃、25℃、30℃的溫度條件下金屬填料對(duì)脫酒精能力的影響，結(jié)果見圖3。

圖3　溫度對(duì)θ環(huán)填料脫酒精能力的影響

由圖3可知，在填料層高度、萃取壓力、進(jìn)料氣液體積流量比和填料尺寸不變的條件下，隨著溫度的改變，θ環(huán)填料的脫酒精能力提高程度并不明顯。當(dāng)溫度達(dá)到20℃時(shí)，利用θ環(huán)填料所得酒精度為7.32%vol。此外，通過(guò)分析萃取溫度和酒精度的變化趨勢(shì)可知，在低溫條件下，θ環(huán)的脫酒精能力有微弱的改變。在高于20℃后，葡萄酒的酒精度幾乎不再發(fā)生改變，故采用20℃的溫度條件進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

2.3萃取壓力對(duì)θ環(huán)填料脫酒精能力的影響

在相同填料層高度（300 mm）、萃取溫度（20℃）、進(jìn)料氣液體積流量比（10∶1）和15 mm θ環(huán)填料尺寸的條件下，考察在3.0 MPa、3.5 MPa、4.0 MPa、4.5 MPa、5.0 MPa的壓力條件下金屬填料對(duì)脫酒精能力的影響，結(jié)果見圖4。

圖4　萃取壓力對(duì)θ環(huán)填料脫酒精能力的影響

由圖4可知，在相同的填料層高度、萃取溫度、進(jìn)料氣液體積流量比和填料尺寸的條件下，隨著萃取壓力的增大，葡萄酒酒精度降低趨勢(shì)明顯。萃取塔壓力達(dá)到4.0 MPa時(shí)，θ環(huán)所得的酒精度降至5%vol左右。通過(guò)分析萃取壓力和θ環(huán)填料脫酒精能力的關(guān)系可知，當(dāng)萃取壓力超過(guò)4.0 MPa，葡萄酒酒精度雖隨萃取壓力的增大而降低，但下降速率緩慢。此外，若在制備低醇葡萄酒時(shí)，萃取壓力過(guò)大，則操作不易進(jìn)行，故選擇4.0 MPa的壓力作為最適壓力進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

2.4氣液體積流量比對(duì)θ環(huán)填料脫酒精能力的影響

在填料層高度（300 mm）、萃取溫度（20℃）、壓力（4.0 MPa）和15 mm填料尺寸一定的條件下，考察在進(jìn)料氣液體積流量比為10∶1、15∶1、20∶1、25∶1、30∶1的條件下金屬填料對(duì)脫酒精能力的影響，結(jié)果見圖5。

圖5　氣液體積流量比對(duì)θ環(huán)填料脫酒精能力的影響

由圖5可知，在填料層高度、萃取溫度、壓力、和填料尺寸一定的情況下，酒精度隨氣液體積流量比的增大而逐漸降低。當(dāng)氣液體積流量比達(dá)到20:1時(shí)，θ環(huán)所得的酒精度降至4%vol以下，θ環(huán)填料所得酒精度為3.77%vol。通過(guò)分析氣液體積流量比和θ環(huán)填料脫酒精能力的關(guān)系可知，當(dāng)氣液體積流量比超過(guò)20∶1時(shí)，隨氣液體積流量比的增大，酒精度下降速率降低，故采用20∶1的氣液體積流量比作為最適條件進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

2.5填料尺寸對(duì)θ環(huán)填料脫酒精能力的影響

在填料層高度（300 mm）、萃取溫度（20℃）、壓力（4.0 MPa）和進(jìn)料氣液體積流量比（20∶1）一定的條件下，考察在θ環(huán)填料尺寸為5 mm、10 mm、15 mm、20 mm的條件下θ環(huán)填料對(duì)脫酒精能力的影響，結(jié)果見圖6。

圖6　填料尺寸對(duì)θ環(huán)填料脫酒精能力的影響

由圖6可知，在萃取溫度、壓力、填料層高度和氣液體積流量比一定的情況下，酒精度隨填料尺寸的增大而逐漸變化。當(dāng)填料尺寸為10 mm時(shí)，酒精度最低，為3.60%vol。當(dāng)填料尺寸小于10 mm時(shí)，酒精度隨填料尺寸的增大而降低，填料尺寸超過(guò)10 mm后，填料尺寸增大，酒精度反而有升高的趨勢(shì)。確定采用10 mm θ環(huán)填料進(jìn)行低醇葡萄酒的生產(chǎn)，并對(duì)制備的低醇葡萄酒酒精度和香氣成分進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見表1。

表1　低醇葡萄酒的酒精度和香氣成分

3　結(jié)論

本研究利用θ環(huán)填料通過(guò)CO2萃取法生產(chǎn)低醇葡萄酒，確定最優(yōu)生產(chǎn)工藝條件是填料層高度300 mm、萃取溫度20℃、萃取壓力4.0 MPa、進(jìn)料的氣液體積流量比20 ∶1和θ環(huán)填料尺寸10 mm。所得低醇葡萄酒的酒精度為3.60%vol、總糖3.11 g/L、總SO2含量為79.45 mg/L、高級(jí)醇200.97 mg/L、雙乙酰1.97 mg/L、醋酉翁1.78 mg/L，各項(xiàng)指標(biāo)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)［1］，滿足低醇葡萄酒的生產(chǎn)要求。

［1］全國(guó)食品工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)釀酒分技術(shù)委員會(huì).葡萄酒：GB 15037—2006［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

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The Production of Low-Alcohol Wine by CO2Extraction with Theta Ring Packing

YANG Fan and ZHAO Hua
（Key Lab of Industrial Microbiology of Ministry of Education，College of Biotechnology，Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300457，China）

The technical conditions of the production of low-alcohol wine by CO2extraction with theta ring packing were studied.Especially，the effects of packing height，temperature，pressure，volume&flow ratio of air to liquid，and the size of theta ring packing on ethanol-removal capability in CO2extraction process were investigated.The optimum technical conditions were finally summed up as follows:packing height was 300 mm，extraction temperature at 20℃，pressure 4.0 MPa，volume&flow ratio of air to liquid was 20∶1，and the size of theta ring packing was 10 mm.Under above conditions，alcohol content in wine decreased from 11.0%vol to 3.60%vol.

theta ring packing；CO2extraction；low-alcohol wine；wine

TS262.6；TS261.4

A

1001-9286（2016）09-0051-04

10.13746/j.njkj.2016088

2016-03-11

楊帆（1993-），男，山東德州人，本科，E-mail：835716073@qq.com。

趙華，教授，E-mail：zhaohua@tust.edu.cn。

優(yōu)先數(shù)字出版時(shí)間：2016-05-12；地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20160512.1512.003.html。