澄清剂联合膜过滤处理对紫米露酒酒体稳定性的影响_刘宇航.pdf

刘宇航，林良玥，郑经文，等.澄清剂联合膜过滤处理对紫米露酒酒体稳定性的影响 J.食品工业科技，2023，44（14）：237245.doi:10.13386/j.issn1002-0306.2022100091LIU Yuhang,LIN Liangyue,ZHENG Jingwen,et al.Effect of Clarifier Combined with Membrane Filtration on the Stability of PurpleRice WineJ.Science and Technology of Food Industry,2023,44(14):237245.(in Chinese with English abstract).doi:10.13386/j.issn1002-0306.2022100091 工艺技术 澄清剂联合膜过滤处理对紫米露酒酒体稳定性的影响澄清剂联合膜过滤处理对紫米露酒酒体稳定性的影响刘宇航1，林良玥1，郑经文2，李慧玲1，胡芳1，郑经绍3，刘伟东1，黄苇1,*（1.华南农业大学食品学院，广东广州 510642；2.云浮市新兴微丰紫米研究院，广东云浮 527434；3.新兴县微丰农业科技有限公司，广东云浮 527400）摘要：紫米露酒货架期出现沉淀和变色现象，严重影响其商品性，为了提升酒体稳定性，论文研究了澄清剂及膜过滤处理对紫米露酒澄清度和花色苷含量的影响。本研究以紫米为原料酿造紫米露酒，从 6 种澄清剂中筛选出最佳澄清剂，通过单因素实验和响应面试验优化澄清工艺，随后将露酒上清液采用 5 种不同滤膜进行过滤处理，通过澄清度和花色苷含量筛选最适滤膜并进行膜通量研究。结果表明，最佳澄清工艺为硅藻土添加量 0.83 g/L、pH4.55、温度 29，在此条件下澄清综合值为 69.721.03。上清液经不同滤膜过滤后澄清度和花色苷含量均显著下降（P0.05），最优滤膜孔径为 0.10 m，经澄清剂处理后滤液膜通量较未处理的提高近 8 倍（P0.05）。实验证明澄清剂联合膜过滤处理能显著提高酒液膜通量，并且能有效提高露酒的酒体稳定性。关键词：紫米露酒，澄清剂，澄清工艺，响应面法，膜过滤本文网刊:中图分类号：TS262.7 文献标识码：B 文章编号：10020306（2023）14023709DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2022100091EffectofClarifierCombinedwithMembraneFiltrationontheStabilityofPurpleRiceWineLIUYuhang1，LINLiangyue1，ZHENGJingwen2，LIHuiling1，HUFang1，ZHENGJingshao3，LIUWeidong1，HUANGWei1,*（1.College of Food,South China Agricultural University,Guangzhou 510642,China；2.Yunfu Xinxing Weifeng Purple Rice Research Institute,Yunfu 527434,China；3.Xinxing Weifeng Agricultural Science and Technology Co.,Ltd.,Yunfu 527400,China）Abstract：During its shelf life,sedimentation and discoloration occurred in purple rice wine,severely diminishing itsmarketability.To improve the stability of the wine body,the effects of clarifier and membrane filtration treatments on theclarity and anthocyanin content of purple rice wine were investigated in this paper.This study used purple rice as the rawmaterial to produce purple rice wine,and the best of six clarifiers was chosen.The clarification process of clarifiers wasoptimized using single-factor experiments and response surface experiments,and then five distinct filter membranes wereused to filter the wines supernatant.Clarity and anthocyanin concentration selected the optimal filter membrane,andmembrane flux was analyzed.From the results,the optimal clarifying process had a diatomite concentration of 0.83 g/L,pH4.55,and a temperature of 29.The comprehensive clarification value was 69.721.03 under these conditions.Thewines supernatant clarity and anthocyanin concentration decreased significantly after filtration with various filter 收稿日期：20221012 基金项目：2020 年广东省级现代农业产业园项目“云浮市新兴县丝苗米产业园”（粤农农函 2020515 号）；华南农业大学大学生创新创业训练计划项目（S202210564103X）。作者简介：刘宇航（1997），男，硕士研究生，研究方向：食品新产品与保健食品，E-mail：lahm_。*通信作者：黄苇（1967），女，硕士，教授，研究方向：农产品加工与贮藏，E-mail：。第 44 卷 第 14 期食品工业科技Vol.44 No.142023 年 7 月Science and Technology of Food IndustryJul.2023 membranes(P0.05).The optimal filter membrane pore size was determined to be 0.10 m,and membrane flux aftertreatment with a clarifier was nearly seven times greater than without treatment(P0.05).The experiment demonstrates thatcombining a clarifier and membrane filtration could significantly increase wines membrane flux and improve winesstability.Keywords：purple rice wine；clarifying agent；clarification process；response surface method；membrane filtration“天紫 1 号”紫米颜色深紫、香味独特、营养丰富，酚类物质、氨基酸、微量元素含量显著高于白米1。紫米的呈色物质为花青素，主要以矢车菊素-3-O-葡萄糖苷形式存在23，据报道花色苷具有抗氧化、抗衰老、抗过敏、心血管保护、改善视力、预防癌症等药理作用46。此外紫米中淀粉含量丰富，达到87.39 g/100 g DW7，非常适合用作酿造原料8。露酒指以黄酒、白酒为酒基，加入药食同源材料或特定食品原辅料或符合相关规定的物质，经浸提和（或）复蒸馏等工艺或直接加入从食品中提取的特定成分制成的，不直接或间接添加食品添加剂，具有特定风格的饮料酒910。紫米露酒经过粗滤后依然存在较多的悬浮物，并且其中的花色苷成分在赋予酒体鲜艳色泽的同时，具有天然色素的共性，容易受到温度、pH、光照等11影响，上述原因导致露酒货架期容易褪色发黄和产生沉淀，需要对露酒澄清措施进行优化，以提高酒体的稳定性。目前酒的澄清方式主要有化学澄清和机械澄清。化学澄清是指通过添加澄清剂使酒体中浑浊物得到聚沉下降12，常用的澄清剂有果胶酶、皂土、壳聚糖、硅藻土、PVPP、壳聚糖季铵盐、明胶、蛋清粉等。机械澄清常用的处理方式包括离心分离和膜过滤。膜过滤是指以压力为推动力，利用膜孔隙的选择透过性进行两相分离的技术，主要分为错流过滤和死端过滤。研究表明错流过滤较死端过滤可以大大缩短酒样澄清时间，提高澄清效率，另外使用更小截留分子的超滤膜的过滤效果要优于微滤膜1315。超滤前进行澄清剂处理，则可大大提高超滤过程的工作效率16，减少膜污染，延长膜组件使用寿命。Perreault 等17发现经过果胶酶处理澄清的蔓越莓汁，在截留量为 50 kDa 的超滤膜处理下，膜通量得到大幅提升，并得到澄清富含花色苷的蔓越莓汁。陈虹吉18使用黄原胶对杨梅汁进行处理后再经微滤，结果显示经澄清剂处理后的杨梅汁膜通量增大且果汁性质稳定。Maktouf 等19使用果胶酶对柠檬汁处理澄清后，经 15 kDa 超滤膜过滤，结果表明澄清剂结合错流膜过滤可以获得更大的膜通量和更高的果汁质量。紫米露酒是以糖化发酵的紫米甜酒酿为原料，添加蒸馏酒，充分浸提酒酿中的花色苷、氨基酸等营养及风味成分。目前国内外鲜有紫米露酒的报道，缺乏对紫米露酒澄清工艺的研究。由于紫米露酒是一个复杂的体系，杂质较多，前期研究显示，仅使用澄清剂处理无法解决酒体易褪色、沉淀等问题。本论文拟通过单因素实验及响应面模型优化澄清剂处理条件，随后采用 5 种不同滤膜进行膜过滤处理，通过对比澄清后酒样的澄清度和花色苷等理化特性，筛选出合适的滤膜并对比膜通量变化，为紫米露酒的澄清工艺提供参考依据。1材料与方法 1.1材料与仪器紫米（糙米）、高度紫米白酒广东云浮市新兴微丰农业科技有限公司；安琪甜酒曲、碳酸氢钠安琪酵母股份有限公司；皂土烟台帝伯仕自酿机有限公司；硅藻土郑州易旺化工产品有限公司；壳聚糖河南云航轩生物科技有限公司；壳聚糖季铵盐南通添香生物工程有限公司；蛋清粉、无水柠檬酸河南万邦实业有限公司；交联聚乙烯吡咯烷酮（PVPP）上海万康生物科技有限公司；乙酸河南凯帝食品工业有限公司；氯化钾、乙酸、三水合乙酸钠天津科密欧化学试剂有限公司；盐酸、无水乙醇广州化学试剂厂；聚醚砜（PES）滤膜 0.45、0.18、0.10 m，50、10 kDa绍兴海纳膜技术有限公司。LRH 生化培养上海一恒科学仪器有限公司；AL204 电子分析天平梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；TU-1800 紫外可见分光光度仪北京普析通用仪器有限责任公司；雷磁 PHS-3C 数字 pH 计上海仪电科学仪器股份有限公司；实验室多功能膜过滤设备绍兴海纳膜技术有限公司；LL13-20BM 型三缸柱塞泵台州博拓里尼机械有限公司。1.2实验方法 1.2.1 制作工艺流程该紫米露酒制作工艺流程如图 1 所示。浸提,粗滤澄清剂澄清,膜过滤蒸煮冷却,接种酒曲,糖化紫米酒酿浑浊紫米露酒紫米饭紫米紫米露酒图 1 紫米露酒制作工艺流程Fig.1 Technological process of purple rice wine 1.2.2 操作要点紫米与清水比例为 1:1.7 蒸煮至淀粉充分糊化而米粒不粘连，紫米饭冷却至 40 以下并按照紫米重量的 0.6%添加安琪甜酒曲，搭窝拌曲后置于 30 下培养充分糖化。高度紫米白酒按照紫米酒酿重量的 50%加入至紫米酒酿中，搅拌均匀后置于 28 培养箱浸提 16 h。最后用 100 目纱布对浸提后的混合液进行粗滤，得到浑浊紫米露酒。238 食品工业科技2023 年 7 月 1.2.3 澄清剂的筛选以去离子水为溶剂，将壳聚糖、壳聚糖季铵盐、皂土、PVPP、蛋清粉、硅藻土分别配制成 1%的溶液，并分别按照 0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 和 1.2 g/L 添加量加入到紫米露酒中，混合均匀，于 28 静置 4 d，取上清液测定澄清度及色度，优选出澄清剂。试验重复三次取平均值。1.2.4 硅藻土澄清工艺单因素实验 1.2.4.1 添加量固定温度为 28，pH 为 4.5，硅藻土分别按照 0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 g/L 加入到紫米露酒中，静置 4 d 后测定其澄清高度和澄清度，按照 1.2.7.2 计算澄清综合值，通过比较澄清综合值确定硅藻土的最适添加量。1.2.4.2 pH固定硅藻土添加量 0.8 g/L，温度为28，用柠檬酸溶液和碳酸氢钠溶液调节紫米露酒pH 为 3.5、4.0、4.5、5.0、5.5，静置 4 d 后，计算澄清综合值，确定澄清最适 pH。1.2.4.3 处理温度固定硅藻土添加量 0.8 g/L，pH为 4.5，紫米露酒放置于 20、24、28、32 和 36，静置 4 d 后，计算综合值，确定澄清最适温度。1.2.5 响应面法优化试验设计在单因素实验的基础上，通过 Box-Behnken 响应面法进行优化，以澄清综合值作为响应值（Y），确定 pH（A）、硅藻土添加量（B）、温度（C）的最佳值，响应面优化试验设计表见表 1。表 1 响应面试验因素及水平Table 1 Factors and levels of response surface test因素水平101澄清处理温度（）242832澄清处理pH4.04.55.0硅藻土添加量（g/L）0.60.81.0 1.2.6 膜孔径的筛选本实验采用错流膜分离装置，如图 2 所示。液体进入膜组件后一部分变成过滤液，经流量计后收集为紫米露酒，另一部分截留液再回到进料罐中，可通过背压阀可调节操作压力。选择孔径为 0.45、0.18、0.10 m、50 和 10 kDa 的 5 种卷式膜，过滤经澄清剂处理后的紫米露酒上清液，测定花色苷含量和澄清度，筛选出最佳膜孔径或分子截留量，然后测定其膜通量。1.2.7 指标测定 1.2.7.1 紫米露酒澄清度的测定参考蔡铭等20方法并略有改动，吸取露酒上清液，加入到光程 1 cm石英比色皿中，以蒸馏水为空白调零，测定 680 nm下紫米露酒吸光值，计算公式如下：T=10A100式中：T 为澄清度，%；A 为样品 680 nm 下的吸光值。1.2.7.2 澄清综合值的计算经澄清剂处理后，露酒上清液的高度反映澄清效果好坏，上清液高度占比越高、澄清度越高则表明紫米露酒澄清效果越好，本实验是在澄清剂处理 4 d 时，测量容器中露酒上清液高度、酒体总高度，计算二者的比值计为澄清高度百分比。根据预实验结果，赋予澄清高度百分比 75%的权重，赋予澄清度 25%的权重，二者相加后并扩大100 倍消除百分号，计为澄清综合值，以该澄清综合值评价澄清效果，计算公式如下：澄清综合值=HiH075%+T25%100HiH0式中：为上清液高度，cm；为酒体总高度，cm；T 为澄清度，%。1.2.7.3 紫米露酒色度的测定吸取一定量的样品并稀释到适宜倍数，放置于光程 1 cm 石英比色皿中，以蒸馏水为空白调零，分别在 420、520、620 nm下测定紫米露酒吸光值，计算公式21如下：K=A420+A520+A620A420A520A620式中：K 为色度值；、分别为 420、520、620 nm 吸光值。1.2.7.4 膜通量的测定膜通量是指在一定的操作压力下、单位时间内，通过单位滤膜面积的透过液体积，计算公式22如下：J=VStm2hm2式中：J 为膜通量，L/（）；V 为过滤液体积，L；S 为有效过滤面积，；t 为过滤时间，h。1.2.7.5 紫米露酒花色苷的测定用 pH 示差法测定花色苷含量，参考Zhang 等23方法并略有改动，取1 mL露酒分别用 pH1.0 的 HCl-KCl 缓冲溶液和 pH4.5的 HCl-NaAc 缓冲溶液定容至 10 mL，置于暗处平衡 2 h，以等量溶剂加相应缓冲溶液为空白作对照，用分光光度计测定两种溶液 520 和 700 nm 波长处的吸光值 A，按以下公式计算得出花色苷含量 P。P(mg/L)=AMWDF1000L0(A520A700)PH1.0(A520A700)PH4.5式中：A=，MW矢车 浑浊紫米露酒进料泵压力表背压阀流量计过滤液1234567膜组件图 2 膜过滤装置实验图Fig.2 Experimental diagram of membrane filtration device注：1 为进料罐；2 为动力泵，提供过滤所需压力；3 为压力表；4 为可更换的膜组件。第 44 卷 第 14 期刘宇航，等：澄清剂联合膜过滤处理对紫米露酒酒体稳定性的影响 239 L0菊花素-3-O-葡萄糖苷的分子摩尔质量，449.2 g/mol；DF 为稀释因子；为矢车菊花素-3-O-葡萄糖苷的消光系数，26900；为比色皿光程，1 cm。1.3数据处理每次实验重复 3 次，运用 Design-Expert 12、SPSS23.0、Origin 2021 等软件进行数据的统计分析。2结果与分析 2.1紫米露酒澄清剂的初步筛选浑浊紫米露酒中含有较多的糖、氨基酸和蛋白质等物质易导致酒体浑浊。试验分别使用壳聚糖、壳聚糖季铵盐、皂土、PVPP、蛋清粉和硅藻土共6 种澄清剂进行澄清处理，结果如图 3、图 4 所示。8988878685848300.20.40.60.81.01.2澄清度(%)澄清剂添加量(g/L)壳聚糖蛋清粉硅藻土PVPP壳聚糖季铵盐皂土图 3 添加澄清剂后紫米露酒澄清度的变化Fig.3 Changes in clarity of purple rice wine after addingclarifying agent 6.05.55.04.54.03.53.000.20.40.60.81.01.2色度澄清剂添加量(g/L)壳聚糖蛋清粉硅藻土PVPP壳聚糖季铵盐皂土图 4 添加澄清剂后紫米露酒色度的变化Fig.4 Changes in the chromaticity of purple rice wine afteradding clarifying agent 壳聚糖是一种不溶于水的碱性多糖，溶于乙酸时，氨基与氢离子相结合形成带正电荷的分子，通过与酒液带负离子的微粒作用，引起酒中浑浊的胶粒聚沉24。壳聚糖添加量为 0.8 g/L 时，澄清度达到峰值为 86.53%，上清液色度为 4.10，随着添加量增加澄清度和色度变化不明显，可能是因为壳聚糖自身吸附负离子能力有限。壳聚糖季铵盐是基于壳聚糖大分子的基础上，接枝小分子季铵盐，较壳聚糖有着更强的结合负电离子能力，从而有效的聚沉露酒中阴离子基团25。壳聚糖季铵盐添加量为 1.2 g/L 时，澄清度为最高达到 87.92%，但色度仅为 3.80，色度较低可能是由于部分花青素也被凝聚至底部。皂土又称膨润土，吸水膨胀后形成带负电荷的胶体溶液，通过吸附酒中正电荷离子从而达到澄清效果26。皂土的添加量为 1.0 g/L 时，澄清度达到峰值为 87.30%，色度3.71，色度为 6 种澄清剂处理后最低水平，其原因可能是由于在酸性条件下露酒中的花青素带正电所致。交联聚乙烯吡咯烷酮又称作 PVPP，具有很强的膨胀性能和络合能力，作用原理是通过羰基与多种蛋白质及多酚类浑浊物形成氢键络合物，从而达到澄清效果27。PVPP 添加量为 0.8 g/L，此时澄清度峰值为 87.49%，色度为 4.31。蛋清粉是一种蛋白类澄清剂，溶于水会形成粘糊状的化合物去吸附酒中的混浊微粒，使其成为小片状物而被聚沉28。蛋清粉添加量为 1.0 g/L 时，此时澄清度峰值为 87.91%，色度为3.87，可能是因为蛋清粉配成溶液后有较好的絮凝作用，可以使蛋白质等大分子物质快速沉降，而由于酒样是一个复杂体系，花色苷与蛋白质可能会形成复合物从而被沉降下来29。硅藻土是一种天然存在的无机物质，具有多孔性结构，有较强的吸附能力30，硅藻土中的金属离子可与酒中的酸性物质相互作用形成盐类，加速露酒的澄清。硅藻土添加量为 0.8 g/L 时，澄清度峰值为 88.80%，是 6 种澄清剂中最高值，此外色度为 4.44 与其他相同浓度的澄清剂相比处于最高值。整体来看，澄清度随着 6 种澄清剂的添加量呈现先上升再下降趋势并且大多在 0.8 g/L 达到峰值，色度总体呈现下降趋势，其中以硅藻土综合效果最好，并且硅藻土价格低廉，因此选择硅藻土作为紫米露酒最佳澄清剂。2.2硅藻土澄清效果单因素实验 2.2.1 硅藻土添加量对澄清综合值的影响不同硅藻土添加量对澄清综合值影响显著（P0.05），如图 5所示。在硅藻土添加量为 0.21.0 g/L 范围内，随着硅藻土添加量的增加，澄清综合值呈先上升后下降趋势，在 0.8 g/L 时达到峰值。当硅藻土添加量在 0.20.8 g/L 范围内，随添加量增加澄清综合值不断变大，是因为多孔疏松结构的硅藻土有较强的吸附能力，随 edcab807570656055500.20.40.60.81.0澄清综合值硅藻土添加量(g/L)图 5 硅藻土添加量对澄清综合值的影响Fig.5 Effect of diatomite addition on the comprehensive valueof clarification注：不同小写字母表示差异显著，P0.05；图 6图 7、图 9图 10、图 12 同。240 食品工业科技2023 年 7 月添加量增加对酒中的固体悬浮物吸附量加大。当添加量达到 1.0 g/L 时，澄清综合值下降，这可能是因为过量的硅藻土自身也成为一种胶体，从而影响了澄清高度和澄清度。2.2.2 pH 对综合值的影响如图 6 所示，pH 对澄清综合值影响显著（P0.05）。在 pH3.55.5 范围内，随着 pH 的升高，澄清综合值呈先上升再下降的趋势，在 pH 为 4.5 时达到峰值。pH3.54.5 范围内，澄清综合值随 pH 增加而逐渐增大。当 pH 超过 4.5 时，澄清综合值开始下降。可能是因为 pH4.5 为紫米露酒等电点，体系中的蛋白质和氨基酸在等电点，因为没有相同电荷而互相排斥的影响，最不稳定，溶解度最小，极易借静电引力迅速结合成较大的聚集体，从而达到澄清效果3132。当 pH 远离等电点时，露酒中正负电荷数不相等，颗粒不易聚沉析出，因而澄清速率和澄清度较低。807060504030203.54.04.55.05.5dcdbcab澄清综合值pH图 6 pH 对澄清综合值的影响Fig.6 Effect of pH value on the comprehensive value ofclarification 2.2.3 温度对综合值的影响如图 7 所示，温度对澄清综合值影响显著（P0.05）。在温度 2036 范围内，随着温度的升高，澄清综合值总体呈现先上升再下降的趋势，在 28 时达到峰值。2028 范围内随着温度的升高澄清综合值不断增大，这可能因为在斯托克斯区域内，随着温度的上升，液体的粘度变小，根据滞留区的速度公式可知，粘度变小时澄清速率变大，并且硅藻土在此温度下形成了稳定的热力学体系33。当温度超过 28 后，澄清综合值不断下降，这可能是因为温度过高会使得布朗运动加剧，也会影响沉降颗粒物质的稳定性，从而导致澄清速率降低。2.3响应面优化试验结果 2.3.1 响应面优化澄清条件在单因素实验的基础上，通过 Box-Behnken 试验设计原理，以澄清综合值为响应值，通过响应面优化试验回归模型系数的显著性检验，筛选出最佳的澄清剂澄清工艺参数，结果如表 2 所示。表 2 响应面试验结果与分析Table 2 Analysis and results of response surface test design实验号ApHB硅藻土添加量（g/L）C温度（）澄清综合值15.00.82430.4124.50.62438.7734.50.82870.2644.51.02448.6154.00.82422.1964.01.02829.4175.00.83244.7184.51.03255.5195.01.02835.23105.00.62838.47114.50.63247.68124.50.82868.91134.50.82867.56144.00.62817.21154.50.82868.12164.00.83218.87174.50.82868.32 利用 Design Expert 软件对表 2 的试验数据进行回归分析，以紫米露酒的澄清综合值为响应值，建立紫米露酒澄清工艺参数的回归方程为：R=68.43+7.64A+3.33B+3.35C3.86AB+4.41AC0.5025BC28.48A29.88B210.91C2，对澄清综合值的二次回归方程进行模型方差分析，结果见表 3。表 3 回归模型方差分析Table 3 ANOVA for regression models方差来源平方和自由度均方F值P值显著性模型5465.159607.24173.120.0001A467.261467.26133.210.0001B88.64188.6425.270.0015C89.71189.7125.580.0015AB59.60159.6016.990.0044AC77.62177.6222.130.0022BC1.0111.010.28790.6082A23414.1813414.18973.360.0001B2410.861410.86117.130.0001C2501.471501.47142.960.0001残差24.5573.51失拟项18.4936.164.070.1045纯误差6.0641.52矫正总和5489.7116注：“”表示显著（P0.05）；“”表示极显著（P0.01）。807060504030202024283236澄清综合值dcabc温度()图 7 温度对澄清综合值的影响Fig.7 Effect of temperature on the comprehensive value ofclarification 第 44 卷 第 14 期刘宇航，等：澄清剂联合膜过滤处理对紫米露酒酒体稳定性的影响 241 R2R2Adj从表 3 可以看出，该二次回归模型极显著（P0.05），回归模型决定系数=0.9955，校正决定系数为=0.9898，说明该模型校正前后分别能解释 99.55%、98.98%响应值的变化，变异系数 CV=4.14%，说明模型的重现性较好，有较高的拟合度和相关性34。该回归模型可用于分析和预测不同澄清工艺条件下紫米露酒的澄清综合值。各因素的一次项和二次项均极显著（P温度硅藻土添加量，并且 pH 的 F 值远大于其他两个因素，也说明 pH 对紫米露酒综合值影响最为显著。交互作用分析中响应面图和等高线图能够直接反映各因素对响应值的影响及各因素间相互作用的强弱。等高线越接近椭圆状，曲面坡度越陡，两个因素之间交互作用对响应值的影响越大，反之则越小3536。由图 8 可知，响应面均开口向下，综合值随各因素增大呈现先增加后减少的趋势，图 8a 与图 8c坡度更陡且等高线更为密集呈椭圆状，说明 pH-硅藻土添加量之间、pH-温度之间交互作用对综合值的影响显著。图 8b 则坡面较缓等高线较稀疏且呈圆形状，说明硅藻土添加量-温度交互作用对综合值的影响不显著，这与表 3 结果相符合。2.3.2 最佳澄清工艺参数和验证试验结果利用Design Expert 12 分析得紫米露酒最佳的澄清工艺参数为：pH4.57，硅藻土添加量为 0.827 g/L，温度为28.712，在此条件下，综合值为 69.84。为验证预测模型的可靠性，根据实际情况调整参数为 pH4.55，硅藻土添加量为 0.83 g/L，温度为 29。在此条件下测得综合值为 69.721.03。实际测得与模型预测的综合评分相对误差为 0.92%，故该多元线性回归模型基本准确，具有实用价值。此时紫米露酒呈宝石红色，有浓郁的紫米香气，酒体饱满。2.4滤膜孔径/截留分子量对紫米露酒的澄清度和花色苷含量的影响上述经澄清剂澄清处理后的紫米露酒常温放置一个月后，露酒底部会出现少量沉淀，颜色暗沉。表明仅经过澄清剂处理并不能完全解决沉淀和变色问题，进一步膜过滤处理有望改善酒体的稳定性。使用 5 种不同卷式膜，控制压力为 0.1 MPa，对澄清剂处理后的紫米酒液上清液进行膜过滤。2.4.1 不同滤膜孔径/截留分子量对紫米露酒澄清效果的影响膜过滤的最主要目的是进一步提升酒样的澄清度，防止沉淀。如图 9 所示，经不同滤膜过滤后，紫米露酒澄清度随滤膜孔径/截留分子量的不断减小总体呈现上升的趋势，且存在显著性差异（P0.05）；0.18、0.10 m 和50 kDa 处理的酒样与对照差异显著（P0.05）；而当截留分子量变成 10 kDa 时花色苷含量降到最低，与其他处理组差异显著（P0.05）。综合考虑澄清度和花色苷含量，孔径 0.10 m 滤膜处理的酒样澄清度高，花色苷含量符合要求，为优选滤膜孔径。酒样经过放置 3 个月后未发现发黄发暗的现象。80706050403020100aCK0.45 m0.18 m0.10 m50 kDa10 kDaabcbbcd花色苷含量(mg/L)滤膜孔径/截留分子量图 10 不同滤膜孔径/截留分子量对花色苷含量的影响Fig.10 Effect of different membrane pore size/molecularweight cut-off on the anthocyanin content 紫米露酒中的花色苷分子量在 500 Da 以下38，理论上可以通过 10 kDa 以上的滤膜，但实验结果却并非如此，显示花色苷损失近一半，说明除了物质自身的分子量因素外，还有其他原因制约着花色苷的透过18。一方面，可能是因为滤膜与花色苷可能会相互作用，导致花色苷含量减少，相互作用可能与苯环之间的氢键和堆叠有关39。另一方面，紫米露酒是一个复杂的体系，体系中各成分之间存在复杂的相互作用，各物质并非独立存在，而是以更大分子量的混合体形式所存在，例如蛋白质-多酚混合物等29，这些混合物被滤膜所截留而导致花色苷的损失。这与苏鹤等40研究发现使用截留分子量为 10 kDa 滤膜对花色苷提取液进行超滤，花色苷透过率不足 80%结论一致。经 0.10 m 滤膜处理过的酒样，避光低温放置3 个月后，无沉淀现象产生，澄清度仍维持在较高的水平为 91.8%，并且花色苷较为稳定，酒体颜色呈宝石红色，表明澄清剂联合膜过滤处理可以有效解决紫米露酒出现的沉淀和变色问题。紫米露酒澄清前后的样品如图 11 所示，其中 a 为未经澄清工艺处理，b 为经澄清工艺处理的紫米露酒。ab图 11 紫米露酒澄清前后的样品示图Fig.11 Purple rice wine samples of different clarification 2.5澄清剂处理前后对膜通量变化的影响如图 12 所示，当滤膜孔径为 0.10 m，压力为0.1 MPa 时，不论露酒是否经过澄清剂处理，前 20 min膜通量都普遍下降，这是因为膜过滤初期紫米露酒中大分子物质不断堆积在膜表面，致使膜通量显著下降（P0.05），而到了后期膜通量则趋于稳定，因为错流过滤中液体流向平行于膜表面，超滤时会把膜表面堆积的杂质冲走，从而使得膜污染与清洗达到相对平衡。另外图 12 显示，经过澄清剂处理的酒样，其膜通量远远高于未处理酒样，尤其在膜过滤稳定后，两者差距近 8 倍（P0.05），并且未澄清处理的酒样在25 min 后膜通量接近于 0，说明膜表面已经过度污染，若继续进行膜过滤则会损伤膜组件与机器，表明澄清剂处理酒样可以有效减少膜污染，提高膜过滤效 10098969492908886848280fCK0.45 m0.18 m0.10 m50 kDa10 kDaedcba澄清度(%)滤膜孔径/截留分子量图 9 不同滤膜孔径/截留分子量对澄清度的影响Fig.9 Effect of different membrane pore size/molecular weightcut-off on the clarity 50aabbbcbccccccc4030201005101520253035膜通量(L(m2h)1)时间(min)澄清剂处理未处理图 12 澄清剂澄清处理前后膜通量的变化Fig.12 Changes of membrane flux before and after clarificationby clarifier 第 44 卷 第 14 期刘宇航，等：澄清剂联合膜过滤处理对紫米露酒酒体稳定性的影响 243 率。这与陈虹吉18研究结论一致。膜过滤前对紫米露酒进行澄清剂处理非常必要，可极大提高膜过滤效率。3结论本文首先筛选澄清剂确定硅藻土为最佳澄清剂，通过单因素实验以及响应面试验，获得紫米露酒澄清工艺为硅藻土土添加量 0.83 g/L、pH4.55、温度 29，在此条件下澄清综合值为 69.721.03。通过对照酒样与 0.45、0.18、0.10 m、50 和 10 kDa 滤膜膜过滤结果分析，0.10 m 滤膜过滤后酒体澄清度为 91.760.20，花色苷含量为 31.840.31，在此条件下滤液膜通量较未处理提高了接近 8 倍（P0.05），表明添加澄清剂澄清处理可以极显著提高超滤速率，并且使膜组件不易受污染。本研究表明紫米露酒经澄清剂联合膜过滤处理，大量杂质被去除，能有效解决紫米露酒出现的沉淀和变色问题，为紫米露酒的澄清工艺提供了参考依据。但本研究存在一些局限，对该工艺条件下，香气、氨基酸等成分的损失有待深入研究，对于长时间保存条件下花色苷的变化情况有待进一步探讨。参考文献 1 许立益,余宏达,江冬怡,等.紫米与籼米复配比对复配粉性质及紫米粉丝品质的影响J.食品工业科技，2022，43（17）：114121.XU L Y,YU H D,JIANG D Y,et al.Effects of themixing ratio of purple rice and indica rice on the properties of mixedpowder and the quality of purple rice noodlesJ.Science and Tech-nology of Food Industry，2022，43（17）：114121.2 杨宁,熊思慧,何静仁,等.紫米营养功能成分及其游离态与结合态组成的 HPLC/LC-MS 分析J.食品与机械，2017，33（4）：2732.YANG N,XIONG S H,HE J R,et al.Nutritional andfunction components in purple rice and free and bond state composi-tions analyzed by HPLC/LC-MSJ.Food and Machinery，2017，33（4）：2732.3 SHAO Y,BAO J.Polyphenols in whole rice grain:Genetic di-versity and health benefitsJ.Food Chemistry，2015，180：8697.4 韩海华,梁名志,王丽,等.花青素的研究进展及其应用J.茶叶，2011，37（4）：2172