活性炭处理大曲酒副产物黄水的研究

梁艳玲，苏芬芬，伍彦华，林一雄

（1.广西轻工业科学技术研究院，广西南宁530031；2.广西大学，广西南宁530003）

活性炭处理大曲酒副产物黄水的研究

梁艳玲1，苏芬芬2，伍彦华1，林一雄1

（1.广西轻工业科学技术研究院，广西南宁530031；2.广西大学，广西南宁530003）

黄水是固态法酿造白酒时存在于泥窖中的棕黄色黏稠液体。通过活性炭的吸附作用，不仅能有效的降低黄水的色度和化学需氧量（COD），而且在一定程度上能吸附不良气味。利用正交实验分析方法，得到活性炭最佳处理条件：3.5%（w/v）糖用活性炭在40℃下对黄水吸附20m in，最终黄水的脱色率可达67.47%（±0.24%），为后续有效成分的提取奠定了基础。

大曲酒；黄水；活性炭；正交实验；脱色率

黄水是固态法酿造白酒时存在于泥窖中的棕黄色黏稠液体，为白酒生产过程中产生的副产物[1]。一般情况下，年产量上万吨的白酒厂家，日产黄水量为10 t左右。黄水含有2.3%～4.8%的残余淀粉，2.3%～4.5%的还原糖，3.6%～5.1%的酒精，28～36 g/L的总酸（尤其是乳酸、丁酸、己酸、乙酸等羧酸含量较高），白酒香味的前体物质，腐植质和酵母菌体的自溶物，厌氧微生物以及活细胞等，pH值范围在2.5～4.2[2]。

黄水中杂质繁多且颜色很深，伴有不良气味，每升黄水所含COD高达十几万毫克[1]。因此，黄水有效成分提取的过程中，脱色除臭处理这一步骤是很必要的，不仅能有效降低黄水的色度和COD，而且在一定程度上能够减少不良气味，有利于后续的提取。对于有机废水的脱色除臭处理，活性炭是最为常用的脱色剂，不同种类的活性炭孔隙结构及表面化学结构存在着较大的差异，活性炭的吸附效能也有着较大区别。本研究通过对活性炭处理黄水的各项条件进行探讨，初步得到了较为理想的处理结果。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂及仪器

活性炭：种类有常规活性炭、糖用活性炭、有机酸专用活性炭3种，均为粉末状，购于南宁市旗科仪器仪表有限公司。

黄水样品来自广西某浓香型白酒生产企业。

试剂：甲醇，色谱纯；乳酸、磷酸二氢铵、磷酸、氢氧化钠、盐酸、硫酸、氯化钠，均为分析纯。

主要仪器：离心机，安科生物工程（集团）股份有限公司；数显恒温水浴锅，上海精密科学仪器有限公司；循环水式真空泵，巩义市英峪予华仪器有限公司；紫外可见分光光度计，上海尤尼柯有限公司；高效液相色谱仪，沃特世科技(上海)有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 黄水预处理

将黄水样品在4500 r/m in条件下离心10m in，去掉沉淀，收集上清液备用。

1.2.2 黄水最佳吸收波长的确定

取黄水上清液稀释10倍，在340～560 nm波长范围内以10 nm为梯度进行检测，记录相应的吸光度A，确定最大吸收峰波长；同时，在不同波长下对梯度稀释的黄水进行检测及线性回归分析。

1.2.3 活性炭选择

按照2.0%（w/v）的用量分别称取常规活性炭、糖用活性炭、有机酸用活性炭。黄水先置于数显恒温搅拌器预热，温度为50℃，吸附30m in后过滤，收集滤液，检测原液和滤液吸光度A，并计算脱色率，选择最佳活性炭。

1.2.4 预实验

分别在活性炭用量为0.5%～5.0%（w/v，每隔0.5%）、吸附时间为10～60m in（每隔10m in）、吸附温度为20～90℃（每隔10℃）等条件进行预实验，为正交实验确定因素水平。

1.2.5 正交实验方法

根据预实验的结果，选择对黄水脱色效果影响较大的因素，每个因素设立3个水平，以脱色率为参考指标，进行正交实验，确定活性炭最佳处理条件。根据正交实验结果分析，验证最佳实验方案。

2 结果与讨论

2.1 最大吸收峰波长的确定

检测了黄水在波长为340～560 nm下的吸光度A，结果表明在350 nm检测时吸光度最高（见图1），同时对不同浓度的黄水进行了线性回归分析，350 nm下回归方程为y=-0.029x+1.893，R2=0.990，趋势线拟合程度较高（图2），而其他波长下的R2值均小于0.990，故确定350 nm为黄水的最佳检测波长。

图1 不同波长下黄水的吸光度

2.2 最适活性炭的选择

本实验选择了3种不同的活性炭：有机酸用活性炭、常规活性炭以及糖用活性炭。实验结果显示，糖用活性炭脱色效果较好，脱色率为52.2%，明显高于有机酸用活性炭和常规活性炭的脱色率（图3A）；通过观察不同类型活性炭处理后黄水的颜色，也可直观的发现糖用活性炭的处理效果最为理想，颜色最为澄清透明，说明大部分的色素已被活性炭吸附（图3B）；通过气味的判断，糖用活性炭处理后的黄水中的不良气味也有明显减少，因此，选择糖用活性炭对黄水进行脱色除臭处理。

图2 不同浓度黄水在350 nm下的吸光度

图3 不同类型活性炭对黄水的脱色效果

2.3 正交实验

2.3.1 因素水平的确定

根据单因素实验的结果，对糖用活性炭吸附作用影响较大的有活性炭用量、吸附时间及吸附温度，选取这3个条件作为考察因素，每个因素设立3个水平，按照L9（33）方案设计正交实验，见表1。

2.3.2 正交实验结果与分析

以脱色率为指标，按照正交实验方案分组对经过离心去除沉淀后的黄水进行处理，结果见表2，方差分析见表3。

表1 正交实验因素水平

表2 正交实验结果

表3 方差分析

由表2的计算结果可知，极差值为RA＞RC＞RB，影响因素主次排序为A＞C＞B，即糖用活性炭的用量对于黄水脱色影响显著，其次是吸附时间、吸附温度。从表3方差分析来看，FB、Fc值远小于临界值，说明吸附温度及吸附时间对于黄水脱色过程影响并不大，随着吸附时间的延长及吸附温度的升高，脱色率提高不明显且有下降的趋势，而FA则远大于临界值，说明活性炭的用量对于脱色过程的影响最为显著。结合分析结果、降低能耗及节约生产成本等因素的考虑，确定糖用活性炭处理黄水的最佳条件组合为A3B2C2，即活性炭用量为3.5%（w/v）、吸附温度为40℃、吸附时间为20m in。

2.3.3 验证实验

量取3份经过预处理的黄水上清液，按照最佳处理工艺进行实验。活性炭吸附结束后进行过滤，收集滤液，在350 nm波长下检测吸光度A，计算出处理后的黄水脱色率，为67.47%（±0.24%），比条件优化前提高了16%左右。

3 结论与展望

本实验通过利用不同活性炭对黄水脱色效果的比较，结果表明糖用活性炭处理效果最佳，由此可见，不同种类活性炭在实际应用中是有所区分的，在使用时应加以鉴别以节约生产成本。通过正交实验对活性炭吸附条件进行优化，得出结论：活性炭用量3.5%（w/v）、吸附温度40℃、吸附时间20m in，通过实验验证，最终脱色率可达67.47%（±0.24%）。

黄水中所含成分极为复杂，通过离心作用可除去大部分不溶性的物质，然而黄水的色泽及不良气味并不能降低；采用活性炭的吸附功能，得到了较为理想的脱色除臭效果。在活性炭吸附后的过滤过程中仍存在一些不足，如用常规滤纸过滤速度慢、时间长，采用抽滤的方法则会有少量的活性炭粉末进入滤液中，因而过滤过程仍需改进。本实验为后续采用离子交换树脂法对有机酸进行分离提取提供了较好的基础，本课题将对其进一步探究及报道。

[1]杨瑞,周江.白酒生产副产物黄水及其开发利用现状[J].酿酒科技,2008(3)：90-92.

[2]韩永胜,刘兴平,敖宗华,等.浓香型白酒黄水质量评价及检测进展[J].酿酒科技,2014(9)：92-95.

Treating Yellow Water with Active Carbon

LIANG Yanling1,SU Fenfen2,WU Yanhua1and LIN Yixiong1
(1.Guangxi Institute of Light Industry,Nanning,Guangxi530031;2.Guangxi University,Nanning,Guangxi 530003,China)

Yellow water,the brown and sticky muddy liquid,is the by-product in the production of Baijiu by solid-state fermentation.Treating yellow water with active carbon could not only effectively reduce the color and COD of yellow water,but also absorb the off-odor.The best conditions for active carbon treatment were summed up by orthogonal test as follows:20min absorption by 3.5%(w/v)active carbon at40℃. Asa result,the final decolorization rate of yellow water reached up to 67.47%(±0.24%).This study has laid the foundation for subsequent extraction of efficient components from yellow water.

Daqu Baijiu;yellow water;active carbon;orthogonal experiment;decolourization rate

TS262.3；TS261.4；TS261.9；X797

A

1001-9286(2017)01-0095-03

10.13746/j.njkj.2016308

广西壮族自治区科学研究与技术开发计划项目（桂科攻14124004-5-6）。

2016-10-19

梁艳玲（1989-），女，壮族，广西南宁人，硕士研究生，助理工程师，主要从事食品发酵工程相关工作，E-mail：elian.12@163.com。

优先数字出版时间：2016-11-25；地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20161125.1412.009.html。