利用粉末活性炭处理技术降低青梅酒中氰化物含量的研究

宋志雪，胡鹏刚 *，谭晓辉，龙运忠，何华婷，江飞凤，赵玲燕

（1.黔南民族职业技术学院，贵州 都匀 558022；2.贵州大学 贵州省发酵工程与生物制药重点实验室，贵州 贵阳 550025；3.贵州大学 酿酒与食品工程学院，贵州 贵阳 550025；4.贵州荔波昌辉食业，贵州 荔波 558400）

青梅（Vatica mangachapoi）又称果梅、酸梅，主要分布在我国的广东、广西、四川、贵州等地[1]，被誉为地球腰带上的绿宝石——荔波盛产青梅，尤其是荔波县黎明关乡木朝村，生长着两万多亩天然野生青梅，作为全国最大的集中连片野生梅林，享有“十里梅海”之称[2]。青梅果实营养丰富，有清除血液垃圾、预防高血压和脑溢血等功效，还有生津止渴、增进食欲、改善肠胃功能、增强肝脏功能、防老抗衰、缓解疲劳的作用[3-6]。青梅采收季节集中、果农销售压力大，鲜果产品加工形式单一、产业化程度不高、机械加工产业发展严重滞后，严重制约当地经济的发展[7]。为了提升当地特产的附加值，解决当地农产品滞销的问题，以青梅为原料，经过发酵、分离、调配、过滤、陈酿、冷处理、灭菌等技术酿制成青梅酒[8]，其具有酒香怡人、果香浓郁、营养成分丰富、口感柔和丰满等特点，备受消费者的青睐。

由于青梅含有氰甙类配糖体，故酿造过程中会水解产生一定量的氰化物[9]，人体摄入氰化物后，轻者会导致头晕、头痛、恶心、呕吐或胸闷，重者会导致呼吸困难、昏迷甚至死亡，长期低剂量的摄入会引起智力衰退等神经系统损伤[10-11]。李超等[12]针对含氰浓度不同的废水介绍了酸化回收法等7种含氰废水处理方法。张明赞等[13]研究表明，可以通过预先用水浸泡原料、蒸煮时多排气或将原料晾干等手段来降低白酒生产中氰化物的含量。仲崇波等[14]在活性炭对水解除氰的影响研究中表示，加入活性炭后，反应时间和水解温度会显著影响除氰率。

本试验采用筛选出的粉末活性炭作为吸附剂，分别探索粉末活性炭的使用量、作用时间和作用温度对青梅酒中氰化物含量的影响，同时进行青梅酒的感官评价，再利用Box-Behnken响应面试验，以粉末活性炭使用量、作用时间和作用温度为响应因子，以青梅酒的感官评分为响应值，确定最佳工艺。既降低了青梅酒的氰化物含量，又保证了其的风味与品质，从而为发展当地青梅特殊资源产业提供了理论参考数据，提高了青梅酒的质量及其附加价值，帮扶了农民并增加了农民收入，同时促进并带动了贵州荔波旅游特殊青梅产业的经济发展。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

青梅酒：贵州荔波昌辉食业；粉末活性炭：市售；酒石酸：天津市东丽区天大化学试剂厂；酚酞：天津石英钟厂霸州市化工分厂；甲基橙、氢氧化钠、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠、吡唑啉酮、氯胺T：天津市科密欧化学试剂有限公司；乙酸：成都金山化学试剂有限公司；无水乙醇：天津市富宇精细化工有限公司；异烟酸：上海沪试化工有限公司。本试验所用化学试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

723可见分光光度计：天津冠泽科技有限公司；JJ224 BC型分析天平：常熟市双杰测试仪器厂；DFDS-700型恒温水浴锅：邢台润联机械设备有限公司；DB电加热板：江苏科析仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 粉末活性炭对青梅酒氰化物含量影响的单因素试验

粉末活性炭添加量的确定：分别在100 mL的青梅酒中加入3 g、5 g、7 g、9 g、11 g粉末活性炭，在50 ℃条件下搅拌反应2 h，反应结束进行过滤，分别测其氰化物的含量和感官评分，考察不同粉末活性炭的添加量对青梅酒氰化物的去除效果。

作用时间的确定：在100 mL的青梅酒原液中加入7 g粉末活性炭，在50 ℃条件下分别搅拌反应1.0 h、1.5 h、2.0 h、2.5 h、3.0 h，反应结束进行过滤，分别测其氰化物的含量和感官评分，考察不同作用时间对青梅酒氰化物的去除效果。

作用温度的确定：在100 mL的青梅酒原液中加入7 g粉末活性炭，分别在45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃、65 ℃条件下搅拌反应2 h，反应结束进行过滤，分别测其氰化物的含量和感官评分，考察不同作用温度对青梅酒氰化物的去除效果。

1.3.2 响应面确定青梅酒氰化物的降低工艺

在单因素试验的基础上，以粉末活性炭处理后青梅酒的感官评分（Y）为响应值，从粉末活性炭添加量（A）、作用时间（B）和作用温度（C）3个因素对活性炭降低青梅酒氰化物的工艺进行响应面试验，响应面试验因素与水平如表1所示。

表1 青梅酒氰化物含量降低工艺优化响应面试验因素与水平Table 1 Factors and levels of response surface tests for technology optimization for the reduction of cyanide content in green plum wine

1.3.3 氰化物检测

本试验样品青梅酒中氰化物含量的检测按照GB 5009.36—2016《食品中氰化物的测定》中第一法分光光度法进行。样品在碱性条件下加热除去高沸点有机物，然后在pH=7.0条件下，用氯胺T将氰化物转变为氯化氰，再与异烟酸-吡唑啉酮作用，生成蓝色染料，与标准系列比较定量[15]。

1.3.4 感官评价

参照国标GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》，综合文献[16]制定青梅酒的感官评分标准如表2所示。邀请7位具有品评师资格证书的技术人员作为评定小组，对随机编号的样品进行评分，去掉最高分和最低分，取平均分，满分为100分。

表2 青梅酒的感官评分标准Table 2 Sensory evaluation standards of green plum wine

1.3.5 数据处理

采用Origin 8.0对单因素试验结果作图，采用Design-Expert 8.0.6进行数据处理和分析，每组试验做3个平行，取平均值。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果分析

2.1.1 不同粉末活性炭添加量对青梅酒中氰化物含量的影响

由图1可知，随着粉末活性炭添加量的增加，青梅酒中氰化物的含量逐渐降低。当粉末活性炭添加量在3～7g/100mL范围内时，青梅酒的感官评分逐渐升高，当粉末活性炭添加量在7～11 g/100 mL范围内时，随着粉末活性炭的增加，感官评分迅速降低。这是因为氰化物的存在对青梅酒的口感有一定的影响，随着粉末活性炭添加量增加，氰化物的吸附量也增加，使得青梅酒口感协调，果香味突出，所以其感官评价逐渐升高。随着粉末活性炭添加量增加，会导致青梅酒的酸度增加，同时吸附酒中的香味物质，从而影响酒风味和口感。因此，粉末活性炭的添加量7 g/100 mL为宜。

图1 粉末活性炭添加量对青梅酒中氰化物含量和感官评价的影响Fig.1 Effect of activated carbon powder addition on cyanide content and sensory evaluation of green plum wine

2.1.2 不同作用时间对青梅酒中氰化物含量的影响

由图2可知，随着粉末活性炭作用时间的延长，青梅酒中氰化物的含量逐渐降低。在1～2 h范围内，随着作用时间增加，青梅酒的感官评价逐渐升高，作用时间2 h后感官评分逐渐降低。这是因为初期对氰化物进行吸附时，酒的口感有所改善，香味更加突出，故感官评分升高。随着作用时间的推移，活性炭对氰化物吸附的同时对酒中其他风味物质也进行吸附，影响酒的风味。因此，粉末活性炭的作用时间2 h为宜。

图2 作用时间对青梅酒中氰化物含量和感官评价的影响Fig.2 Effect of action time on cyanide content and sensory evaluation of green plum wine

2.1.3 不同作用温度对青梅酒中氰化物含量的影响

由图3可知，随着粉末活性炭作用温度的升高，青梅酒中氰化物的含量逐渐降低。在45～50 ℃范围内，随着作用温度的升高，青梅酒的感官评价逐渐升高，作用温度50 ℃后感官评价逐渐降低。这是因为低温对氰化物和酒中风味物质的吸附作用有限，随着氰化物被吸附，酒的口感协调，故感官评分升高。随着温度升高活性炭对氰化物和风味物质的吸附效果增加，酒精部分挥发，酒中酸度增加，导致酒的感官评分降低。因此，粉末活性炭的作用温度50 ℃为宜。

图3 作用温度对青梅酒中氰化物含量和感官评价的影响Fig.3 Effect of action temperature on cyanide content and sensory evaluation of green plum wine

2.2 响应面试验确定青梅酒氰化物降低的工艺

2.2.1 响应面试验设计与结果

综合单因素试验结果，随着粉末活性炭使用量的增加、作用时间的延长和作用温度的升高，氰化物的含量逐渐降低，青梅酒的感官评分也有所变化。为了在降低青梅酒氰化物含量的同时保证良好的风味口感，以粉末活性炭使用量（A）、作用时间（B）和作用温度（C）为响应因子，以感官评价（Y）为响应值进行评价，采用3因素3水平响应面分析试验优化，其响应面试验设计与结果见表3。

表3 青梅酒氰化物含量降低工艺优化响应面试验设计与结果Table 3 Design and results of response surface tests for technology optimization for the reduction of cyanide contents in green plum wine

续表

采用Design-Expert 8.0.6分析软件对响应面试验结果进行多元回归拟合分析，得到青梅酒感官评价与各个因子之间的多元二次响应面回归模型方程：

2.2.2 响应面试验方差分析

青梅酒氰化物含量降低工艺优化响应面试验的方差分析结果见表4。

表4 回归模型方差分析Table 4 Variance analysis of regression model

由表4可知，本试验建立的二次回归方程模型P=0.0001，极显著，失拟项P值=0.614 7＞0.05，不显著，说明回归方程与试验拟合程度好[17]。根据F值的大小，分析各因素对青梅酒感官评价的影响。其中A、B、C、A2、B2和C2对青梅酒感官评价的影响极显著（P＜0.01），交互项AB、AC和BC对青梅酒感官评价的影响不显著（P＞0.05）；各因子对青梅酒感官评价的影响程度依次为：粉末活性炭添加量（A）＞作用温度（C）＞作用时间（B）。

青梅酒氰化物降低工艺响应面试验中，变异系数（coefficient of variation，CV）为1.11%，模型的决定系数R2=0.971 2，调整决定系数R2Adj=0.934 2，说明该模型拟合程度高，预测值能较好反映真实情况[18]。因此，可以用此模型对降低青梅酒中氰化物含量的工艺进行分析和预测。

2.2.3 响应面试验各因子交互作用

青梅酒氰化降低工艺响应面各因素交互作用关系的响应面及等高线如图4所示。等高线呈椭圆形表示两因素交互作用显著，等高线形状为圆形表示两因素交互作用可忽略[19]。由图4可知，感官评分随着粉末活性炭添加量、作用时间和作用温度的变化趋势线越陡，表示两因素交互作用显著，如趋势线越平缓，表示两因素交互作用越不显著[20]。结果表明，对响应值而言，活性炭添加量和作用时间、活性炭添加量和作用温度以及作用时间和作用温度之间的交互作用不显著（P＞0.05）。

图4 各因素交互作用对青梅酒感官评分影响的响应曲面及等高线Fig.4 Response surface plots and contour lines of effects of interaction between each factor on sensory evaluation score of green plum wine

2.2.4 最佳工艺条件的确定

利用Design Export 8.0.6软件对青梅酒氰化物降低工艺的数据处理与分析，最终确定降低青梅酒氰化物的最佳工艺为：粉末活性炭添加量6.34 g/100 mL，作用时间1.79 h，作用温度53.93 ℃，该条件下感官评分理论值可达到92.1分。在实际操作过程中，按照粉末活性炭添加量6.5 g/100 mL，作用时间1.8 h，作用温度55 ℃的条件进行3次平行验证试验，测定氰化物的平均含量为6.84 mg/L，比最初的29.06 mg/L降低了76.46%，满足国家标准GB 2757—2012《蒸馏酒及其配制酒》要求；测定其感官评分实际值为90.8分，与预测值的误差为1.41%，预测值与实际值接近，说明响应面得到的最佳工艺参数可靠。

3 结论

为了进一步降低青梅酒中氰化物的含量，给消费者提供安全健康的产品，本试验采用对青梅酒中氰化物处理效果较好的吸附剂进行了深度生产工艺技术研究，试验结果显示，经过单因素试验和响应面试验获得了粉末活性炭降低青梅酒中氰化物含量的最佳工艺技术条件，即粉末活性炭添加量为6.5 g/100 mL、作用时间为1.8 h，作用温度为55 ℃。在此优化条件氰化物含量为6.84 mg/L，比最初的29.06 mg/L降低了76.46%，其感官平均分为90.8分，既保证了青梅酒中氰化物含量满足国家标准GB 2757—2012《蒸馏酒及其配制酒》，又保存了其风味与品质。