基于电渗析技术提升黄酒品质的方法研究

谢静茹，张 辉，龚辉

（上海金枫酒业股份有限公司，上海 201501）

黄酒是以谷物为原料，经蒸煮、加曲、糖化、发酵、压榨、过滤、煎酒等复杂工艺制成的酿造酒，具有独特的风味，还富含多酚、多肽、氨基酸、微量元素等营养成分。黄酒中的微量元素一般从原料和生产环节中引入[1]，对发酵过程具有重要影响，一定程度上能够反映黄酒的品质。黄酒所含微量元素中包含钾、钠、钙、镁、锌、硒等多种有益人体的健康元素，也存在铅、镉、铬等会对人体造成不良影响的有害元素[2]，因此有必要寻求减少黄酒中有害元素的方法。对黄酒中的无机元素进行定性定量分析后，可以通过改良酒体、监测相应指标的方式对黄酒的酒体品质进行提升。

以往，酒中有害元素减少方法一般从生产原料、生产包装[3-4]等方面入手，这类定向改进的方法便于实施，但也存在见效慢、成本高等不足。参照果汁、果酒等产品采用后修饰方法降酸[5]的思路，通过电渗析技术的离子交换原理使产品中大量的H+迁移达到降酸效果，具有快速、高效、无污染等优点，改进后可用于减少黄酒中的有害元素。离子交换膜是电渗析设备关键组成部分，不同的离子交换膜对料液中的组分具有选择透过性，而黄酒中的重金属等有害元素多以阳离子形式存在，因此选用特定的离子交换膜对黄酒进行处理，能够使有害元素从酒液中迁移出，进而有效降低有害元素的含量。

为明确电渗析技术在减少黄酒中有害元素、提升黄酒品质方面的效果，本实验通过电渗析设备对黄酒进行处理，对比不同处理时间下黄酒中无机元素的含量，采用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）对酒液中的无机元素进行定量，并通过气相色谱（GC）分析电渗析处理对黄酒香气物质的影响。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂及仪器

黄酒：由上海石库门酿酒有限公司提供。

试剂及耗材：65 %硝酸，分析纯，国药公司；1 %硝酸溶液，调谐液（Be、Ce、Fe、In、Li、Mg、Pb、U），混合标准溶液（Ag、Al、As、Ba、Ca、Cd、Cr、Cu、Fe、Ga、In、Li、Mn、Ni、Pb、Rb、Se、Sr、V、Zn），Perki‐nElmer；气相标样，乙醛、异丁醛、甲酸乙酯、乙酸乙酯、乙缩醛、甲醇、2-甲基丁醛、异戊醛、丙酸乙酯、2,3-丁二酮、乙酸异丁酯、丁酸乙酯、正丙醇、异丁醇、乙酸异戊酯、正丁醇、异戊醇、已酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸、糠醛、苯甲醛、丁二酸二乙酯、β-苯乙醇，色谱纯。

仪器设备：SED-406-250 电渗析系统，浙江新材料科技公司；BSA124S-CW 电子天平，Sartorius；SPB 50-48 快速石墨消解仪，Nexion1000G 电感耦合等离子体质谱，PerkinElmer；6890N 气相色谱仪，Agilent。

1.2 实验方法

1.2.1 电渗析处理

将过滤后的黄酒原液通入电渗析系统，条件参数为：操作电压250 V，电流30 A，压力0.2 MPa，淡水、浓水流速10 m3/h，极液流速6 m3/h，进行循环处理，每间隔30 min 取处理液作为待测样，对不同处理时间酒液中的无机元素含量和香气化合物进行测定。

1.2.2 无机元素的检测

1.2.2.1 样品前处理及标曲溶液配制

将混合标准溶液配制成5.0 µg/L、10.0 µg/L、20.0 µg/L、40.0 µg/L、100.0 µg/L、200.0 µg/L 的标曲溶液，测定并绘制标准曲线。

吸取样液（黄酒原液、30 min、60 min、90 min、120 min）2 mL，加入5 %硝酸5 mL，经平衡后置于石墨炉消解仪中120 ℃消解2 h，完成消解后自然冷却至室温，用1%硝酸将管内溶液定容至50 mL，取上清液作为待测溶液；1 %硝酸溶液作为空白对照，采用外标法进行定量。

1.2.2.2 ICP-MS 分析

设定ICP-MS 的工作条件：射频功率1400 W；等离子气体流速15 L/min；辅助气流速0.8 L/min，载气流速1 L/min，雾化器流速1 L/min，蠕动泵转速35 r/min；样品提升时间15 s；采集模式为跳峰，扫描次数20 次，重复次数3 次，重复时间19.14 s，积分时间0.5 s；碰撞反应池模式下，碰撞气流速0.35 L/min，反应池四级杆电压RPa=0，RPq=0.25。

1.2.3 香气成分的检测

参考胡健等[6]的测定方法。

2 结果与分析

2.1 不同处理时间黄酒无机元素的测定

采用ICP-MS对黄酒原液、经电渗析处理30 min、60 min、90 min、120 min 酒液中的29种无机元素进行测定，各元素的含量结果如表1 所示。

整体来看，随着电渗析处理时长的延长，酒液中无机元素的总量呈明显下降趋势，并且处理时长120 min 的酒液所含无机元素总量（100533.49 μ g/L）相较于原液（1254164.29 μ g/L）下降幅度高达10 倍。As、Cd、Cr、Pb 等无机元素是酒中常见的污染物[4，7]，长期饮用会对人体健康产生负面影响，是消费者日常重点关注的有害元素，经过电渗析处理后，这些有害元素在黄酒中的含量得到了显著降低。与饮用水硬度相关的Ca、Mg 离子，经电渗析处理120 min 后含量分别比原液下降4 倍和3 倍。结果表明，采用电渗析技术对黄酒进行处理，一方面能够有效降低酒液中有害元素含量，提高产品的安全性，另一方面，对于酒体改良也有一定程度的效果，降低酒液的硬度使口感趋于柔和。

2.2 不同处理时间黄酒香气化合物的测定

为分析电渗析处理对黄酒香气物质的影响，采用GC 测定黄酒原液、经电渗析处理30 min、60 min、90 min、120 min 酒液中的24种香气化合物含量，结果如表2 所示。除乙酸含量随处理时长的增加呈现明显下降趋势，其余香气物质的含量均无规律性波动。这一现象与电渗析设备的工作原理有关，乙酸能够电离出少量H+，这些H+不可避免地会通过阳离子交换膜向阴极迁移[8]，造成乙酸的部分损耗。对比不同处理时长下的酒液香气化合物结果，总含量无较大变化，表明电渗析处理并不会破坏黄酒的整体风味，原本的香气特征能够较好地被保留。

表2 不同电渗析处理时间黄酒中香气物质含量 (mg/L)

表1 不同电渗析处理时间黄酒中无机元素含量 (μ g/L)

3 结论与展望

黄酒酿造所用的米、麦、水等原料的品质易受种植环境影响，耕地污染导致黄酒成品中的有害元素可能存在超标风险，尽管目前对于黄酒中各类无机元素的限量尚未形成明确标准，为保障黄酒产品的高度安全性和高端品质，仍有必要寻求便捷、高效、低成本的减少有害元素的方法。本实验采用电渗析设备对黄酒进行处理，并借助ICP-MS、GC 对比原液与不同处理时间下酒液中无机元素、香气物质的含量差异，证实了电渗析技术不仅能够降低黄酒中有害元素的含量、改良酒体，也不会对黄酒的整体风味造成破坏，可作为提升黄酒酒体品质的一种有效途径。

本实验重点关注电渗析技术对黄酒中有害元素的降低作用，但处理后酒液中健康元素也有所损失，后续仍需要探究更完善的电渗析处理方案，达到在降低有害元素含量的同时抑制健康元素流失的效果，不断推动黄酒的品质提升。