超临界CO2萃取啤酒花及其应用.pdf

第 3 3卷第 1 期 2 0 O 2年 1月 太原理工大半学报 J OURNAL OF TAI YUAN UNI VERS I TY OF TE CHNOLOGY V0 L 3 3 No 1 J a n 2 0 0 2 文 章 编 号 1 0 0 7 9 4 3 2 ( 2 0 0 ) O 1 0 1 0 3 0 3 超临界 C O。 萃取啤酒花及其应用 张 侃 ( 中国科学 院山西煤炭化学研究所) 王俊文， 刘世斌 ， 郝 晓刚 ( 太原 理工 大学化学工程与技术学院) 摘 要 ： 对 啤 酒 花 的 超 临 界 C O 萃 取 物 的 组 分 进 行 了分 析 ， 气 相 色谱 图表 明 了超 临 界 CO 和 液 态 CO：革 取 物 的 异 同 ； 并 对 超 临 界 CO 革 职 物 进 行 酿 酒 试 验 ， 结 果 表 明 超 临 界 Co 萃 取 物 不 仅 增 加 啤 酒 香 昧 ， 还 能 改善 口昧 。 关 键 词 ： 超 临 界 C oz ； 萃 取 ； 啤 酒 花 ： 酿 酒 中 围 分 类 号 ： TQ0 2 8 3 2 文 献 标 识 码 ： A 超临界 c ( ) 萃取 ( 简称 S C E) 技术是近十几年 来开发的一项化工分离新技术 与传统的分离方 法相 比， S C E过程无毒 ， 无 残留， 可在 常温下进行 ， 且工艺流程简 单， 因而特别适合于天然产物和生物 活性物质 的分离与精制 ， 在食品、 香料、 医药品和石 油等的深加工领域 ， 都得到了广泛的应用。 啤酒花是啤酒生产中主要的辅料 它能赋予啤 酒特有的苦味和香昧 ， 是啤酒酿造中的防腐剂和芳 香剂。对啤酒花进行深加工， 萃取其有效成分， 或对 其萃取 物进 一步分离、 异 构 再应用 到啤酒 酿制 中， 以便提高啤酒苦昧值和酒花成分的利用率 减少 运输和储存的费用 。 从 2 0世纪 8 0年代开始 ， 一些发 达国家如美 国、 德国、 澳大利亚等国家 都在大量使 用啤酒花萃取物。 目前 国 内一些啤酒生产厂家也在 积极试用酒花萃取物 ， 使 啤酒花萃取物 的应用得到 进一步的推广。本文利用超临界 C O 萃取技术研究 啤酒花的萃取和应用 1 啤酒花 的来源及 成分分析 实验所 用的啤酒花 产于甘肃 ， 购于山西省药材 批发 部 。 啤酒 花 的主要 成 分分 析列 于表 1 衷 l 啤酒花 的主要成分 ( 质量分数1 从表 1中可以看出， 啤酒花中 酸含量较低 ， 而 硬树脂含量较高， 说明啤酒花有部分软树脂发生 了 氧化 反应 。 2 啤酒花萃取物的制备 2 1 实验装 置 采用本课题组 自制 的超临界萃取装置 ( 如图 l 所示) ， 萃取器体积 0 5 I 2 2 实验工艺参数 实验 工 艺 参 数 如 下： 啤 酒 花 粉碎 粒度 1 2 5 I 1 1 I n ； 萃取器 温度 l 5 6 0 c； 萃取器 压力 l 0 2 5 MP a ： 分离器温度 4 0 C； 分离器压力 5 MP a ； C O 流 量范围 o 3 l o m 。 h ： 萃取时间 2 5 h 1 一 携 带 刊 计 量管 ： 2 c 0 2 气 潭 3 一 球 水 糟 1 4 一砖凝器； 5 一抽提器 1 6 - 恒温水槽 ( 1 ) ； 7 一分离器( 1 、 ： 8 -恒温 水槽 ( 2 ) ； 9 -分离嚣( 2 ) l 0 恒 温水槽t 3 ) ： 1 l 一流量计 ； l 2 一气体流量计 圉 l 超临界 C O 萃取 啤酒花褥化司 隹 程圈 2 3 萃取速率与萃取时间的关系 “酸和 口酸 的萃取速率不一样 ， 导致萃取物中 酸、 口酸组分浓度随萃取 时间也在变化 。图 2为两 者的萃取速率随时间的变化关系。 酸萃取 1 h后 ， 萃取速率随时间增加趋 于平缓， 表明 日 酸萃取速率 作者简介 搬m 圳 1 9 6 9年 5月生 ， 学士 助研， 研究方向 ： 超临捍和碳一化学 太原 0 3 0 0 0 1 收 稿 日期2 u O 2 3 4 c 3 维普资讯 太 原 理 工 大 学 学 报 第 3 3卷 快 在 1 h内， 萃取已接近完成 因此 ， 萃取物中， 一 酸含 量在后 半 部分 比前半 部 分高 。 图 2 酸和 0酸 的革取 速率与革取时 间的关系 3啤酒花 萃取物的分析 3 1 萃 取物 的组 分 啤酒 花萃取物 中主要组分 是 n 一 酸、 p酸、 酒 花 油 ， 其 中酒 花油使 啤酒 具有 特 殊 的香味 a酸和 酸 使啤酒具有苦昧 。 在酿酒 的过程中， “酸转化为异 a 酸 ， 是啤酒苦味的主要成分 其结构如图 3 所示 啤 酒花超临界 C O： 萃取物中 a酸质量分数在 3 1 左 -酸 匠 异 醴 顺 异 酸 圈 3 a 醋 - 一 醋 和 异 醋 的 结 构 右。啤酒花液态 C O： 萃取选择性高， 萃取物中 酸 占 3 5 超临界 C O 萃取 物和液态 C O。 萃取物 的 组分 比较如表 2 所示。 从表 2中可以看出， 无苦味软 树脂 ( US R) 含量较高 。 Da o u d 等报道 当啤酒花损 失 4 6 时 ， c 【 ) ： 革取物中无苦味软树脂组分由原来 的 l 8 8 增加到 3 5 7 说 明本实验的原料啤酒花 中 一 酸 已有部 分氧 化 变质 。 啤酒花 c ( ) ： 萃取物 为淡黄色 当萃取温 度、 压 力 升 高时 ， 颜 色 由黄 色变 为 浅 绿 ， 这 是 由 于 C O： 的 溶解 能力 随温度 、 压 力的升 高而 增强 因而 溶于 其中 的非苦味成分也相应增加的缘故 。 表 2 啤酒 花 C O 萃取物的组分 ( 质量分数 ) 蛆分 超临界 c o： 萃取 液态 c o 葶股 树 脂 醴 酸 1 8 2 4 硬树脂 1 3 O 1 软树脂 O s 水 1 3 无苫睬软树脂 r US R) 3 2 萃 取物 的气 相色谱 分析 色谱 条件： 日立 l 6 3气相色谱 仪 ； F I D， OV 1 7 ( 2 m柱) ： 载气为 ； 柱温 7 0 C 7 0 2 0 0 C程序升 温 ( 2 0 C r a i n) 至 2 0 0 C恒 温 。 图 d为超临界 C O 萃取物和液态 C O 萃取物 的气 相色谱 图。 从 图 4中可 以看 出 ， 两 种状态下 C O： 萃取物的气相色谱图基本类似， 反 映了在研究范围 内 萃取物组分的类似性。但在超临界 C O 萃取物 的色谱图中 2 6 C I T t ， 8 8 c m和 9 4 c l n等处的峰要 比液 态 c O 的强 。 基 粤 0 2 4 6 8 1 0 1 2 距 离 c 】 】 l 圈 超 临 界 CO 2覃 取 旖 和 菠 恋 L f j 2覃 取 袖 的气 相 色谱 图 图 j为两种状 态下 C O 的萃取物挥发气体气 相色谱图 从图 5中可明显看出， 超临界 C O 萃取 物 的色谱图峰强且复杂 ， 表明超临界 C O 萃取物组 分 的复杂性 。 但在 l c m附近， 液态 C O 萃取物要 比 超临界 C O： 的峰强 这可能与酒花油的含量有关 ， 即液态 C O 萃取物 中酒花油含量多 4啤酒花萃取物的酿酒试验 4 1 试 验方法 啤酒花萃取 物代替 啤酒花加到啤酒生产过程 中 有两 种方法 ，一是 在麦 汁煮 沸过 程 中 ， 一 并加 入 莘取物共煮； 二是离心分离后 在啤酒发酵过程中添 户 维普资讯 第 1 期 张侃 等： 超临界 C O： 萃取 啤酒花及其应用 l 0 5 趔 薯 0 z 4 6 S 1 0 1 2 O z 4 6 B 1 0】 z 距 离 e ra 距 离 c m 图 5 两种 状态下 C O 2 的革取物挥发物气报色谱国 加萃取物 前一种方法 ， 啤酒花萃取物不需要预先乳 化分散 ， 但是萃取物在煮沸过程 中， 酒花油易挥发而 降低啤酒中特有的香味。 后一种方法 为避免萃取物 加入不溶而聚集滞 留 需先把萃取物乳化、 溶解 ， 再 添加 到发酵罐 中 。 本试验采用后一种方法 ， 以乙醇为乳化剂 当萃 取物与乙醇质量比为 1： 5时 萃取物完全溶解， 加 水后分散成乳 白色的液体 表明乳化效果很好 准确 称 取 C O 萃 取 物 1 O 0 g ， 乳 化 后加 到 7 0 0 mI 麦 汁 液 中( 1 0 B X) ， ， 电热高压蒸 汽消毒器在 1 0 k g c n 。 压力 下， 杀 菌 2 0 mi n ： 冷却后 测一 次苦 味值 ( B U) ， 加 酵 母 泥 5 g ， 在 9 1 0 c的 条件 下 发 酵 1 0 d ， 再经过滤 即得清酒 ， 测量其苦昧值 ， 并进行 E l 昧 品尝 。 4 2 结 果 为比较之便 ， 同时列出德国进 E l CO ： 萃取物的 实 验结果 + 如表 3 所示 。 表 3 啤 酒花 苹取 物的酿 酒实验结果 米 源 麦汁苦味值 拉酵渣苫味值 口 味 啤酒花香味明显 奉研究苹取物 口味 软 和 啤酒花香味明显 德同革取铷 稍 有 后 苦 成型盎计 啤酒花香味不明显 从表 3的结果可以看出， 添加萃取物实验基本 成功 ， 苦昧值减少 而且啤酒花香气明显 。本研究的 萃取物苦味细腻软和， 德 国萃取物 口味粗糙 ， 苦味强 烈 苦味值的数据表 明， 德国萃取物的利用率高于本 研究 的萃取 物 。 5 结 论 1 】 在超临界 C O 条件下 ， 萃取物中重要组分 a 酸 质量 分数 为 3 1 左 右： 在 液态 C O 条件 下 ， 为 3 j 左右。 当原料啤酒花部分成分氧化变质时， 萃取 物 中无苦昧的软树脂组分增加 2 )超临界 C O 萃取物和液态 c O 萃取物组分 类似， 但因前者温度高 ， 组 分稍有变化 ， 颜色也相对 变深 3 )添加超临界 C O 萃取物酿出的酒 ， 啤酒香气 明 显 ， 口味 软 和 ， 说 明超 临界 C O。 萃取 物 不 仅增 加 啤酒香味， 还能改善口昧。 参考文献 1 来 自强 超临界流体拄术豫理和应用 M：北 京 化学 f - 业出版社 一 2 0 0 0 1 5 2 ： 5 6 0 5 6 6 ： 2 陈维枢 超临界流体革取的原理和应f H M：北京 化学工业 出版礼 9 9 8 ： 1 5 2 ： 郭 明半 市带 山 超临界 C O2 苹l k lt 橙皮油 的宴验研究 J 化学 T程 1 9 9 0 1 8 c i 】2 8 1 ： 李 圈钟 半梢 保宇 超临界 C O 2 革取 甘草素 l j 化学 J 一 程 1 9 1 4 ： ： L j j 2 6 5 GB 2 3 8 一她： 中国曰家标准 编 J 京 巾国标 准 版 七 ； 8 j 6 C a r l R I Ha p E x t r a e t wi t 11 I iq l l id( ( ) 2 一 J J i F a o d Ag r i c 1 9 9 0 5 3 ： 4 j 5 r 7 Da o l j dI S An a l y s ls 0 f h o p e x i E a c ： h s u p e r e r i 【 ic a C( ) 1 l J J J n s t B r e w 1 99 3- 9 9 3 9 An a l y s i s o f Ho p Ex t r a c t s wi t h S u pe r c r i t i c a l CO 2 a n d Br e wi n g Tr i al s Zha n g Ka n W a n g Ju n we n Li u S hi bi n， Ha o Xi a o g a ng ( S h f f ! L t i t “ 把 j c ， c h c H ! s r t 、 A s l ( C Ml e g e t ) j C h e mi a I E n g i n e e r i n g Te c h o l o g y。 f T UY ) Ab s t r a c t ： Th e e x t r a c t s。 f h o p wi t h a u p e r c r t i c a C O we r e a n a l y z e d Th e c h a r a c t e r j s t 【 c s o f e x t r a c t s whh s up e r c r hi c a l CO。a nd l i qu i d CO：wa s s h own by ga s c h r o ma t o gr a m Br e wi n g t r i a l s h o we d t h a t wh e n e x t r a c t s o f h o p we r e a d