（应用化学专业论文）苹果酒澄清及稳定处理的研究.pdf

摘要 苹果酒的澄清度是消费者要求的第一个指标值，保持其澄清且澄清度稳定 十分重要。本文在参阅大量文献的基础上，设计了苹果酒澄清及稳定处理的工 艺流程，在此流程中注重了苹果酒生产过程中的防浑浊问题；着重考察了澄清 剂对苹果滔澄清度及稳定性的影响。研究了明胶溶液、壳聚糖溶液、蛋清液、 以上三种澄清剂形成的三种复合澄清剂以及树脂吸附对苹果酒澄清度与所含残 余酚量的影响，同时也考察了冷处理和非冷处理对苹果酒澄清度的作用。建立 了不同澄清剂降酚效果的数学模型，为准确地评价澄清剂的作用效果提供了理 论基础。 苹果酒澄清及稳定方面既没有国家标准也没有行业标准，通过大量的实验， 我们认为经过处理的苹果酒应该符合以下三个标准：澄清度在9 5 以上为澄清 合格；所含残余酚量低于9 0 0 m g l 为降酚合格：蛋自稳定性实验不出现絮凝为 蛋白稳定。除壳聚糖- 明胶溶液以外，复合澄清剂的澄清效果没有单独加入一种 澄清剂好；但是在降酚方面，复合澄清剂能起到成本较高的单一澄清剂作用的 效果，成本较低。冷处理能促进酒石酸氢钾提前析出，建议在生产中使用。 借助建立的数学模型和澄清剂澄清效果图，得到如下结果：壳聚糖溶液加 入量为2 9 5 ，经冷处理，可同时保证处理后的苹果酒澄清及稳定合格；蛋清 液加入量为o 2 6 ，经冷处理，可同时保证处理后的苹果酒澄清及稳定合格。 壳聚糖一明胶溶液是较为经济的澄清剂，壳聚糖溶液加入量为1 ，明胶溶液加 入量为0 4 4 ，经过冷处理能同时达到澄清、稳定合格。若经过树脂吸附，效 果更好。由于其成本低，效果好，建议在生产中使用壳聚糖明胶复合澄清剂。 关键词：苹果酒，澄清，稳定，残余酚量，数学模型 ；# 爨俸茸、导师目詹 鲤全文公蒴 s t u d i e so nc l a r i f i c a t i o na n d s t a b i l i t yo fa p p l e w i n e a b s t r a c t b a s e do nl a r g en u m b e ro fr e f e r r e n c e s ，t h ep r o c e s so nt h e c l a r i f i c a t i o na n d s t a b i l i t y o fa p p l ew i n ew a sd e s i g n e di nw h i c ht h ef e c u l e n e ei nt h ea p p l ew i n e s y s t e mw a sc o n c e r n e d t h ei n f l u e n c eo fc l a r i f i e r o nc l a r i f i c a t i o na n ds t a b i l i t yo f a p p l ew i n e ，p a r t i c u l a r l yt h ei n f l u e n c eo fg l u t i n ，c h i t o s a n ，e g gw h i t e ，c h i t o s a n g l u t i n ， e g gw h i t e g l u t i n ，c h i t o s a n - e g gw h i t e ，r e f r i g e r a t i o na n d r e s i no nt h r o u g h p u t ( t ) a n d t h ec o n t e n to fh y d r o x y b e n z e n e ( h ) h a sb e e ns t u d i e d m o r e o v e rq u a d r a t i ce q u a t i o n o f e v e r yc l a r i f i e rw a s s e tu pt os h o wt h er e l a t i o n s h i po ft h ea d d i t i o no fc l a r i f i e ra n d l g n b e c a u s et h e r ei sn og bc r i t e r i o na n d i n d u s t r y c r i t e r i o ni n a p p l e w i n e c l a r i f i c a t i o na n d s t a b i l i t y , b a s e d o n e x p e r i m e n t s o u ro w nc r i t e r i o nh a sb e e n e s t a b l i s h e d ：tm u s tb ea b o v e9 5 ，hl o w e rt h a n9 0 0m g la n dp r o t e i nb es t e a d y a p p l ew i n ec l a r i f i e db ys i n g l ec l a r i f l e ri sc l e a r e rt h a nt h a tc l a r i f i e db yc o m p o u n d c l a r i f i e re x c e p tf o rc h i t o s a n - g l u t i n t h o u g ht h ee f f e c to f l o w e r i n gh y d r o x y b e n z e n e b yc o m p o u n dc l a r i f i e ri s s i m i l a rt ot h a tb ys i n g l ec l a r i f i e r ，c o m p o u n dc l a r i f i e ri s m u c h c h e a p e r t h a n s i n g l ec l a r i f i e r r e f r i g e r a t i o nc a l la c c e l e r a t ep o t a s s i u mh y d r o g e n t a r t r a t et os e p a r a t eo u t f r o mt h e q u a d r a t i ce q u a t i o n sa n df i g u r e so fc l a r i f i c a t i o nw e g e tt h er e s u l t s ：2 9 5 c h i t o s a n ( r e f r i g e r a t i o n ) o r0 2 6 e g gw h i t e ( r e f r i g e r a t i o n ) c a ne n s u r et h ee l i g i b i l i t yo fc l a r i f i c a t i o na n ds t a b i l i t y c h i t o s a n - g l u t i ni s a ni d e a l c h e a pc o m p o u n dc l a r i f i e r , l - 0 4 4 ( ) e h i t o s a n - g l u t i nc a l le n s u r et h ee l i g i b i l i t yo f c l a r i f i c a t i o na n d s t a b i l i t y i ft h ea p p l ew i n et r e a t e db yc h i t o s a n g l u t i nf l o w s t h r o u g h r e s i nt h er e s u l t 、v i l lb eb e r e l q i ny a h ( a p p l i e dc h e m i s t r y ) d i r e c t e d b yp r o f s o n gj k o n g k e ，w o r d s ：a p p l e w i n e ，c l a r i f i c a t i o n ，s t a b i l i t y , h y d r o x y b e n z e n e ，q u a d r a t i ce q u a t i o n 独创性声明 y 6 2 3 8 8 3 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 科研成果。据我所知，除了文中加以特别标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西北大学或其他教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所作的任何贡献均已 在论文中作了明确说明并表示谢意。 学位论文作者签名：赫 1 1 研究的背景 第一章概述 l - 1 1 苹果深加工的意义 近年来，我国苹果种植面积和产量大幅度上升，已有近l o 个省区都把苹果 产业作为本地区的支柱产业来发展。以陕西省为例，苹果种植面积己由原来的 7 0 多万亩发展到近8 0 0 多万亩，总产量由3 0 万吨猛增到近4 0 0 万吨 1 】，人均 产量全国第一，年产值一百多亿元，是陕西省特色经济四大支柱产业之一。全 省共有3 0 0 0 多万人口，苹果收入养活了1 0 0 0 多万人。全省1 0 0 多个县中有4 0 多个县的财政收入依靠苹果。 随着苹果种植业的蓬勃发展和产量的迅猛增长，对苹果进行深加工提高附 加值已成为迫在眉睫的任务。近年来，仅在陕西省就建成了2 0 多条浓缩苹果汁 的生产线，年生产浓缩果汁达5 0 万吨，仅有2 0 万吨出口外销。由于国际市场 的变化，浓缩苹果汁价格急剧下跌，从而导致榨汁生产线亏损，加之国外的反 倾销，致使浓缩苹果汁大量积压，销路不畅。因此，有必要采用新技术进一步 延长苹果加工的产业链、提高产品的附加值。 1 _ 1 2 苹果酒市场前景 苹果酒是一类低酒度。高营养，益脑健身、并具有保健功效的饮品。苹果 酒有比葡萄酒更丰富的营养成分，口感更醇和。它富含多种维生素、氨基酸、 钙、铁、钾等营养成分和有益微量元素以及其它酒类没有的苹果酸、丙酮酸等 有机酸，从而可以调整新陈代谢，促进血液循环。控制体内胆固醇水平，具有 利尿、激发肝功能和抗衰老的功效 2 1 。 发展果酒产业是减少酿酒用粮的良策之一。据测算，我国酿酒用粮若按生 产每吨白酒耗粮2 5 吨、生产每吨啤酒耗粮0 2 吨计，每年全国酿酒总用粮食 数就高达1 3 0 0 万吨。而增加果酒的产量，则每年至少可减少近6 0 0 万吨粮食的 消耗，相当于增加了2 4 0 0 万亩耕地肛j 。 目前世界各国的果酒消费量均在增加。苹果酒就是欧洲广泛饮用的果酒品 种之一。随着人民生活水平的提高和社会的进步与发展，人们对酒类的需求同 其它食品一样，也在向“安全无害、营养保健、回归自然”的方向发展，苹果 酒则以它独有的风格和品质具备了以上条件。从消费结构来看，我国饮料酒中 发酵酒的比例不断增大，而作为蒸馏酒的白酒所占比例已由解放初期的8 0 逐 步下降至目前的3 0 左右，在白酒中低度白酒的比例不断扩大( 约占白酒总量 的2 0 ) 。由于发展苹果酒不消耗粮食，也符合人们对酒类产品消费从单纯寻 求刺激到鉴赏享受的需要，饮用苹果酒将逐渐成为人们追求的新时尚。 此外综合开发果品资源是国家发展农副产品深加工及综合利用的产业政策 和技术政策的主要导向之一，同时也符合陕西省委、省政府所做出的大力发挥 果品资源优势、开发生产高附加值产品、促进地方经济发展的决定。 因此，苹果酒必将拥有非常广阔的市场前景。 1 1 3 苹果酒澄清及其稳定的意义 苹果酒的澄清度是消费者所需求的第一个指标值。如果瓶内的苹果酒浑浊 不清或瓶底具有沉淀物，那么消费者则不管产品的口感如何，都会认为这种苹 果酒有一定变质。因此，苹果酒仅具有良好的风味是不够的，还必须具有良好 的澄清度。虽然有少量沉淀并不影响苹果酒的口感和风味，但从产业化经营的 角度看，必须有良好的澄清度，以满足顾客的要求。 苹果酒在其加工及销售过程中，易出现失光、浑浊、沉淀等现象，严重影 响了苹果酒的感官质量和品质，成为困扰生产厂家的一大难题。悬浮状的粒子 会在品尝过程中影响触觉，很多浑浊现象也是变质的象征，如破败病、微生物 病等。苹果酒是多种有机成分的复合体，在长期存放中，发生着复杂的物理、 化学、生物变化，要想苹果酒永远保持原有的色泽和稳定度是不可能的，酿造 工作者所追求的是让果酒在一定的期限内保持并发展其良好品质，不出现浑浊 沉淀现象【3 1 。 事实上苹果酒最后的澄清及稳定不只是依靠澄清剂来完成的，苹果酒生产 过程中的各个环节都会对其有影响，如苹果的选取、苹果汁的灭菌、苹果酒用 2 水、苹果酒的过滤等，我们将在后文中详述。一些技术人员只重视下胶的过程， 而忽略了上述步骤对最终结果的影响，从而导致了苹果酒的破败。本文在注重 这些环节处理的同时主要研究了苹果酒的澄清稳定工艺。这也是本研究的创新 之处。 有一些技术人员在果汁澄清的课题里进行着研究，采用的澄清剂多是传统 的明胶、硅胶、明胶单宁、明胶一酶硅胶、高岭土、皂土、硅藻土等等，不断 的改变澄清剂的用量以期待得到更好的澄清度和高度的稳定性。但是，至今没 有种方法达到了这样的目标，不是果汁的澄清度低就是果汁不够稳定，装瓶 后容易析出沉淀或浑浊。而苹果酒是比果汁更复杂的胶体溶液，不能简单的把 果酒看作果汁，对苹果酒澄清、稳定性的研究也决不能简单的套用果汁的澄清、 稳定方法。 人们最先接触的果酒是葡萄酒，葡萄酒的生产工艺和澄清工艺现己基本成 熟a 有人希望套用葡萄酒的澄清方法来澄清苹果酒，但是苹果酒中酚类物质的 种类与葡萄酒有所不同，其酚类物质具体成分见表1 1 、表1 2 。照搬葡萄酒的 澄清方法是不可行的。 因此我们必须研究出针对苹果酒的澄清、稳定方案。在山东曾有几家苹果 酒厂，就是因为不能解决苹果酒澄清及稳定的问题，纷纷被迫倒闭。因此，在 生产过程中使之澄清且澄清度稳定成为苹果酒生产过程中关键的一环。不能解 决这个问题，产品就没有销路，就没有办法使企业生存下去，从而会影响整个 苹果酒产业的发展。 综上所述，解决苹果酒浑浊的问题已经追在眉睫。然而，沿用传统老套的 澄清荆是不够的，只研究澄清剂添加量的变化对澄清的影响也是不够的。我们 迫切需要的是在苹果酒澄清方面，寻找更好的澄清工艺，寻找一种更佳的新型 澄清剂或复合澄清剂，使苹果酒获得好的风味及保持更长期的稳定性4 1 。 1 2 澄清、稳定的现有理论 1 2 1 澄清与稳定概念的区分 澄清是为了获得苹果酒的澄清度；稳定则是为了保持这一澄清度并且无新 的沉淀物产生。澄清和稳定，既有区别，又有联系。刚刚发酵完毕的苹果酒常 表1 - 1 苹果和苹果汁中的酚类成分1 5 l t a b 1 - 1t h e h y d r o x y b e n z e n e i na p p l ea n d a p p l ej u i c e 含量：汁中( m g m l ) 苯酚化台物 品种 果中( r a g g ) 参考 绿原酸 9 3 - 2 3 2实验和商品果汁样品苹果：c o s e t e n g a n d l e e ，1 9 8 7 咖啡酸 2 5 6 1 3 6 1 5 2 2 8 4 0 6 0 3 0 6 0 1 6 - 9 6 p - 香豆酸1 5 - 6 2 ( 一) - 表，儿茶素2 3 4 3 0 3 5 4 4 4 1 0 1 4 0 ，1 3 0 6 7 0 原花色素b 24 0 1 5 0 1 2 0 6 0 0 总原花色素 根皮苷4 4 1 8 8 3 3 5 6 e m p i r e c o r t l a n d ，m c i n t o s h ，l e ea n dw o r l s t a d ，1 9 9 8 r o m e ，c l a s s i cd e h c i o u s ，g o l d e n b u r d ae t a l 1 9 9 0 d e l i c i o u sm c i n t o s hgs m i t h 汁： s p a n o se t a l1 9 9 0 g o l d e nd e l i c i o u s ，e m p i r e 汁：包括浸提样品gs m i t h ，r s p a n o se t a l i9 9 0 d e l i c i o u s ，m e i n t o s h ，s p a r t a n 汁# 包括浸提样品gs m i t h ，r s p a n o se t a l1 9 9 0 d e l i c i o u s , m e i n t o s h ，s p a r t a n 果实；e m p i r e ，c o r t l a n d ，m c i n t o s hc o s e t e n g a n d l e e 1 9 8 7 汁：包括浸提样品gs m i t h ，r s p a n o se t a l 1 9 9 0 d e l i c i o u s 肉：g o l d e nd e l i o i o u s ，e m p i r e 成b u r d a e t a l1 9 9 0 熟贮藏过程的平均范围 肉：g o l d e nd e l i c i o u s ，e m p i r e 成b u r d ae t a l1 9 9 0 熟贮藏过程的平均范围 f i - , 包括浸捉样品gs m i t h r s p a n o se t a l 1 9 9 0 d e l i c i o u s 果：e m p i r e ，c o r t l a n d ，m c i n t o s h s p a n n se t a l 1 9 9 0 汁：包括浸提样品gs m i t h 。r s p a n o se t a l 1 9 9 0 d e l i c i o u s 肉：g o l d e nd e l i c i o u s ，e m p i r e 成s p a n o s e t a l 1 9 9 0 。 1 1 0 1 0 0 - 1 5 0 熟贮藏过程的平均范围 一一 4 表1 2 红葡萄酒中分离出的酚类物质扣i t a b 1 - 2t h e h y d r o x y b e n z e n e i nc a b e r n e t 丹宁花色素苷 平均分子量 组分 a l 5 0 0纯花色索苷( 游离花色素苷) c p t - aa c t t a p t c t - p t - s 6 0 0纯黄烷酮( 儿茶酸，原花青素) 1 0 0 0 2 0 0 0黄烷酮花色素苷盐( 丹宁- 花色素昔复合物，花 色素苷聚合物) 1 0 0 0 2 0 0 0 黄烷酮一降解花色素- 盐- k 1 2 0 ( 低聚丹宁) 2 0 0 0 - 3 0 0 0黄烷酮- 花色素缩和丹宁 l 多聚花 3 0 0 0 5 0 0 0盐糖酸( 高缩合丹宁) a - 色素营 5 0 0 0黄炕酮多糖苷- 盐( 丹宁多糖苷复合物) 常含有一些悬浮的物质，我们需将这些物质清除，以获得良好的澄清度。但是 澄清后的苹果酒还会由于许多原因重新变得浑浊而使澄清度不稳定。苹果酒若 在一特定时期内不显示不理想的物理、化学及感官的变化，这种苹果酒则处二f 稳定状态；反之，则苹果滔稳定性受到了破坏。稳定性受破坏的苹果酒会出现 下列几种变化：苹果酒变褐色或酒色破坏；苹果酒发生雾浊或很轻的浑浊，沉 淀；苹果酒口感及气味变化等1 7 】。由此可见，稳定是个长期的概念，澄清是短 期的问题【s j 。 1 2 2 浑浊的原因 1 非生物性浑浊 苹果酒是以水为分散剂的复杂分散体系。引起苹果酒非生物性浑浊的主要 原因是苹果滔为一种胶体溶液，其主要成分是呈分子状态的水和酒精。剩余的 成分中，一部分是酒精、有机酸、无机离子等( 离子半径 l o - g m ) ，以真溶液的 形式存在，这种分散体系是均相的热力学稳定体系；另一部分是单宁、色素、 蛋白质、多糖、树胶、果胶质以及金属复合物等( 离子半径均为1 0 - 7 l o - g m ) ， 则以胶体形式存在，是高度分散的热力学不稳定体系。就苹果酒的非生物稳定 性而言，大多数的浑浊现象是由胶体凝聚引起的，主要表现为蛋白质在酒中盐 类的电离作用下，胶体稳定性被破坏而凝聚沉淀1 。 生产中带入的金属离子如f e ”、c a 2 + 可与单宁、p o “等生成金属复合物及 金属盐，形成不稳定的胶体溶液或沉淀【l 0 1 。 苹果酒浑浊的形成与天然存在的酚类物质也有关。苹果浓缩汁中多酚物质 主要有绿原酸、儿茶酚等，其中绿原酸含量最多，占总酚含量的大部分【5 1 。当 苹果酒中的蛋白质和果胶物质与多酚类物质长时间共存时，就会产生浑浊的胶 体，乃至产生沉淀。 水质不好也是苹果酒浑浊的原因之一。硬度过高的水中钙、镁离子含量多。 易同酒中的有机酸等结合，随着贮藏时间的延长及温度的变化，生成的难溶钙、 镁盐类物质从酒中析出，造成果酒的浑浊或沉淀。 2 生物性浑浊 由于微生物对果酒组分的代谢作用破坏酒的胶体平衡而造成雾混、浑浊或 沉淀1 6 j 。果酒具有较高的酒精含量及较低p h 值，因此只有少数几种微生物能 残存并繁殖。一般是酵母、醋酸菌及乳酸菌，而致病菌在果酒中则不能存活。 可采用酒装瓶后杀菌，热酒装瓶或无菌装瓶等方法控制这种浑浊的发生， 这可以保证装瓶后不会产生因微生物繁殖而使酒浑浊沉淀。同时也应该保证装 瓶前的酒必须具有生物的稳定性。 3 生物化学特征的浑浊 引起酒浑浊的原因报道甚多 m 16 1 ，一部分认为是 1 7 】：因酒中的单宁与蛋白 质形成缔合物，此缔合物在酒中的溶解度较小，将逐步从酒中析出，在析出并 沉降过程中因沉淀效应等因素引起了其他物质的共同沉淀，从而引起酒的浑浊。 果酒中的蛋白质来源于原料本身和不当的工艺处理，如下胶过量。蛋白质 在加热或冷冻过程中可以发生变性，生成不溶性的变性蛋白，从酒中析出，这 一过程即为蛋白质的变性或称“老化”。多肽在一定条件下也能缩合生成蛋白质 而沉淀【1 8 】 酒中蛋白质浑浊的形成，不仅是蛋白质热敏感性的原因，也是由于蛋白质 与酚类物质络合的结果，这类络合物是酒中蛋白质不稳定的主要部分【6 1 。 蛋白质的浑浊与酒的p h 值和温度有关n 9 1 ，当酒的p h 值接近酒中所含蛋白 质的等电点时( 即蛋白质呈中性) ， 较不稳定；酒中的p h 值多在蛋白质等电 6 点之下( 即多带正电荷) 可用带负电的澄清剂进行蛋白质的澄清处理生产中 常利用这种性质分离蛋白质【1 2 1 。 总之，后浑浊常常不是单一成份作用的结果，参与反应的化合物往往多样 而复杂，苹果酒中直接或间接以胶体状态存在的物质是在颗粒由小变大的趋势 下凝聚沉淀，导致苹果酒不稳定，从而引起苹果酒浑浊。 1 2 3 澄清的方法 1 自然澄清法 苹果酒置于密闭容器中，长时间保持静止状态，使其所含悬浮微粒沉淀， 并将澄清苹果酒定期地从沉淀中倾析( 换桶) 出来，必要时再经过滤，得到澄清 透明的果酒。自然澄清法简单易行，但难以除去苹果酒中一些相对稳定的悬浮 微粒，经此方法处理的苹果酒稳定性较差。而且在长时间澄清过程中，酒体中 某些悬浮微粒可能发生一些化学变化或是受微生物作用而产生异味，降低苹果 酒质量。 2 澄清剂澄清法 这种方法就是在苹果酒中加入澄清剂。现有的方法很多，如加入明胶，皂 土，聚乙烯基吡咯烷酮( p v p p ) ，酶法，硅藻土等；也有使用复合澄清剂的， 如明胶- 单宁法，明胶酶一硅溶液等。此外还有很多方法如：蜂蜜澄清、甲壳胺 法、甘草汁法、低温酸化法等，用于果汁或蔬菜汁的澄清口o - - 2 6 1 。 在果酒的澄清方面，我国仍停留在传统的澄清方法上，特别是在苹果酒的 澄清稳定处理上，新型澄清剂和澄清工艺的研究更少。 3 冷热处理澄清法 冷处理是控制冷冻果酒冰点以上1 左右，利用冷冻所产生的浓缩和脱水复 合影响致使胶体变性，趁冷过滤，除去果酒中过剩的酒石酸盐类、单宁、果胶、 色素等悬浮微粒。热处理则利用胶体受热凝结沉淀，通过过滤将其除去。热处 理的温度和时间要根据果酒的具体情况和要求而定，一般控制在7 56 c 左右， 5 r a i n 以内冷热交叉处理则分别进行冷处理和热处理，兼两法之长进行澄清。 此法虽然通用性强，但技术要求高，须严格掌握冷冻或加热温度：而且果酒稳 定性差，冷冻、加热时还可能影响酒质，如香气损失等。因此这种方法较少单 7 独使用。 4 超滤技术 超滤是一种新型过滤分离技术，它是以压差为推动力，应用微孔薄膜作为 过滤介质，选择性地阻止溶液中较大的溶质分子通过，能有效地应用于苹果酒 的澄清处理。在果汁的过滤、澄清及浓缩方面显示了其优越性，具有分离精度 高、不影响风味、可在常温低压下过滤和连续使用等优点，并具有一定的除菌 能力1 27 1 。先进国家大多采用超滤澄清工艺。超滤技术在果汁澄清方面的应用具 有极大的潜力和极高的经济效益。我们在装瓶前进行此项处理，主要是除去细 菌，防止生物性浑浊。 1 2 4 澄清剂澄清原理n ” 苹果酒澄清可用的澄清剂有果胶酶、膨润土、p v p p 、蛋清、明胶、壳聚糖 等。澄清方法有超滤法等方法。它们作用机理大至可分为以下五种： 1 澄清剂与果酒胶状混和物发生化学反应 果胶酶制剂的澄清机理：果胶酶是利用其水解苹果酒中的果胶物质，使果 酒中其它胶体失去果胶的保护作用而共同沉淀，达到澄清目的。 2 澄清剂与苹果酒中悬浮微粒的凝聚作用 ( 1 ) 膨润土的澄清机理 膨润土能吸附它本身重量8 1 0 倍的水分，形成糊状粘质物，具有强大吸附 力。加入果酒中能吸附蛋白质、色素等悬浮微粒而产生胶体的凝聚作用，使果 酒澄清。目前在果汁加工工业中，通常采用果胶酶和淀粉酶水解，结合助凝剂 加膨润土、硅胶等处理( 简称酶法) 来完成【2 8 】。该操作复杂，周期长，费用高， 而且不能从根本上解决贮藏过程中引起的非生物性浑浊和褐变【2 9 1 。 ( 2 ) p v p p 的澄清机理 p v p p 在啤酒、葡萄酒和黄酒中的应用均有报道【m 3 2 1 ，其与发酵酒接触时， 将吸附酒中具有非对称性共价键结合的氢原予的物质，即对滔中的水、蛋白质、 色素、单宁均产生吸附，但吸附过程是可逆的。从分子量可以判断，酒中分子 量为5 0 0 3 0 0 0 的单宁，其结构为二聚或二聚以上的多酚，由于其中的碳原子 与氧原子的电子形成了共轭的大靠键，共轭效应使酚羟基上的氢带有部分的丘： 电荷。因此，分子结构上的氢形成氢键的能力非常强，远超过水、蛋白质、色 素等物质，从而使这类单宁分子通过竞争吸附占据p v p p 吸附剂上的吸附活性 点：也就是说，酒中被p v p p 主要吸附的物质是分子量5 0 0 以上的单宁”。 ( 3 ) 蛋清液的澄清机理 蛋清溶于水后和单宁化合，形成较为紧密、容量很大的絮状沉淀，具有凝 聚力强、沉淀物较为严实的特点。同时，对酒的色、香、味影响很小。 3 澄清剂与悬浮微粒相互作用达到等电点，使其絮凝沉淀 ( 1 ) 明胶的澄清机理 明胶是果酒中最常用的澄清剂。它是从动物的皮、结缔组织及骨骼中煮出 来的，无色无臭或略黄色或褐色，呈透明或半透明状，形状各异。 利用其本身带的正电荷与带负电荷的单宁相聚合而将苹果酒中其他悬浮微 粒吸附下沉，达到澄清效果。在酒中加入适量的明胶溶液，很快就会出现雾浊， 几分钟后就能形成絮凝物。这些絮凝物又迅速增大，颜色也逐渐加深，最后形 成收缩性网状物沉淀下来。用明胶下胶能除去大分子量的色素物质和呈涩味聚 合度不等的单宁，这样可以防止色素物质和单宁在低温下析出。 ( 2 ) 壳聚糖的澄清机理 地球上存在的天然有机化台物中，数量最大的是纤维素，其次就是甲壳素， 估计自然界每年生物合成的甲壳素将近1 0 0 亿吨，甲壳索还是地球上除蛋白质 外数量最大的含氮天然有机化合物f 3 卜34 1 。壳聚糖( c h i t o s a n ) 是甲壳素糖基上 的乙酰基用强碱水解或酶解脱去一部分乙酰基得到的一种线性高分子碳水化合 物，是氨基葡萄糖的直链多聚糖t 3 5 - 3 6 】。 壳聚糖是天然存在的唯一的碱性多糖，壳聚糖与酸或酸性化合物结合后， 由于壳聚糖分子链上有许多游离氨基，其氮原子上还有一对未结合电子，使其 呈现弱碱性，能从溶液中结合一个氢原子，便成为带阳电荷的聚电解质，显示 出优异的絮凝作用。当壳聚糖溶于稀酸溶液时，h + 和氨基相结合，生成的带正 电荷的壳聚糖分子和酒液中存在的带负电荷的蛋白质、纤维素等微粒相互作用， 使引起苹果酒浑浊的蛋白质、单宁等胶态颗粒被絮凝沉淀下来而达到澄清的鼠 的a 壳聚糖已被美国食品药物管理局( f d a ) 批准为食品添加剂。 壳聚糖具有较宽的作用范围，优良的絮凝性能，因而有优越的生产操作安 9 全性，不会因为计量不准或操作不慎产生絮凝恶化现象。另外，壳聚糖澄清果 汁还有一个优点，即可降低果汁酶褐变速度和程度，因为壳聚糖能除去果汁中 多酚氧化酶1 37 1 。研究表明，壳聚糖还可作为保健性食品、酶的固定化材料、乳 化剂、增稠剂和稳定剂等 3 8 - 4 3 。因此壳聚糖是一种值得研究开发的新型澄清剂， 具有广阔的应用前景【“i ，但是至今应用的很少。 ( 3 ) 皂土的澄清机理 它是由天然膨润土精制而成的无机矿物凝胶。膨润土一般是指主要由蒙脱 土组成的一种粘土岩。蒙脱土的化学结构式通常为( e ) s i 0 2 ( o h ) 2 1 1 h 2 0 ，其中 e 代表c u 、m g 、n a 、k 、a l 等阳离子，它们的相对比例含量不定，而且具有 可变化的特性。皂土的主要有效成分为蒙脱土，含量大约9 0 ，其分子量大约 为7 2 0 ，是以极小的扁平片状或页状存在的。当皂土浸在热水中时，各个片状 体就分数开，形成均匀的胶体悬浮液。每克钠基皂土具有7 5 0 m 2 的表面积f 6 】。 皂土吸水膨胀而分散于水中，形成稳定的胶体悬浮液。这些胶体细粒带负 电荷，酒中浑浊物质大多带正电荷，添加皂土后，由于正负电荷的吸引，造成 浑浊物质与皂土作用产生絮状沉淀，使酒得以澄清。它可以吸收蛋白质，还可 以吸附沉淀铁离子，提高抗铁破败病的能力，这些物质的减少无疑提高了果酒 的稳定性。 4 超滤的基本原理 超滤法近年来已被有些国家成功的用于从酒中除去蛋白质。超滤法可分离 酒中分子量大于1 0 0 0 0 的蛋白质，因为酒中蛋白质群分子量大多大于1 2 0 0 0 ， 所以实际上几乎所有蛋白质都能被除去。超滤法最主要的优点是既可以使酒中 蛋自质稳定，能保留许多芳香成分，并且仅有2 的损失，又可以连续自动操 作。但由于这种方法成本较高还没有推广。 超滤技术是以压力为驱动力，依据功能性半透膜的理化性能，进行液相分 子级分离的膜分离技术。超滤中被分离组分的直径约为o 0 0 5 0 2 1 tm ，相当 于光学显微镜的分辨极限。当苹果酒在压力的作用下通过半透膜时，酒液中的 高分子物质如蛋白质、纤维素等和胶体物质如单宁、果胶及部分微生物就会被 截留下来，使滤出液清澈透明口9 1 。 l o 5 树脂吸附的基本原理 采用超滤和吸附相结合的处理技术在果汁生产中已经得到广泛的开发和应 用【45 1 ，但在苹果酒生产中尚未见报道。吸附树脂是一种化学惰性、多孔球形物 质，具有很大的表面积和极好的吸附和再生性能4 6 1 。疏水化合物( 色素、多酚类 物质) 通过范德华力被物理吸附并保持在树脂骨架上，不会改变最终产品的风 味。 1 3 主要工作 1 3 1 澄清的主要任务 1 增加澄清度 增加澄清度是澄清苹果酒最初的也是最基本的一个任务。因为消费者首先 是从感官上来评论一种滔的好坏。从外观上看，酒体轻盈透亮，让人能产生愉 悦的感觉。 2 降低酚类物质的含量 苹果酒中的多酚分为两大类：一类是苯酚及其相关物质，主要包括羟基肉 桂酸和羟基苯甲酸等酚酸：另一类是类黄酮。类黄酮化合物主要指儿茶酸类、 红色和蓝色花青素及黄酮醇类物质。多酚物质的存在不仅是褐变和浑浊沉淀的 主要原因，还可以导致酒中产生苦涩味，使其具有收敛性。 当苹果酒中的蛋白质和果胶物质与多酚类物质长时间共存时就会产生浑浊 的胶体，乃至产生沉淀。因此降低其含量十分必要，这样可减少苹果酒再浑浊 的可能性。此外，多酚物质含量越低，口感越柔和，其果香就越浓郁、越舒适。 可见降低多酚物质对改善果酒的香气和风格也有一定帮助。 3 减少非生物性浑浊的可能因素 果酒中的单宁、色素、蛋白质、多糖、树胶、果胶质以及金属复合物等都 是非生物性浑浊的可能因素，是高度分散的热力学不稳定体系。它们都有可能 产生胶体凝聚。蛋白质在受冷或受热条件下还可能老化析出，或与酒中的酚类 物质络合。减少这些因素的存在，就减少了苹果酒装瓶以后变浑浊的可能性。 1 3 2 主要工作 1 研究了明胶溶液、壳聚糖溶液、蛋清液、壳聚糖明胶液、蛋清- 明胶液 以及壳聚糖蛋清液的澄清效果及冷处理对澄清效果的影响。 2 研究了上述六种澄清剂在冷处理后降低苹果酒中残余酚量的能力，考察 了其处理后苹果酒的蛋白稳定性。 3 对六种澄清剂降酚效果构建数学模型，从理论上结合澄清剂的澄清能力 和降酚能力，综合评价澄清剂的作用效果。 1 3 2 创新性 1 本文注重了如苹果的选取、苹果汁的灭菌、苹果酒用水、苹果酒的过滤 等环节的处理，在每个环节的处理上都为苹果酒最终的澄清、稳定做准备，而 不只依靠下胶一个环节。 2 在苹果酒的下胶材料上，着重研究明胶溶液、壳聚糖溶液、蛋清液、上 述三种澄清剂形成的三种复合澄清剂以及树脂吸附，冷处理对澄清度和苹果酒 中所含残余酚量的影响。壳聚糖溶液和蛋清液都是新型的澄清剂，在果汁和果 酒的澄清方面较少采用，且其复合作用的研究未见报道。 3 对六种澄清剂降酚效果进行数学模型的模拟，这种从理论上评价其效果 的报道还没有见到。 4 在苹果酒的澄清工艺上，我们做了不同于果汁澄清和葡萄酒澄清的工艺 改进。在果汁澄清中，大多采用添加澄清剂的方法，而很少用到自然澄清法， 冷处理和超滤澄清法等。而在葡萄酒的澄清中常用到上述澄清方法，但很少用 到树脂吸附的方法。因此我们在设计苹果酒的澄清工艺时，依次采用了多种处 理方法，添加了树脂吸附处理，层层澄清。苹果酒澄清稳定的工艺流程见图1 1 。 5 在分析测定中，没有如一般报道那样只考察处理后苹果酒的澄清度，还 测定了其稳定性。其中包括了稳定性实验，稳定性鉴定工艺流程见图1 - 2 。在 评价处理效果时，也结合了澄清度、稳定性以及稳定性的数学模型综合考虑， 最终结果较有价值。 、 苹果 1 分选、洗涤、破碎、浓缩 浓缩苹果汁 二氧化硫 网 l 一 图1 - 1 苹果酒澄清稳定处理的工艺路线图 f i g t l - 1t h ep r o c e s so f a p p l ew i n ec l a r i f i c a t i o na n d s t a b i l i t y 1 3 丑f 同口y十m f 目一 稳定性实验 r 稳定 i 曲 - 澄清处理 是 1 装瓶 图1 2 苹果酒稳定性鉴定工艺流程图 f i g 1 - 2t h ep r o c e s so fs t a b i l i t yt r e a t m e n t 1 4 第二章发酵苹果酒及其澄清稳定的步骤 2 1 酿造苹果酒的原料 苹果可食部分占全果重量的8 1 8 5 ，在可食部分中4 7 1 ，其营养成分见 表2 1 。 表2 - i苹果中一般成分的含量( ) 4 8 1 t a b 2 - 1c o m p o n e n t si na p p l e 此外，苹果成分中富含无机盐，其中钾盐、镁盐对心血管具有保护作用。 苹果中含有1 7 种氨基酸，其中7 种为人体必需但自身又无法合成的氨基酸 4 8 】。 苹果中含有维生素h ，是其它果实中所罕见的，它在人体生理功能的作用主要 是人体中糖、蛋白质和脂肪中间代谢的一种重要辅酶，参与很多羧化反应。这 些营养物质在发酵过程中会起一定的作用。同时苹果浓缩汁中还含有很多会引 起后浑浊的成分。具体成分见表2 - 2 。 表2 2 苹果浓缩汁后浑浊成分| 4 9 i t a b 2 - 2f e c u l e n t c o m p o n e n t s i nc o n c e n t r a t e d a p p l ej u i c e 沉淀成分 湿重( m g l o o g )占总沉淀量的百分比( ) 总沉淀9 0 8 果胶1 9 4 2 14 蛋白质6 1 6 7 酚类2 3 2 - 2 5 6 淀粉3 0 3 3 由上表可见，在引起后浑浊的成分中酚类含量最大，占2 5 6 ，但仍有近 4 3 的成分没有确定。这也正是第一章中提到的降低酚含量是澄清的主要任务 之一的原因所在。 2 2 苹果酒的生产工艺 2 2 1 苹果汁的选用及稀释 苹果品质如何，对产品的质量影响很大，会直接影响到苹果汁的品质。用 于榨取苹果汁的苹果，要求脆而微酸，绵苹果则不宜采用，并且要选用成熟早 期的苹果，该时期苹果的含酸量比较高，酸度高时苹果汁不易产生氧化酶，：氧 化酶会使后期的苹果酒产生不符合要求的气味，使之不新鲜，也容易使酒体不 稳定且易变质，比如引起氧化酶破败病等( 酒失光、浑浊、沉淀) 。 我们选用果实饱满且多汁的苹果，去籽，去梗后榨汁，因为果实籽中含有 的大量单宁和油脂类物质会使酒产生过涩、麻嘴、发苦等滋味；果梗有一些不 合要求的物质如单宁和苦昧树脂等，不仅不利于酵母发酵，而且会恶化酒质， 产生青梗味，苦味等等，必须将其去除。 为了实验方便，我们将榨好的果汁进行了浓缩处理，其总糖浓度大约为 7 0 。各种果酒的生产方法，首先考虑的是酒精含量。理论上，1 0 0 0g 糖可生 成4 8 4 6g 酒精和4 6 6 7g 二氧化碳以及4 8 7 g 其他物质( 甘油、琥珀酸等) 【4 7 】。 为此需将果汁的糖度调到1 0 3 0 ，这样发酵结束后的酒精含量能达到 5 1 5 ( 体积分数) 5 0 】。因此在使用前，应将其稀释至总糖含量为2 0 ，这 个浓度可以保证果酒在发酵终止后的酒度适中，残还原糖较低：若酿造干酒， 使其残糖含量一 4 9 l ，可将果汁起始浓度稀释至1 0 左右。在本实验中，均是 将果汁稀释至2 0 左右，酿制苹果甜滔。 2 2 2 苹果汁的灭菌 经过稀释的苹果汁在加入酵母前必须经过灭菌处理，以杀灭一切微生物的 营养体、芽孢和孢子。通常采用的灭菌方法有两种：高压蒸汽灭菌法和化学灭 菌法。 1 6 高压蒸汽灭菌法：将准备发酵的果汁装入锥形瓶，塞上棉塞，包好牛皮纸 置于密闭的灭菌锅内，通过加热，使灭菌锅隔套间的水沸腾而产生蒸汽。待水 蒸气急剧地将锅内的冷空气从排气阀中趋尽后，关闭排气阎，继续加热，此时 由于蒸汽不能溢出，而增加了灭菌锅内的压力，从而使沸点增高，此时的果汁 温度大约为1 2 1 ，保持2 0 3 0 分钟，可将果汁内全部菌体蛋白质凝固变性， 达到灭菌的目的。灭菌完毕后待灭菌锅压力降至零时，将果汁取出于紫外灯下 照射静置，放凉至室温待用。此法灭菌效果好，但是当温度超过6 0 c 时，氨基 酸和v c 将开始失活1 5 。实验中只有少量实验和酵母培养采用此法，大量的实 验采用的是化学灭菌法。 化学灭菌法：即在待用的果汁中加入二氧化硫。首先和水化合生成亚硫酸， 大部分亚硫酸在水中与果汁中的糖、色素、醛化合生成了不稳定的化合物，少 部分没有变化或氧化成硫酸。因此它在水中总是以两种形式的平衡态存在一一 游离态与化合态。游离态的亚硫酸与苹果汁中的氧进行了氧化反应，生成了硫 酸；而硫酸进一步反应置换了苹果酒中有机酸的盐，使游离有机酸含量增加， 提高了有效酸度。 s 0 2 + h 2 掌h 2 s 0 2 h 2 s 0 3 游离态化舍态 s 0 2 + h 2 0 + 0 2 h 2 s 0 4 由此可见，二氧化硫有以下几个作用：杀菌作用。高温下，苹果汁中的 营养物质容易损失，并且有时发酵是采用开放式的，因此，为了消除细菌和野 生酵母对发酵的干扰，利用酿酒酵母对二氧化硫耐受力强的特点，往苹果汁中 添加一定量的二氧化硫气体或亚硫酸水溶液，以抑制或杀灭细菌和野生酵母。 澄清作用。二氧化硫抑制发酵微生物的活动，推迟发酵开始的时间，从而有 利于发酵基质中悬浮物的沉淀。这也是为苹果酒最终的澄清做准备。抗氧化 作用。二氧化硫有很强的防止苹果汁和苹果酒氧化的作用，它既能抑制酵母有 氧呼吸，使酵母进入厌氧发酵状态，又可防止苹果汁和苹果酒颜色加深。溶 解作用。二氧化硫在水中生成亚硫酸。亚硫酸能将苹果皮中不溶于苹果汁和发 酵液的色素、无机盐等溶解出来进入到苹果汁和发酵液中。增酸作用。苹果 汁酸度的提高主要来自两方面的作用：一方面是亚硫酸抑制了分解酒石酸和苹 1 7 果酸的细菌，使苹果汁酸度不降低：另一方面是亚硫酸将酒石酸和苹果酸从各 自的盐类中游离出来，从而使苹果汁和发酵液的酸度增加。除醛作用。亚硫 酸与乙醛结合，生成了乙醛亚硫酸，除去了影响酒液口味的物质，与此同时， 酒液中芳香物质的香味也得到充分显示。但在酿制苹果酒时却与此相反，因为 苹果酒在贮存、陈化过程中，乙醛起着重要作用，并且乙醛必须处在游离状态。 因此二氧化硫的添加要慎重，其用量决定于很多因素： ( 1 ) 发酵基质的含糖量：含糖量越高，结合s 0 2 的含量越高，从而降低活 性s 0 2 的含量。 ( 2 ) 含酸量：含酸量越高，p h 值越低，活性s 0 2 含量越高。 ( 3 ) 温度：温度越高，s 0 2 越易与糖结合，而降低活性s 0 2 的含量。 ( 4 ) 微生物的含量和活性：苹果汁中，各种微生物的含量高且活性强。 因此，温度越高，原料含酸量越低，霉变越严重，在发酵基质中所加入的 s 0 2 量也越高。 一般有三种添加方法：一