（食品科学专业论文）白酒发酵副产物黄水的综合利用研究.pdf

摘要 以含有丰富风味组分和氨基酸的白酒发酵副产物黄水为研究对象，通过超临界c 0 2 萃取技术萃取分离其中的风味组分以及分离萃取后的残留母液制成风味酱油调味液这 两种产品的开发工艺和应用，实现了白酒发酵副产物黄水的最大限度综合利用，解决了 行业头疼的“污染源”，提高了行业经济效益。 完成了以黄水为原料，采用超临界c 0 2 萃取技术，萃取分离其中风味组分的新工艺 研究。通过单因素与正交实验，以口感和得率综合指数为评价指标，优化出了最佳萃取 工艺条件。其最佳工艺条件：萃取压力1 3 m p a ，萃取温度4 0 。c ，c 0 2 流量1 3l h ，分离 i 压力8 m p a ，温度4 0 。c ；分离i i 压力5 m p a ，温度3 0 。c ，黄水进料速度2 0k g h 。研究 工作表明，对风味组分的提取及其利用是对传统酿造酒业发酵工艺的一个有益补充。 完成了以超临界c 0 2 萃取之后所残留的黄水母液为原料，通过浓缩、除酸以及配兑 食品添加剂等工艺过程制取风味酱油调味液的最佳工艺开发研究，并通过单因素和正交 试验确定出黄水制取酱油调味液的最佳工艺。最佳工艺条件：浓缩工艺：温度为6 5 ， 浓缩量为1 4 ；除酸工艺：乳酸钙沉淀，温度为6 0 4 c ，时间为1 8 0m i n ，分3 次加料： 食品添加剂口感配兑工艺：食盐为1 3 3 ，蔗糖为1 7 ，味精为0 5 。该工艺不仅能 够解决黄水最终去路问题并获得高营养价值的酱油调味液，而且相对传统酿造酱油业， 能够有效节约粮食资源，具有良好的经济效益、生态效益和社会效益。 针对风味酱油调味液的生产工艺，进行了工业设计初步探讨和经济核算，并设计了 工业化生产工艺流程图和厂区布置图。对年产量为8 4 0t 的黄水制取酱油加工厂进行了 物料衡算、工艺流程设计、车间和整个厂区规划以及初步的成本估算。其结果表明：本 论文提出的黄水制取酱油调味液的新工艺能够取得良好的经济效益，具有巨大的市场潜 力。 关键词：黄水，酱油，超临界c 0 2 萃取 s t u d yo nc o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no fw i n ef e r m e n t a t i o nb y p r o d u c t a b s t r a c t b a s e do ny e l l o ww a t e r - w i n ef e r m e n t a t i o nb y p r o d u c tc o n t a i n e dp l e n t i f u lo ff l a v o r i n g c o m p o s i t i o n s a n da m i n oa c i d ，c o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o ns t u d yo ny e l l o ww a t e rw a s i n v e s t i g a t e db yt w ok i n d so fp r o c e s sr o u t e s t h ef i r s tp r o c e s sr o u t ew a se x t r a c t i o no f f l a v o r i n gc o m p o s i t i o n sf r o my e l l o ww a t e rw i t hs u p e r c r i t i c a lc 0 2e x t r a c t i o nt e c h n i q u e t h e s e c o n dp r o c e s sr o u t ew a st op r e p a r es o ys a u c ef o rf o o db yu s i n gm o t h e rl i q u i dw h i c hw a s r e s i d u eo fy e l l o ww a t e ra f t e rs u p e r c r i t i c a le x t r a c t i o no ff l a v o r i n gc o m p o s i t i o n s t h et w on e w p r o c e s st e c h n i q u e s r e a l i z e dm a x i m u mc o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no fw i n ef e r m e n t a t i o n b y p r o d u c t ，s o l v e dh e a d a c h e “p o l l u t es o u r c e s ”，i m p r o v e de c o n o m i cb e n e f i to f w i n ep l a n t an e we x t r a c t i n gf l a v o r i n gc o m p o s i t i o n sp r o c e s sf r o my e l l o ww a t e rw i t hs u p e r c r i t i c a l c 0 2w a sp r o v i d e d t h eo p t i m i z a t i o np r o c e s sc o n d i t i o n sw e r ed e t e r m i n e db ys i n g l ef a c t o ra n d o r t h o g o n a le x p e r i m e n t su s i n ge x t r a c t i o ny i e l da n dt a s t ea sc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i n gi n d e x t h ew h o l eo p t i m i z a t i o np r o c e s sc o n d i t i o n so fs u p e r c r i t i c a lc 0 2e x t r a c t i n gf l a v o r i n g c o m p o s i t i o n sf r o my e l l o ww a t e ro nb a s i so fe x p e r i m e n t a lr e s u l t sa n d d a t aa n a l y s i sw e r ea s f o l l o w s ：t h ee x p e r i m e n tp r e s s u r ea n dt e m p e r a t u r ew e r e1 3 m p aa n d4 0 c ，r e s p e c t i v e l y ；t h e f l o wo fc 0 2w a s13 l h ；t h ep r e s s u r ea n dt e m p e r a t u r eo fs e p a r a t o r1w e r e8m p aa n d4 0 。c ， r e s p e c t i v e l y ；t h ep r e s s u r ea n dt e m p e r a t u r eo fs e p a r a t o r1 1w e r e5m p a a n d3 0 。c ；t h ef l o wo f y e l l o ww a t e rf e e dw a s2 0k g h t h es t u d yo ne x t r a c t i o na n da p p l i c a t i o no ff l a v o r i n g c o m p o s i t i o n sf r o mw i n ep l a n tf e r m e n t a t i o nb y p r o d u c tw a sab e n e f i c i a lc o m p l e m e n t t o t r a d i t i o n a lw i n ei n d u s t r yf e r m e n t a t i o np r o c e s s b e c a u s et h ec o m p o s i t i o n si ny e l l o ww a t e rm o t h e rl i q u i dw e r es i m i l a rt ot r a d i t i o n a ls o y s a u c ea n da m i n oa c i d ，t o t a la c i d sa n dt a s t eh a ds l i g h td i f f e r e n c e ，t h eo t h e rn e wp r o c e s so f p r e p a r i n gs o ys a u c ew i t hr e s i d u ef r o my e l l o ww a t e rm o t h e rl i q u i dw a sp r o v i d e d t h es o y s a u c ew a sp r e p a r e db yc o n c e n t r a t i o n ，d e a c i d i t ya n db l e n d i n gf o o da d d i t i v e t h eo p t i m i z a t i o n p r o c e s sc o n d i t i o n so fp r e p a r i n gs o ys a u c ew e r eo b t a i n e db ys i n g l e f a c t o ra n do r t h o g o n a l e x p e r i m e n t s t h eo p t i m i z a t i o np r o c e s sc o n d i t i o n so fp r e p a r i n gs o ys a u c e ：t h et e m p e r a t u r eo f c o n c e n t r a t i o nw a s6 5 ；t h ec o n c e n t r a t i o nr a t i ow a s1 4 ；t h et e m p e r a t u r ea n dt i m eo f i i d e a c i d i f i c a t i o nw e r e6 0a n d18 0m i n ，r e s p e c t i v e l y ；t h r e ef e e d e d ；t h ep r o c e s so f t a s t e 、杭t hf o o d a d d i t i v e s ：t h es a l t13 3 ，s u g a r1 7 ，m o n o s o d i u mg l u t a m a t e0 5 t h ep r e p a r i n gs o ys a u c e p r o c e s sf r o my e l l o ww a t e rm o t h e rl i q u i dc o u l dn o to n l ys o l v et h ed i s p o s i t i o no fy e l l o ww a t e r a n dg a i nh i g h n u t r i t i o ns o ys a u c e ，b u ta l s oc o u l ds a v ee f f e c t i v e l yf o o dr e s o u r c e t h ep r o c e s s w a so fg r e a te c o n o m i cb e n e f i t ，e c o l o g i c a lb e n e f i ta n ds o c i a lr e t u r n s t h e r e f o r e ，t h en e w p r o c e s sh a dg r e a tm a r k e tp o t e n t i a l s i nv i e wo ft h ea b o v eo p t i m i z a t i o np r o c e s sc o n d i t i o n so b t a i n e d ，t h ew h o l ei n d u s t r i a l i z e d p r o c e s sd e s i g nw a sd i s c u s s e dp r i m a r i l ya n de c o n o m i ce s t i m a t i o nw a se v a l u a t e d m e a n w h i l e ， t h ei n d u s t r i a l i z e dm a n u f a c t u r i n gp r o c e s sf l o wd i a g r a ma n da r r a n g e m e n td r a w i n go ft h ep l a n t a r e aw e r ed e s i g n e d f o rap r o c e s s i n gf a c t o r yo fas o ys a u c ew h o s ea n n u a lo u t p u tw a s8 4 0 t y ， m a t e r i a lb a l a n c e ，p r o c e s sf l o wd e s i g n ， w o r k s h o pa n dp l a n ta r e aa r r a n g e m e n t ，p r i m a r yc o s t e s t i m a t ew e r ec o m p l e t e d t h em a t e r i a lb a l a n c ea n de s t i m a t er e s u l t ss h o w e dt h a tt h en e w p r o c e s so fp r e p a r i n gs o ys a u c ec o u l db r i n ga b o u tg o o de c o n o m i cb e n e f i ta n dh a v eg r e a t m a r k e tp o t e n t i a l s k e yw o r d s ：y e l l o ww a t e r ，s o ys a u c e ，s u p e r c r i t i c a lc 0 2e x t r a c t i n g i i i 西北大学学位论文知识产权声明书 本人完全了解西北大学关于收集、保存、使用学位论文的规定。学校 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许 论文被查阅和借阅。本人授权西北大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所等机构将本学位论 文收录到中国学位论文全文数据库或其它相关数据库。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：强指导教师签名： 列哞占月j 7 日 年 7 名月i 日 l 西北大学学位论文独创性声明 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研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本论文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它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做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：哿瑞 刊。年6 只 ) e t 西北大学硕士学位论文 1 1 黄水 第一章绪论 发酵黄水是固态酿造白酒过程中的副产物，又名黄浆水，为棕黄色粘稠液体【1 1 。在 浓香型白酒的生产中，含水量为5 2 0 0 , - , 5 5 的入窖酒醅经过厌氧发酵，其中的淀粉在酶、 酵母作用下，由糖变酒，并生成二氧化碳 2 1 。随着发酵的进行，微生物代谢所生成的水 与酒醅中尚未被微生物利用的水分逐渐沉降，从而将酒醅中的有机酸、酵母溶出物、可 溶性淀粉、单宁、还原糖、香味前体物质等溶于其中，并沉积到窖底而形成黄水【3 1 。因 而，黄水中含丰富的有机酸( 尤其是乳酸、丁酸、己酸、乙酸等羧酸含量最多) 、醇、醛、 酯等呈香呈味物质，同时还含有氨基酸、糖类、酒精、腐殖质、酵母菌体自溶物、微生 物菌体以及活细胞等【4 】o 目前我国大部分酒厂对黄水的处理都是将其用于拌糟回窖发酵 或养窖、培养人工窖泥等方面，不仅不能有效利用资源，而且无法从根本上解决发酵黄 水的最终去路问题。 开展清洁生产以及产业内循环发展是2 l 世纪可持续发展的主要目标。黄水的p h 值 约为3 0 3 5 ，其b o d 2 5 0 0 0 3 0 0 0 0m g l ，c o d ：2 5 0 0 0 - 4 0 0 0 0m g l 4 1 ，远超过 国家允许的废水排放标准，因此如何综合利用黄水资源，彻底解决黄水的最终去路问题， 已经成为发酵酒业面临的重大课题。 1 1 1 发酵黄水的理化特性 发酵黄水是在固态发酵生产浓香型大曲酒的过程中，由原料中的单宁、色素、可溶 性淀粉，酵母自溶物及发酵不完全的残料溶于水中而形成的。其为原料的浸汁，更是浓 香型大曲酒生产中特有的发酵产物，具有一定的酸度、黏度、色度等独特的理化特性见 表1 1 1 5 j 。 表1 - 1 黄水的理化特性 第一章绪论 1 1 2 黄水成分的分析 我国固态发酵酒所用粮食一般为高粱、大米、玉米、大麦、糯米、小麦等，粮食中 主要成分为淀粉、脂肪、蛋白质、果胶、维生素、半纤维素、木质素、纤维素和其他物 质。因此在酒曲存在的状况下，粮食在窖池内的发酵是一个极其复杂的过程，除酵母发 酵产生乙醇、淀粉糖化的复杂酶化学体系外，还存在厌氧微生物( 多种甲烷菌、各种异 样菌、梭状芽孢杆菌) 、非厌氧微生物、好氧微生物、酶化学反应、野生酵母的复杂代 谢过程、其他生化反应、多样化的有机反应等。因此，发酵黄水是一个极为复杂的混合 物【3 1 。常规成分分析见表1 2 t 6 1 。 表l - 2 黄水的常规成分分析结果 1 1 2 1 黄水中的有机酸 黄水中的酸类物质主要是窖内微生物发酵产生的有机酸，其又分为挥发性和不挥发 性酸，前者主要是乙酸、己酸、丙酸、丁酸等，后者主要是乳酸。黄水中的主要有机酸 及其含量见表1 - 3 7 1 。 表l - 3 黄水中的有机酸 1 1 2 2 黄水中的醇类嘲 黄水中的醇类是糖、氨基酸等在酵母菌、细菌、霉菌等微生物作用下发酵而成的。 乙醇是应用最广的一种醇，其不仅是白酒发酵的主要产物，还是乙酯、乙醛、乙酸 等的前驱物。以谷物为例，其化学反应为： 2 西北大学硕士学位论文 谷物一淀粉童墼责芽糖重塑葡萄糖 h ：o o h ：o 一 葡萄糖的分解代谢途径很多，而且在不同条件下即使同种微生物的代谢途径也不尽 相同。一条为e m p 途径，以葡萄糖经磷酸化生成l ，6 二磷酸果糖，分解后逐步生成丙 酮酸为主要特征。丙酮酸又在脱羧酶的作用下脱去一分子c 0 2 而生成乙醛，再经乙醇脱 氢酶将乙醛还原成酒精。总反应为： g 5 h 二l 巩+ 2 a d l 3 2 h j l a 0 4 - 2 c - h ：o h 2 c 0 2 + 2 a t p 葡萄糖二磷酸腺苷磷酸乙醇三磷酸腺瞽 葡萄糖降解的另条途径为h m p 途径，即单磷酸己糖途径。比如异型乳酸发酵， 就是糖经过h m p 途径发酵而来，产物除乳酸以外，还有二氧化碳和乙醇。 高级醇主要由酵母菌在非正常代谢情况的状态下，脱去氨基酸中的氨基，再经过脱 羧酶脱羧生成，种类及含量与菌种、酒醅成分、原料以及发酵条件等相关【9 】。 1 1 2 3 黄水中的酯类【1 0 1 黄水中的酯类生成途径有两种：其一是通过有机反应生成酯，但此类反应在常温条 件下非常缓慢；其二是经微生物生化反应从而生成酯，为白酒发酵中主要产酯途径。如： 酒醅中的假丝酵母、汉逊酵母等微生物，都能有较强的产酯能力。乙酸乙酯的合成主要 是酵母菌，其合成途径目前被认为是乙醇与乙酰辅酶a 形成，反应如下： c h 3 c o s c o a 4 - c 2 h ；o h _ c h 3 c o o c z h ；+ s h c o a v 乙酰辅酶a乙醇 酯酶一 乙酸乙酯辅酶a 1 1 2 4 黄水中的微生物 不同窖池中的黄水都含有一定数量的微生物，见表1 4 1 1 】。这些菌大都是窖内酿酒、 生香、成味过程中不可缺少的有益菌，其中主要是酵母和细菌。在细菌中芽孢杆菌占绝 大多数，包括好气的芽孢杆菌和厌气的梭状芽孢杆菌，以及己酸菌、乳酸菌和丁酸菌等。 在新窖中，酵母菌多于老窖黄水而细菌则少于老窖黄水1 2 】。 表1 4 黄水中的微生物 3 第一章绪论 1 1 2 5 黄水中其他组分1 3 】 黄水中羰基化合物的生成途径很多，比如酮酸脱羧、氨基酸脱氨脱羧、醇氧化等反 应，可生成相应的醛、酮。挥发性含硫化合物，多来自于蛋氨酸和半胱氨酸等含硫氨基 酸。芳香族化合物多是酚类化合物，主要由小麦或者制麦曲过程中微生物发酵产生，或 者是在制麦曲过程中形成的中间产物，再由细菌或者酵母菌发酵而来。 1 1 2 黄水的营养价值及其利用基础 1 1 2 1 黄水中的氨基酸 氨基酸是构成生物体蛋白质分子的基本单位，也是与生命活动有关的最基本 物质，是生物体内不可缺少的营养成分之一。构成蛋白质的氨基酸有2 0 多种，其 中有8 种氨基酸不能在人体内合成，需要从食物中补充，称之为必需氨基酸。 黄水中含有大量的游离氨基酸。研究结果表明，其中所含游离氨基酸多达1 9 种， 并且含有四分之三以上的人体必需氨基酸，见表1 5 【1 4 1 。 表l - 5 黄水中的氨基酸组成 单位：( m g l o o m l ) 由表1 5 知，黄水中丙氨酸、丝氨酸、谷氨酸、亮氨酸、门冬氨酸含量相对较 高。其中，丙氨酸具有增强肝功能，保肝护肝的作用；丝氨酸能够降低血液中胆 固醇的浓度，从而有效防治高血压；谷氨酸不仅对肝功能不全、神经衰弱等有治 疗作用，而且其能够参与脑中糖和蛋白的代谢，维持与促进脑细胞功能，从而有 效防治老年痴呆症；亮氨酸可以与缬氨酸和异亮氨酸起修复肌肉，控制血糖，并给 身体组织提供能量，同时还能提高生长激素的产量，并帮助燃烧处于身体内部的内脏脂 4 西北大学硕士学位论文 肪，；门冬氨酸不仅可以用于治疗心脏病、肝脏病、高血压症，还具有防止和恢复 疲劳的作用【1 5 】。可见，黄水中几种主要氨基酸对中老年人的健康十分有益，不仅 能够有效保护肝脏，而且对高血压、高血脂、高血糖以及老年痴呆症有着良好的 防治效果。 随着人民生活水平的提高，人们对营养健康的关注度越来越高。氨基酸作为 有效的功能保健物质，逐步被人们所重视。目前，市面上有氨基酸口服液、氨基 酸功能饮料等1 6 , 1 7 , 1 8 】，但都具有其各自的局限性，不能普遍的为人民大众所接受。 如果将黄水中的氨基酸有效利用，将其制成调味品，不仅能以其价廉质优的品质 渗入到人们的日常生活中，还能够解决黄水的去路，实现资源的综合利用。 1 1 2 2 黄水中的乳酸 作为世界公认的三大有机酸之一，乳酸在食品、化学、医药等行业都有较大的需求 量，而且其需求量有逐年扩大的趋势。乳酸在食品行业中主要应用于保鲜防腐【1 9 , 2 0 l 和调 味。其下游产品乳酸盐有着更为广泛的应用，如乳酸钙、乳酸亚铁、乳酸钠等，不仅可 以作为矿物质补充剂，还能有效抑制皮肤上的色素沉淀从而作为一种安全有效的增白因 子治疗雀斑和老年斑【2 1 ，2 2 1 。另外，对比其他钙盐，乳酸钙是补充钙质的良好药剂以及钙 强化食品的理想添加剂。其具有降低毛细血管通透性、维持神经及肌肉正常兴奋性，辅 助预防及治疗各种过敏性疾患，保持旺盛的精力和体力等功效。此外，乳酸钙还具有溶 解度高，生理宽容性大，酸根直接被吸收代谢而无积留等优点【2 3 】。 黄水中含有大量的有机酸，而其中乳酸占总酸量的8 0 以上，因此将黄水直接排放 将造成巨大的环境污染，而若将其有效利用则具有良好的经济效益和社会效益。若将黄 水制成酱油调味品，则其中的乳酸及其他微量有机酸，相互起协同效应能够丰富酱油风 味背景。如在酱油后期的加热处理、储存及烹调过程中，可以和醇类起酯化反应，提高 酱油的酯香味；酸味可以缓和咸昧，使酱油的口感更柔和等。同时，乳酸还是天然的防 腐剂，不仅可以简化后期产品酱油的处理，还可以避免添加化学防腐剂。此外，酱油作 为人们的日常调味品，具有消费量稳定和时间持久的特点，其更适合作为钙强化的载体 食品。如果此类强化酱油能够普及，通过每日膳食补充钙质，将缓解普遍存在的钙缺乏 问题，尤其是中老年妇女的钙质流失与摄取不足问题。同时，黄水配制酱油生产成本低， 价格低廉，适合作为贫困偏远地区的普通钙补充剂，能够有效提高我国全民的身体素质。 s 第一章绪论 1 1 3 黄水综合利用的研究进展 随着可持续发展战略的逐步实施，黄水的资源利用化被越来越多的研究。近几年来， 黄水开发利用的相关研究报告主要是对黄水进行处理后用于勾调白酒、拌糟醅回窖发酵 或将黄水用于养窖、培养人工窖泥等方面【2 4 1 。此外，还有一些其他的黄水应用方法，也 都有各自的应用前景，但是普遍利用率较低。 1 1 3 1 黄水用于勾调白酒 黄水经过简单的脱色除臭，可用于勾调低档白酒以增加原酒中的香味成分，并赋予 酒体自然协调感。由于黄水中杂味较重，一般需要经过脱色、过滤等处理后才能作为勾 兑各档次白酒的酸性调味品。其对提高酒体风味，赋予酒体净爽感、浓厚感、绵长感、 醇和感，增加酒体中的风味均有较大的作用【2 5 1 。 1 1 3 2 用于养窖、培养人工窖泥和拌糟醅回窖发酵【2 4 】 己酸乙酯作为浓香型白酒的主体香味组分，主要是由窖泥中的厌氧梭状芽胞己酸杆 菌代谢生成己酸，然后通过微生物酶催化作用与体系中酵母所生成的酒精缩合而成。可 见，窖泥在浓香型酒质量的控制中占有重要地位。黄水中不仅含大量在窖内特定环境下 长期驯化的有益微生物，而且赋予这些有益微生物生长繁殖的良好营养环境，如糖类、 微量生长因子、含氮化合物以及适宜的酸碱度等。因此，用黄水培养窖泥相当于接种， 可强化窖中的功能菌。同时实践证明，用黄水保养窖泥，除能起到接种、补充营养、维 持酸度和产生香气前体物质等作用外，还由于黄水能够渗透进窖壁、窖底，从而能够保 持窖泥湿润度，对维持窖泥外部厌氧环境、强化窖泥中厌氧功能菌起到很好的作用。此 外，黄水中还含有大量糖类、蛋白质及氨基酸态氮等微生物生长、繁殖所必需的营养物 质。因此，白酒厂常将黄水用于养窖、培养人工窖泥和拌糟醅回窖发酵。 1 1 3 3 利用黄水酿造食醋 黄水中含有大量的乳酸以及醋酸，而且其他的香气成分含量也与醋十分相近，因此 可将黄水进行适当处理后直接调配【2 6 1 或再发酵，加工成具有良好风味的食醋。张志刚等 人于2 0 0 5 年将黄水粗滤后，添加中高温大曲，进行再次发酵制取香醋，所得产品不仅符 合国家食醋标准，酸度适1 5 1 、香味醇厚，还具有独特的风味口7 1 。 6 西北大学硕士学位论文 1 1 3 4 提取黄水中的乳酸或者制备乳酸钙、复合有机酸钙【2 8 】 罗惠波等人针对黄水特性，直接从黄水中选育出优良的乳酸菌，并利用黄水中的还 原糖和淀粉进行发酵生产乳酸，进而提高黄水中乳酸的含量，并取得了良好的成效。王 国春等人将黄水中的乳酸提取出来并将其制成乳酸钙，亦获得良好得率。但是，黄水中 除乳酸外，还有诸多与其性质相似的有机酸，因而在生产纯度较高的乳酸或者乳酸钙时， 存在一定的困难。但是可以考虑利用黄水生产复合有机酸钙而非纯粹的乳酸钙。 1 1 3 5 用作食品防腐剂【2 9 】 黄水中含有丰富的有机酸，较高的酸度使其具有良好的防腐效果。同时，黄水作为 粮食发酵产物具有较高的安全性，因而经简单处理后用作食品防腐剂。杨新力等人对黄 水进行除杂、脱臭脱色以及浓缩等处理后，将其加工成酸度为8 的黄水处理液添加入 酱油，用于其防腐，得到了良好的效果。 1 1 3 6 提取香味物质 黄水中含有丰富的醇、醛、酸、酯等呈香呈味组分。杨新力等人对黄水进行除杂、 脱臭脱色以及过滤调配等处理后，将其用于烟香精的调配，可有效增加其香气。此外， 黄水中的风味组分可采用超临界c 0 2 萃取技术、传统溶剂法等方式萃取，并添加入白酒 中以提高其品次。王国春等人利用超临界c 0 2 技术萃取黄水中风味组分，确立了中试最 佳工艺条件，通过口感及得率测试都取得良好成效3 0 1 。 1 1 3 7 对黄水中氮资源的利用【3 1 】 韩小龙等人通过对黄水进行蒸馏处理，然后酶解其中残留蛋白质从而制得氨基酸， 再将这些氨基酸用于木薯类的酒精发酵生产。结果表明，黄水的最适添加量为2 ，其 为氮源的效果明显优于以尿素。此外，针对黄水中含大量的蛋白质以及氨基酸，还可将 黄水用于加工、生产液体蛋白饲料。 1 1 3 8 利用黄水发酵制备丙酸3 2 】 黄水中乳酸和还原糖含量都很高，可作为丙酸发酵的底物。与此同时，黄水中还含 丙酸菌生长所必需的氮源。因此可利用黄水发酵生产丙酸。梁慧珍等人在2 0 0 5 年研究了 利用固定化丙酸菌对黄水中的葡萄糖和乳酸进行发酵从而制取丙酸的工艺条件，产酸量 高达1 7 7 l 。 7 第一章绪论 1 1 3 9 用于制酒曲【3 3 】 黄水富含经长期驯化的有益微生物、含氮化合物、糖类物质和少量的单宁以及色素 等。其中的有益微生物主要是梭状芽孢杆菌，它是产生己酸乙酯和己酸过程中不可缺少 的菌种，因此可利用黄水作为茵源制作强化大曲。陈柄灿等将黄水用于制备浓香型大曲 酒的曲醅。研究表明，当加入2 0 黄水时，所制得的大曲在糖化力、发酵力及酯化力等 方面都有显著提高。 目前，针对黄水的研究利用主要集中在风味组分、氨基酸等氮源以及乳酸这三方面， 方法各有千秋，但没有任何一种能够完全有效的利用黄水。在资源匮乏的今天，如何能 够变废为宝，珍惜利用每一种资源，成为亟需解决的问题。黄水中的风味组分需要一种 安全有效的萃取方式来提取分离从而能够应用于添加入白酒，提高白酒品次，因此萃取 方式首选超临界c 0 2 萃取技术。将其萃取之后所残留的母液不论色泽还是呈香呈味物质 均与酱油相近，因此可考虑将萃取后残液制成酱油，从而彻底解决了黄水的去路问题。 同时，黄水中含量丰富的乳酸能够酱油的风味和防腐都有着积极地作用。 1 2 超临界c 0 2 流体技术及应用 超临界流体( s u p e r c r i t i c a lf l u i d ，简称s f 或s c f ) 是指当流体的压力和温度处于它 的临界压力( p c ) 和临界温度( r ) 以上时，即t t c ，p p c ，随着气液相界线的消失，兼具 气体和液体性质的流体p 4 1 。随着世界上第一套大规模超临界c 0 2 萃取装置于1 9 8 2 年由 德国s k w 公司的率先投产，超临界流体技术逐渐收到国内外科研界的重视，并且取得 了迅速的发展。现如今，超临界流体技术已广泛的应用于萃取分离、农业、化学反应工 程、精细化工、石油化工、环境科学、材料化学、食品工业、生物医药工程及分析技术 等领域3 5 , 3 6 , 3 7 ，3 8 3 9 , 4 0 , 4 1 , 4 2 , 4 3 1 ，并逐步显示出其强大的生命力以及广阔的前景。 1 2 1 超临界c 0 2 流体特性 超临界流体具有独特的物理化学性质，兼有气体和液体的优点，不仅具有近似于气 体的高扩散系数和低粘度，还有近似于液体的密度、传热系数和溶解能力1 4 4 1 。因此超临 界流体有比液体溶剂更好的传质性能，同时可以使超临界萃取过程能够在很短时间内完 成。 由于在临界点附近时，超临界流体的密度仅为压力和温度的函数，温度和压力微小 8 西北大学硕士学位论文 的变化都足以引起流体密度较大的变化，并且相应表现为溶解度的变化【4 5 1 。因此，利用 温度、压力的调控可以代替传统的有毒、易燃、易挥发有机溶剂，从而更加方便的实现 萃取和分离。 虽然溶剂效应在超临界流体中普遍存在，但真正具备应用价值的超临界流体介质并 不是很多，因为在实际中会有溶解度、临界参数、选择性、腐蚀情况、化学反应、毒性、 价格及操作条件等一系列因素的限制。而超临界二氧化碳( s u p e r c r i t i c a lc a r b o nd i o x i d e ， 简称s c c 0 2 ) 具有传质速率高、溶解能力强、临界参数适宜、化学惰性、无腐蚀、无 毒、安全高效及价廉易得等优点，可作为最适合应用于工业化生产中的超临界流体溶剂 【4 6 4 7 1 o 1 2 2 超临界c 0 2 流体萃取的基本工艺流程 ( 1 ) 等温法( 绝热法) 依靠压力的变化 在一定温度下，对超临界c 0 2 流体和溶质减压，经过膨胀以后分离，从分离器下部 将溶质取出。气体经过压缩机返回萃取器后继续循环利用。 ( 2 ) 等压法依靠温度的变化 经过加热升温后使气体和溶质分离，萃取物由分离器下部取出。气体经过冷却压缩 后再返回萃取器循环利用。 ( 3 ) 吸附法依靠吸附剂的不同 经萃取出的溶质在分离器中被吸附剂吸附。气体经过压缩机返回萃取器后继续循环 利用。 1 2 3 超临界c 0 2 流体萃取特点 ( 1 ) c o z 无残留，萃取成本低，易于循环使用，安全无公害； ( 2 ) 萃取能力强，提取率高。萃取介质的溶解特性容易改变，萃取物和介质容易 分离； ( 3 ) 萃取温度低，惰性环境，适用于对热敏感性强或容易氧化分解的成分； ( 4 ) 操作参数易于调控，有效成分以及产品质量稳定； ( 5 ) 易于达到平衡，提取时间快，流程简单，生产周期短，操作方便； ( 6 ) 可与i r 、g c 等联用，作为种高效分离、分析手段； ( 7 ) 萃取物的粒度易于调节，通过超临界c 0 2 流体的晶核作用可以使萃取物达到 9 第一章绪论 期望值； ( 8 ) 高压下超临界c 0 2 流体能够有效杀灭各种细菌。 1 2 4 超临界c 0 2 流体萃取的应用以及展望 超临界c 0 2 流体萃取技术是一种高效分离方法，目前应用超临界流体技术的工业 主要集中在以下三个行业： ( 1 ) 食品工业 动物油脂( 肝油、鱼油、各种水产油) 、植物油脂( 蓖麻油、棕榈油、大豆油、可 可脂、米糠油、小麦胚芽油、玉米油等) 的提取；食品原料( 面、米、禽蛋等) 的脱脂； 脂类混合物( 脂肪酸、卵磷脂、甘油脂等) 的分离和精制；油脂的脱臭和脱色；植物中 天然香味成分、色素的提取；啤酒花的提取；超临界状态下的酶交换；软饮料的制造； 咖啡、红茶中咖啡因的提取等。 z o s e l 等人【4 8 】利用超临界二氧化碳技术萃取咖啡豆里的咖啡因，取得了良好的结 果。之后，德国h a g 公司建立了第一个利用超临界流体技术从咖啡豆中脱除咖啡因的 工厂，从而使超临界流体技术实现工业化。g i u s e p p e 等h 9 1 使用同样的超临界流体技术从 番茄中萃取番茄红素，产物萃取率为6 0 ，并由h p l c u v 进行结构分析。a n d r e s 【5 0 l 等人从橄榄油中萃取维生素e 以及甾醇，同样取得了较好的萃取结果。m c h i h a t t 5 1 】等人 用s c f c 0 2 技术从冷冻的鱿鱼调味品废料里萃取油脂，得率为2 2 ，所得油脂含有多 种不饱和脂肪酸，其中主要为e p a ( 8 9 4 ) 和d h a ( 2 2 7 ) ，脂肪酸的萃取总量高出 用三氯甲烷甲醇抽提所得油脂量。李斌等采用超临界流体技术萃取玫瑰精油【5 2 1 ，萃取 率高，时间短，同时香味更接近天然玫瑰的香气。此外，超临界c 0 2 萃取技术还能够用 于花椒风味成分、辣椒红素的提取等 5 3 , 5 4 1 。 ( 2 ) 医药行业 植物或者菌体中的高级脂肪酸( 亚麻酸等) 的提取；鱼油中高级脂肪酸( d h a 、 e p a 、脱氢坏血酸等) 提取；药效成分( 黄酮、脂溶性维生素、生物碱、皂甙等) 的提 取；香料成分( 植物香料、动物香料等) 的提取以及化妆品原料( 表面活性剂、脂肪酸、 美肤效果剂等) 的提取。 日本和德国学者分别采用超临界二氧化碳萃取技术从药用植物蛇床子、春黄菊、 紫草、甘草和黄连中萃取有效成分，其产率均比传统溶剂法高出很多f 5 5 】。葛发欢刚等人 1 0 西北大学硕士学位论文 使用超临界二氧化碳萃取技术将蒿素、十八醇等成分从青蒿中提取分离出来，提取率比 溶剂法( 乙醇和汽油) 提高1 1 5 9 ，不仅提取时间大为缩短，还降低了成本。吴晓 闻等人【5 7 , 5 8 1 采用超临界二氧化碳萃取技术生产的紫苏籽油和蜂胶配合的原液具有很好 的抗高血脂功效，不含任何毒副作用，同时具有极好的免疫功能。精油是目前广泛应用 于香料工业和化妆品业的日用化工原料。e n s i e hg h a s e m i 和b r u n om a r o n g i u 分别用甲醇 作为超临界二氧化碳萃取挟带剂，分别从艾叶和豆蔻中萃取精油【5 9 , 6 0 】。此法与水蒸气蒸 馏法相比，选择性更高，萃取时间短，溶剂残留少，能源消耗低，精油品质更好。 ( 3 ) 化学以及其他工业 原油的回收：石油残渣油的脱沥；润滑油的再生；含难分解物质的废液处理；超 临界流体色谱仪分析、分离；烃的分离以及煤液化油的提取等。 t a c k e 等人利用超临界二氧化碳作为溶剂对油脂、脂肪酸酯以及有利脂肪酸进行部 分和全部氢化作用。1 9 8 1 年，n o v o t n y 等【6 1 1 人将开管式毛细柱和超临界流动相联用并 获得成功，从而建立了超临界流体色谱技术( s u p e r e r i t i c a lf l u i dc h r o m a t o g r a p h ) 。 c g o n c a l v e s 采用s f e g c m s 联用分离、分析土壤中的杀虫剂。张宁等1 6 2 1 人以超临界二 氧化碳为介质，在其中研究氧气对环己烯催化氧化反应的影响，取得了较好的效果。 目前超临界工业的萃取装置主要用于生产调味品、天然香料、酒花浸膏、咖啡因、 植物籽油和天然色素等植物原料。随着人们对工业污染问题的普遍关心以及世界各地对 药品、食品卫生管理的日趋严格，天然提取产物将得到不断发展。而超临界流体萃取技 术必将以其安全无污染等优势在天然产物提取开发、中药现代化等方面得到长足的发 展。 1 3 酱油 酱油是一种具有中国民族特色的传统调味品，迄今已有2 0 0 0 多年的历史【6 3 1 。酿造酱 油是以大豆和小麦中的植物蛋白以及碳水化合物为主要原料，通过微生物酶或细胞作用 酿造而成【6 4 1 。在发酵过程中，蛋白质能够水解生成2 0 多种氨基酸，且含有人体必需的8 种氨基酸；碳水化合物经过微生物混合发酵作用生成小分子的糖类、多种醇、有机酸以 及酯类等。酱油中含多种调味成分，不仅有酱油的特殊香气，氨基酸钠盐的鲜味，食盐 的咸味，有机酸的酸味，酪氨酸等的苦味，糖及其它醇的甜味，而且具有天然的红褐色 第一章绪论 色素，其- - f i w 是酸、甜、苦、辣、咸五味调和，色香味具备的调味佳品【6 5 1 。 1 3 1 酱油市场概况 酱油工业是我国传统食品工业的一个重要领域，正处于重要的发展阶段。目前全国 调味品业的增长每年都在2 0 以上，而酱油市场的增长则超过了1 0 ，2 0 0 6 年中国酱油 的产量更达n s o o 万吨左右。酱油是应用最广泛、最普通的调味品之一，不仅市场需求 量相对稳定，而且客户忠诚度比较高。目前国内酱油市场整体还有进一步增长的空间。 现今中国人均年消费酱油量量仅为3 埏左右，为其他习惯吃酱油的东方国家和地区消费 量的3 0 0 0 , - 5 0 ，相信随着人民生活水平的提高，酱油的销量还会进一步的增加。因此， 酱油行业是一种常青产业【碉。 长期以来，酿造酱油的蛋白质原料都是以大豆、豆粕或豆饼为主，近几年随着豆粕 需求量的增长，价格上涨，使得企业的酱油酿造成本增加。如何因地制宜，合理取材， 综合利用，来拓宽酱油生产蛋白质类原料的来源，成为当务之急。 1 3 2 酱油的分类及质量标准 中国国家标准将酱油分为酿造酱油和配制酱油两大类。其中酿造酱油的定义为：以 大豆脱脂大豆、小麦麸皮为原料，经微生物发酵制成的具有特殊色香味的液体调味品 1 6 7 。配制酱油的定义为：以酿造酱油为主体，与酸水解植物蛋白调味液、食品添加剂等 配制而成的液体调味品1 6 引。目前，市面上以酿造酱油为主。 国家质量技术监督局发布的酿造酱油国家标准g b l 8 1 8 6 2 0 0 0 对酱油的质量标准做 了规范性解释，包括酱油的感官标准和理化标准。其中，感官标准包括色泽、香气、滋 味和体态；理化标准主要包括了可溶性无盐固形物、全氮以及氨基酸态氮等的含量【6 9 1 。 1 3 3 酱油呈香呈昧物质的研究 酱油的香气主要是在后期发酵中形成。在酱油的组成中，香气成分虽然含量极微， 但是对其风味影响较大。酱油的香气成分很多，同时成香机制较为复杂，但以生成原因 可以分为以下四类：曲霉中酶的分解代谢物；原料中成分产生；由非酶化学反应生成； 由细菌、耐盐酵母的代谢产物生成。目前为止已分离出2 0 0 余种香气成分，其中起主要 作用的约有2 0 3 0 种，可将其分为氨基酸、醇、醛、有机酸、酯、酚、呋哺酮和缩醛等 【7 0 1 。 1 2 西北大学硕士学位论文 ( 1 ) 氨基酸【7 1 , 7 2 蛋白质原料经蛋白酶分解，降解成多肽和氨基酸。一些氨基酸是呈味物质，成为酱