離子交換樹脂法降低蘋果酒酸度研究

孫慧燁　李靜　樊明濤　段旭昌

摘 要：為了降低蘋果酒的酸度，采用了4種吸附性樹脂對其降酸效果進行了研究。結果表明，蘋果酒經過4種樹脂處理后酸度都有所降低，降低順序為D314 >D914 >335 > LX-300。將降酸效果和降酸后的蘋果酒品質等因素進行綜合考慮，以D314樹脂的降酸效果最為理想。在D314型弱堿性陰離子交換樹脂的吸附蘋果酒中，有機酸的表觀吸附量為24.43 mg· mL-1，吸附平衡時間為60 min，適宜工作流量為5 mL·min-1。

關鍵詞：蘋果酒；離子交換樹脂；降酸

中圖分類號：TQ425.23 文獻標識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.05.011

蘋果酒中含有蘋果與生物發酵所產生的雙重營養成分，具有調節人體新陳代謝、促進血液循環、助消化、軟化血管、預防心血管硬化等疾病的發生以及控制體內膽固醇水平、抗衰老、美容美顏等保健作用[1-2]。但目前我國蘋果酒釀制工藝主要套用葡萄酒的發酵工藝，加之沒有專門的釀酒品種，所釀制的蘋果酒酸度較高，導致口感尖酸不協調，降低了消費者的喜愛度，因此適當降低蘋果酒的酸度、增加其適口性將會大大促進蘋果酒的消費。

果酒降酸方法較多，主要有生物降酸、化學降酸和物理降酸。生物降酸在葡萄酒釀造中有明顯的效果，但在蘋果酒中效果不甚顯著。化學降酸往往給酒帶來苦澀味，也不理想。而物理降酸中的陰離子交換樹脂降酸法是公認的比較理想的降酸方法。陰離子交換樹脂降酸法是通過陰離子交換樹脂中的OH-與有機酸反應，中和有機酸，從而達到降酸的目的。陰離子交換樹脂降酸在葡萄酒、獼猴桃酒等果酒降酸中的作用已多見報道[3]，但在蘋果酒中的降酸效果尚不清楚。

本試驗選用文獻中常用于果酒降酸的4種陰離子交換樹脂，以期從中找出適宜于蘋果酒降酸的樹脂，并得到最佳工藝參數，為工業生產提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 材 料

蘋果：采自陜西省白水縣蘋果基地的紅玉蘋果，于冷庫儲存。

蘋果酒：實驗室自釀。

D314型樹脂、LX-300型樹脂：西安藍曉科技有限公司。

335型樹脂：華東理工大學上海華震科技有限公司。

D914型樹脂：安徽三星樹脂科技有限公司。

氫氧化鈉、鹽酸、鄰苯二甲酸氫鉀均為分析純。

玻璃層析柱（15 mm×300 mm）：楊凌三力化玻站；QYC-200型恒溫搖床：上海福瑪實驗設備有限公司；HL-2B型數顯恒流泵：上海嘉鵬科技有限公司；WYT-4型手持糖量計：福建省泉州光學儀器廠；UVmini-1240型紫外分光光度計：SHIMADZU CORPORATION；PHS-3C 型pH計：上海精密科學儀器有限公司。

1.2 方 法

1.2.1 弱堿性陰離子交換樹脂的預處理 （1） 水洗。將適量樹脂置于容器中，用去離子水浸泡數小時，使樹脂充分膨脹。傾去浸泡水，反復沖洗直至洗出液為無色為止，將水抽濾干，以除去樹脂中的色素及水溶性雜質等。

（2） 醇洗。用90%的乙醇溶液浸泡24 h以上，適當進行攪拌以除去芳香烴及醇溶性物質。傾去乙醇溶液，用蒸餾水反復沖洗直至樹脂沒有醇味為止，將水分抽濾干。

（3） 酸堿處理（堿—水—酸—水—堿）。將樹脂用5%的氫氧化鈉溶液浸泡數小時，適當攪拌后傾去氫氧化鈉溶液，用清水洗至流出液pH值為8～9后進行抽濾；再用5%鹽酸溶液浸泡數小時，適當攪拌后傾去鹽酸溶液，用清水洗至流出液pH值為4～5后進行抽濾；最后再用5%氫氧化鈉溶液浸泡數小時，適當攪拌后用蒸餾水洗至流出液pH值為8～9，然后用蒸餾水浸泡，備用。

1.2.2 蘋果酒的預處理 為了避免酒液中的少量沉淀物及雜質影響樹脂的吸附能力以及動態吸附試驗中防止樹脂柱的堵塞，影響流速，故在陰離子交換樹脂降酸試驗中使用經過抽濾處理的澄清蘋果酒。

1.2.3 弱堿性陰離子交換樹脂降酸試驗 （1）不同樹脂吸酸效果比較。準確量取經過預處理的4種樹脂1 mL于250 mL三角瓶內，加入50 mL蘋果酒液，置于26 ℃恒溫搖床中，控制轉速為160 r·min-1。當樹脂吸附可滴定酸量達到飽和狀態時，測定吸附前后蘋果酒的可滴定酸含量， 并計算表觀吸附量，比較4種樹脂的吸附效果。離子交換樹脂表觀吸附量按式（1）計算。

q=V（1）

式中，q為表觀吸附量，mg·mL-1濕樹脂；C0，C為交換吸附前、后蘋果酒中可滴定酸的含量，mg·mL-1（以酒石酸計）；V為蘋果酒體積，mL；L為樹脂交換體積，mL。

（2） 陰離子交換樹脂的靜態吸附動力學試驗。在三角瓶中準確加入4 mL陰離子交換樹脂后加入80 mL蘋果酒液，置于26 ℃的恒溫搖床中，控制轉速為160 r·min-1，振蕩。每隔5 min取樣，測可滴定酸的含量，計算陰離子交換樹脂的吸附率，以時間為橫坐標，樹脂吸附率和酒液酸度為縱坐標，繪制靜態吸附動力學曲線圖。

（3） 陰離子交換樹脂的動態吸附動力學試驗。在實際生產過程中流速應適中，流速過快會使樹脂的漏點交換量和工作交換量下降，流速過慢會影響實際生產的工作效率。漏點即漏出率為100%的時刻，此時樹脂吸附量趨于飽和，處理量變小，樹脂的吸附性能下降，工作周期縮短。由于在工業生產中，最終蘋果酒的酸度為總處理量的混合酸度，且由感官評定所得，蘋果酒酸度在5 g·L-1時的口感最佳，因此為了確定離子交換樹脂的最適工作流速，以使離子交換樹脂在得到最佳口感蘋果酒的基礎上達到其最佳處理量，將陰離子交換樹脂裝入離子交換柱中（柱型：Φ15 mm×50 mm，樹脂量5 mL），控制一定體積的酒液的流速，使蘋果酒分別以不同流速通過交換柱，并收集其各自的流出液[4]。將前面10 mL酒液棄去，然后每25 mL收集1管，測其中可滴定酸的含量及混合流出液滴定酸的含量。從而得到可滴定酸的漏出率（%），然后以漏出率為縱坐標，流出液體積（mL）為橫坐標作曲線圖繪制動態吸附動力學曲線圖，漏出率按式（2）計算[5]。

LR=C1/C2×100% （2）

式中，LR為漏出率，%；C1為對應某一時間流出體積的可滴定酸的含量，mg·mL-1；C2為蘋果原酒中可滴定酸的含量，mg·mL-1。

1.2.4 測試指標與方法 色值：使用分光光度計測定法，波長為520 nm[6]；糖度：使用阿貝折光儀測定；酸度：采用滴定法（測可滴定酸含量，以酒石酸計）；pH值：使用pH計測定；酒精度：用酒精計法測定[7]。

2 結果與分析

2.1 不同樹脂對蘋果酒酸度吸附效果比較

樹脂的表觀吸附量是指每毫升濕樹脂能吸附樣液中酸的數量，表觀吸附量的大小表明樹脂能夠吸附酸的能力。由圖1可知，除LX-300型樹脂的表觀吸附量較低外， D314、D914、335型樹脂表觀吸附率均比較高，因此離子交換樹脂降酸法適用于蘋果干酒降酸。

2.2 離子交換樹脂對酒液理化指標的影響

由表1可知，不同型號的陰離子樹脂對蘋果酒中的總酸、總糖及顏色的吸附作用不同，經樹脂處理后，蘋果酒中總酸、總糖含量下降，pH值升高，吸光度也有所下降。吸光度的降低，表明蘋果酒顏色變淡，樹脂在降酸過程中吸附了一部分色素類物質，對蘋果酒品質有一定影響。由表1可以看出，除用LX-300型樹脂處理后的酸度變化不明顯外，經過其他3種樹脂處理后的蘋果酒液的理化數據有一定的差異。經過D314型樹脂處理后的蘋果酒液酸度降低最多，經過D914及335型樹脂處理后的酒液酸度有適度的變化，同時pH值、糖度及吸光度的變化不是很大，對蘋果酒的理化指標沒有較大的影響，降酸效果較理想。故本試驗采用D314、D914及335作為蘋果干酒降酸用樹脂。

2.3 陰離子交換樹脂的靜態吸附動力學曲線

由圖2、3可看出，在前30 min，樹脂的吸附量隨著時間的延長，迅速增加，隨后吸附量的增加逐漸減少。D914 型陰離子交換樹脂在40 min 時已基本達到了吸附平衡，最終酸度穩定在2.5 g·L-1左右。335 型陰離子交換樹脂在50 min時已基本達到了吸附平衡，最終酸度穩定在2.8 g·L-1左右。而 D314的降酸速率高于前兩者，D314 型陰離子交換樹脂在60 min 時才基本達到了吸附平衡，最終酸度穩定在1.5 g·L-1左右，效果較前兩者更甚。

2.4 陰離子交換樹脂的動態吸附動力學曲線

2.4.1 335型樹脂動態動力學曲線 由圖4可知，酒樣的流速對335型樹脂的漏出率影響不大。物料流速為5 mL·min-1時樹脂在375 mL處理量時出現漏點，物料流速為10 mL·min-1時樹脂在475 mL處理量時出現漏點。但當漏出率>90%，處理后的酒液酸度沒有明顯變化，因此實際處理量兩者沒有明顯差異。

由圖5可看出，兩種流速下，流出混合液達到滴定酸5.0 g·L-1時樹脂處理量有較小差異，分別為175 mL和170 mL。從工業效率角度考慮，應選擇10 mL·min-1的流速應用于工業生產。

2.4.2 D914型樹脂動態動力學曲線 由圖6可知，在樹脂達到飽和之前，流速為10 mL·min-1時樹脂的漏出率均高于5 mL·min-1時的漏出率。物料流速5 mL·min-1時樹脂的處理量為300 mL，物料流速為10 mL·min-1時樹脂的處理量為375 mL，10 mL·min-1流速下樹脂的處理量較大。

由圖7可知，流出混合液達到最適滴定酸度時，5 mL·min-1流速的處理量為175 mL，10 mL·min-1流速的處理量為125 mL。5 mL·min-1流速下的處理量遠大于10 mL·min-1流速下的處理量。處理量大，提高了樹脂的利用率，節省能源，且5 mL·min-1為工業生產中可接受流速范圍，因此，當選用D914型樹脂進行蘋果酒降酸時，適宜流速為5 mL·min-1。

2.4.3 D314型樹脂動態動力學曲線 由圖8可知，在樹脂吸附前期，流速為10 mL·min-1時樹脂的漏出率均高于5 mL·min-1時的漏出率，后期兩者趨于一致。10 mL·min-1流速下樹脂的處理量較大。

由圖9可知，流出混合液達到最適滴定酸度時，5 mL·min-1流速下的處理量大約為230 mL，10 mL·min-1流速下的處理量約為175 mL，因此，當選用D314型樹脂進行蘋果酒降酸時，適宜流速為5 mL·min-1。

綜上所述，314型樹脂在流出混合液達到最適滴定酸度時的處理量是3種樹脂的最大值，適用于工業生產。通過后期的感官評定，經314型樹脂處理后的酒液口感柔和，由樹脂帶入的苦澀味輕微，更適合用于蘋果酒降酸。

3 結 論

（1）D314型樹脂的表觀吸附率最大，為82.6%，而D914及335型樹脂的吸附率相近，分別為68.7%及65.2%。

（2）D314、D914和335三種樹脂能夠有效降低蘋果酒的酸度，同時對果酒理化指標影響較小，適宜應用于蘋果酒的降酸。

（3）335型樹脂選擇10 mL·min-1的流速應用于工業生產，流出混合液達到滴定酸度為5.0 g·mL-1時樹脂處理量為175 mL；D914型樹脂的適宜流速為5 mL·min-1，流出混合液的處理量為175 mL；D314型樹脂的適宜流速為5 min·mL-1，處理量為三者中最大值，為230 mL。綜合感官評定，D314更適宜應用于蘋果酒降酸。

（4）離子交換樹脂法適用于果酒降酸，并且效果理想。弱堿性陰離子交換樹脂對蘋果酒的可滴定酸有一定的吸附作用，同時對糖和部分色素類物質也有一定的吸附。弱堿性陰離子交換樹脂能夠有效地降低蘋果酒中可滴定酸的含量，適用于蘋果酒的降酸處理，其中D314型樹脂的綜合條件較高，適用于蘋果酒實際生產。

參考文獻：

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