活性炭處理大曲酒副產物黃水的研究

梁艷玲，蘇芬芬，伍彥華，林一雄

（1.廣西輕工業科學技術研究院，廣西南寧530031；2.廣西大學，廣西南寧530003）

活性炭處理大曲酒副產物黃水的研究

梁艷玲1，蘇芬芬2，伍彥華1，林一雄1

（1.廣西輕工業科學技術研究院，廣西南寧530031；2.廣西大學，廣西南寧530003）

黃水是固態法釀造白酒時存在于泥窖中的棕黃色黏稠液體。通過活性炭的吸附作用，不僅能有效的降低黃水的色度和化學需氧量（COD），而且在一定程度上能吸附不良氣味。利用正交實驗分析方法，得到活性炭最佳處理條件：3.5%（w/v）糖用活性炭在40℃下對黃水吸附20m in，最終黃水的脫色率可達67.47%（±0.24%），為后續有效成分的提取奠定了基礎。

大曲酒；黃水；活性炭；正交實驗；脫色率

黃水是固態法釀造白酒時存在于泥窖中的棕黃色黏稠液體，為白酒生產過程中產生的副產物[1]。一般情況下，年產量上萬噸的白酒廠家，日產黃水量為10 t左右。黃水含有2.3%～4.8%的殘余淀粉，2.3%～4.5%的還原糖，3.6%～5.1%的酒精，28～36 g/L的總酸（尤其是乳酸、丁酸、己酸、乙酸等羧酸含量較高），白酒香味的前體物質，腐植質和酵母菌體的自溶物，厭氧微生物以及活細胞等，pH值范圍在2.5～4.2[2]。

黃水中雜質繁多且顏色很深，伴有不良氣味，每升黃水所含COD高達十幾萬毫克[1]。因此，黃水有效成分提取的過程中，脫色除臭處理這一步驟是很必要的，不僅能有效降低黃水的色度和COD，而且在一定程度上能夠減少不良氣味，有利于后續的提取。對于有機廢水的脫色除臭處理，活性炭是最為常用的脫色劑，不同種類的活性炭孔隙結構及表面化學結構存在著較大的差異，活性炭的吸附效能也有著較大區別。本研究通過對活性炭處理黃水的各項條件進行探討，初步得到了較為理想的處理結果。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

活性炭：種類有常規活性炭、糖用活性炭、有機酸專用活性炭3種，均為粉末狀，購于南寧市旗科儀器儀表有限公司。

黃水樣品來自廣西某濃香型白酒生產企業。

試劑：甲醇，色譜純；乳酸、磷酸二氫銨、磷酸、氫氧化鈉、鹽酸、硫酸、氯化鈉，均為分析純。

主要儀器：離心機，安科生物工程（集團）股份有限公司；數顯恒溫水浴鍋，上海精密科學儀器有限公司；循環水式真空泵，鞏義市英峪予華儀器有限公司；紫外可見分光光度計，上海尤尼柯有限公司；高效液相色譜儀，沃特世科技(上海)有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 黃水預處理

將黃水樣品在4500 r/m in條件下離心10m in，去掉沉淀，收集上清液備用。

1.2.2 黃水最佳吸收波長的確定

取黃水上清液稀釋10倍，在340～560 nm波長范圍內以10 nm為梯度進行檢測，記錄相應的吸光度A，確定最大吸收峰波長；同時，在不同波長下對梯度稀釋的黃水進行檢測及線性回歸分析。

1.2.3 活性炭選擇

按照2.0%（w/v）的用量分別稱取常規活性炭、糖用活性炭、有機酸用活性炭。黃水先置于數顯恒溫攪拌器預熱，溫度為50℃，吸附30m in后過濾，收集濾液，檢測原液和濾液吸光度A，并計算脫色率，選擇最佳活性炭。

1.2.4 預實驗

分別在活性炭用量為0.5%～5.0%（w/v，每隔0.5%）、吸附時間為10～60m in（每隔10m in）、吸附溫度為20～90℃（每隔10℃）等條件進行預實驗，為正交實驗確定因素水平。

1.2.5 正交實驗方法

根據預實驗的結果，選擇對黃水脫色效果影響較大的因素，每個因素設立3個水平，以脫色率為參考指標，進行正交實驗，確定活性炭最佳處理條件。根據正交實驗結果分析，驗證最佳實驗方案。

2 結果與討論

2.1 最大吸收峰波長的確定

檢測了黃水在波長為340～560 nm下的吸光度A，結果表明在350 nm檢測時吸光度最高（見圖1），同時對不同濃度的黃水進行了線性回歸分析，350 nm下回歸方程為y=-0.029x+1.893，R2=0.990，趨勢線擬合程度較高（圖2），而其他波長下的R2值均小于0.990，故確定350 nm為黃水的最佳檢測波長。

圖1 不同波長下黃水的吸光度

2.2 最適活性炭的選擇

本實驗選擇了3種不同的活性炭：有機酸用活性炭、常規活性炭以及糖用活性炭。實驗結果顯示，糖用活性炭脫色效果較好，脫色率為52.2%，明顯高于有機酸用活性炭和常規活性炭的脫色率（圖3A）；通過觀察不同類型活性炭處理后黃水的顏色，也可直觀的發現糖用活性炭的處理效果最為理想，顏色最為澄清透明，說明大部分的色素已被活性炭吸附（圖3B）；通過氣味的判斷，糖用活性炭處理后的黃水中的不良氣味也有明顯減少，因此，選擇糖用活性炭對黃水進行脫色除臭處理。

圖2 不同濃度黃水在350 nm下的吸光度

圖3 不同類型活性炭對黃水的脫色效果

2.3 正交實驗

2.3.1 因素水平的確定

根據單因素實驗的結果，對糖用活性炭吸附作用影響較大的有活性炭用量、吸附時間及吸附溫度，選取這3個條件作為考察因素，每個因素設立3個水平，按照L9（33）方案設計正交實驗，見表1。

2.3.2 正交實驗結果與分析

以脫色率為指標，按照正交實驗方案分組對經過離心去除沉淀后的黃水進行處理，結果見表2，方差分析見表3。

表1 正交實驗因素水平

表2 正交實驗結果

表3 方差分析

由表2的計算結果可知，極差值為RA＞RC＞RB，影響因素主次排序為A＞C＞B，即糖用活性炭的用量對于黃水脫色影響顯著，其次是吸附時間、吸附溫度。從表3方差分析來看，FB、Fc值遠小于臨界值，說明吸附溫度及吸附時間對于黃水脫色過程影響并不大，隨著吸附時間的延長及吸附溫度的升高，脫色率提高不明顯且有下降的趨勢，而FA則遠大于臨界值，說明活性炭的用量對于脫色過程的影響最為顯著。結合分析結果、降低能耗及節約生產成本等因素的考慮，確定糖用活性炭處理黃水的最佳條件組合為A3B2C2，即活性炭用量為3.5%（w/v）、吸附溫度為40℃、吸附時間為20m in。

2.3.3 驗證實驗

量取3份經過預處理的黃水上清液，按照最佳處理工藝進行實驗。活性炭吸附結束后進行過濾，收集濾液，在350 nm波長下檢測吸光度A，計算出處理后的黃水脫色率，為67.47%（±0.24%），比條件優化前提高了16%左右。

3 結論與展望

本實驗通過利用不同活性炭對黃水脫色效果的比較，結果表明糖用活性炭處理效果最佳，由此可見，不同種類活性炭在實際應用中是有所區分的，在使用時應加以鑒別以節約生產成本。通過正交實驗對活性炭吸附條件進行優化，得出結論：活性炭用量3.5%（w/v）、吸附溫度40℃、吸附時間20m in，通過實驗驗證，最終脫色率可達67.47%（±0.24%）。

黃水中所含成分極為復雜，通過離心作用可除去大部分不溶性的物質，然而黃水的色澤及不良氣味并不能降低；采用活性炭的吸附功能，得到了較為理想的脫色除臭效果。在活性炭吸附后的過濾過程中仍存在一些不足，如用常規濾紙過濾速度慢、時間長，采用抽濾的方法則會有少量的活性炭粉末進入濾液中，因而過濾過程仍需改進。本實驗為后續采用離子交換樹脂法對有機酸進行分離提取提供了較好的基礎，本課題將對其進一步探究及報道。

[1]楊瑞,周江.白酒生產副產物黃水及其開發利用現狀[J].釀酒科技,2008(3)：90-92.

[2]韓永勝,劉興平,敖宗華,等.濃香型白酒黃水質量評價及檢測進展[J].釀酒科技,2014(9)：92-95.

Treating Yellow Water with Active Carbon

LIANG Yanling1,SU Fenfen2,WU Yanhua1and LIN Yixiong1
(1.Guangxi Institute of Light Industry,Nanning,Guangxi530031;2.Guangxi University,Nanning,Guangxi 530003,China)

Yellow water,the brown and sticky muddy liquid,is the by-product in the production of Baijiu by solid-state fermentation.Treating yellow water with active carbon could not only effectively reduce the color and COD of yellow water,but also absorb the off-odor.The best conditions for active carbon treatment were summed up by orthogonal test as follows:20min absorption by 3.5%(w/v)active carbon at40℃. Asa result,the final decolorization rate of yellow water reached up to 67.47%(±0.24%).This study has laid the foundation for subsequent extraction of efficient components from yellow water.

Daqu Baijiu;yellow water;active carbon;orthogonal experiment;decolourization rate

TS262.3；TS261.4；TS261.9；X797

A

1001-9286(2017)01-0095-03

10.13746/j.njkj.2016308

廣西壯族自治區科學研究與技術開發計劃項目（桂科攻14124004-5-6）。

2016-10-19

梁艷玲（1989-），女，壯族，廣西南寧人，碩士研究生，助理工程師，主要從事食品發酵工程相關工作，E-mail：elian.12@163.com。

優先數字出版時間：2016-11-25；地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20161125.1412.009.html。