動態光散射法研究降度白酒的粒徑及其分布

黃張君，曾運航，宋 川，沈才洪，石 碧，*

（1.四川大學 輕紡與食品學院，四川 成都 610065；2.四川大學 制革清潔技術國家工程實驗室，四川 成都 610065；3.國家固態釀造工程技術研究中心，四川 瀘州 646000；4.瀘州老窖股份有限公司，四川 瀘州 646000）

中國白酒是以糧谷為主要原料，以大曲、小曲或麩曲等為糖化發酵劑，經蒸煮、糖化、發酵、蒸餾等過程而制成的蒸餾酒，白酒中乙醇和水約占98%，決定白酒品質和風格特征的各種微量成分約占2%[1]。通常情況濃香型白酒的入庫原酒酒精度≥63%vol，清香型白酒的原酒入庫酒精度≥60%vol，醬香型白酒的入庫原酒酒精度≥54%vol[2]。目前市場銷售的白酒產品的酒精度一般為50%vol～65%vol，以52%vol～55%vol為主。但近年來隨著人們消費習慣的改變，低度白酒（酒精度＜45%vol）的市場占有率日益增加，其新產品的研發成為了白酒企業關注的重點。

蒸餾出來的白酒原酒是澄清透明的，但在加漿降度生產低度白酒的過程中，原酒中的部分微量成分會因溶解度降低而析出，引起酒體渾濁，甚至出現白色的絮狀沉淀。為了解決降度產生的酒體失光、渾濁等問題，企業一般通過采用后處理工藝包括冷凍過濾[3]、膜過濾[4-5]、吸附過濾[6]以及這些過濾方法的聯用[7-8]等方式來保證低度白酒的品質。選取合適的后處理方式，在去除引起酒體渾濁物質的同時，盡量保留白酒中的有益微量成分，是生產高品質低度白酒的關鍵。然而目前主要是通過感官檢驗或者濁度計分析來評價白酒降度后的渾濁程度，這就無法反映酒體中析出物的粒徑大小，更難以準確指導后處理工藝的合理設計，如冷凍溫度和時間、膜孔徑、吸附材料等參數的精準選擇。因此為了制定更合理的后處理方案，獲得高品質的低度白酒，對降度白酒析出物的粒徑及其分布進行精準測量具有重要的意義。

動態光散射技術是研究亞微米和納米顆粒粒徑及其分布的重要手段。該技術可以通過測量樣品散射光強度的變化得出樣品的粒徑信息，且操作簡單、分析快速，能夠實現樣品動態變化的實時檢測[9-12]。目前，該技術已廣泛應用于測定溶液體系中蛋白質[13-14]、淀粉[15]、金屬納米離子[16]、高分子聚合物[17]等的粒徑及其分布。本研究利用高靈敏度Zeta電位及粒度分析儀測定了白酒原酒在降度過程中的粒徑分布及其變化，并將檢測結果與原酒降度過程中的濁度變化進行了比較，同時通過氣相色譜法分析了原酒中主要揮發性微量成分的變化，闡釋了引起降度白酒粒徑變化的原因，以期為降度白酒后處理工藝的選擇和優化以及高品質低度白酒產品的開發提供指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

白酒原酒樣品1（酒精度為70.2%vol）、白酒原酒樣品2（酒精度為69.8%vol）：取自瀘州某著名濃香型白酒生產企業；超純水：SIM實驗室純水系統制備，用于加漿降度；粉末活性炭：重慶酒類專用炭廠。

1.2 儀器與設備

2100Q型HACH濁度計：美國哈希公司；90PlusPALS型高靈敏度Zeta電位及粒度分析儀：美國布魯克海文儀器公司；烏式黏度計：上海壘固儀器有限公司；WAY-2WAJ型阿貝折射儀：上海儀電物理光學儀器有限公司；Agilent 7890型氣相色譜儀：美國安捷倫公司；SIM實驗室純水系統：北京飛翔賽思科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 濁度檢測

用超純水將白酒原酒樣品1和樣品2的酒精度稀釋至65%vol、60%vol、55%vol、50%vol、45%vol、40%vol、35%vol、30%vol、25%vol、20%vol、15%vol、10%vol和5%vol，然后搖勻，以制備不同酒精度的降度白酒。用標準溶液對濁度儀進行校正后，將降度白酒加入試樣容器中進行測定，取3次平行測量結果的平均值作為降度白酒的濁度。

1.3.2 粒徑測定

采用粒度分析儀測定上述降度白酒的粒徑及其分布。實驗操作條件為：溫度25℃，散射光強測定角度90°，激光器波長640nm，輸入參與計算的降度白酒的折光率和黏度，然后進行測量，取3次平行測量結果的平均值作為降度白酒的有效粒徑。測定結果的評判：基線指數≥5時，實驗結果判為可信。

黏度的測定：用密度瓶準確測量降度白酒的密度ρ，然后移取10.0 mL降度白酒于烏氏黏度計中，25℃恒溫水浴恒溫10 min后，平行測定3次液體流動時間，取平均值t；最后按照如下公式計算黏度。

η=Kρt

式中：η表示待測液黏度，mPa·s；K為黏度計常數，mm2/s2；ρ表示待測液密度，g/cm3；t是液體流動時間，s。

折光率的測定：將2～3滴降度白酒均勻滴在阿貝折光儀的磨砂面棱鏡上，液層均勻無氣泡；調節消色調節器，使明暗界線清晰，不出現彩色光帶；調節讀數手輪，使分界線對準十字交叉線中心；記錄讀數與溫度，平行測定3次取平均值作為降度白酒的折光率。

1.3.3 主要揮發性微量成分的含量測定

用氣相色譜法測定白酒原酒和經后處理的降度白酒的揮發性微量成分含量。降度白酒的后處理方法是將酒精度25%vol和40%vol的降度白酒用1.5‰的粉末活性炭（以降度白酒的質量為基準）吸附沉降24 h，再用孔徑0.22 μm的醋酸纖維素濾膜過濾。色譜條件為樣品通過DB-WAX色譜柱（60 m×0.25 mm×0.25 μm）進行分離；氣相進樣口溫度230 ℃；進樣量1 μL，分流進樣，分流比為50∶1；色譜柱的初始溫度35℃，保持8 min，以2.5℃/min升溫至40℃，再以5℃/min升溫至100℃，然后以10℃/min升至200℃，再以20℃/min至220℃，保持10 min；載氣為氮氣（N2），流速為1.6mL/min；火焰離子化檢測器（flameionizationdetector，FID），溫度250℃。

2 結果與分析

2.1 降度白酒的濁度

圖1 降度對白酒濁度的影響Fig.1 Effect of lowing alcohol content on turbidity ofBaijiu

濁度廣泛用于評價酒類產品在加工處理過程中的渾濁程度和穩定性，通常濁度值越高，樣品越渾濁、越不穩定[6]。由圖1可知，降度白酒的酒精度為50%vol～70%vol時，濁度＜0.2 NTU；當酒精度降至45%vol以下時白酒的濁度增加；酒精度為25%vol時，樣品1和樣品2的濁度最高，分別為39.8 NTU和47.4 NTU；酒精度＜25%vol以后，濁度又逐漸下降；當酒精度為5%vol時，樣品1和樣品2的濁度分別降至3.21 NTU和3.33 NTU。白酒在加漿降度過程中產生上述濁度變化的主要原因是固態釀造白酒含有多種微量成分，這些微量成分的醇溶性不同，因此加漿降度時隨著乙醇濃度的下降，特別當酒精度＜50%vol時會有部分微量成分析出，使酒體濁度升高、呈現乳白色的渾濁狀態。但酒精度＜25%vol后酒體的濁度又逐漸下降了，這并不是因為析出的微量成分被重新溶解了，而是因為稀釋倍數的增加，使得析出物的濃度降低所導致的。

2.2 降度白酒的粒徑及其分布

降度白酒的酒精度＞50%vol時，樣品澄清透明，粒徑檢測的基線指數＜5，實驗結果不可信，因此表1中僅列出了酒精度≤45%vol的降度白酒的有效粒徑、基線指數、黏度和折光率。實際上，根據濁度指標可知，白酒降度至酒精度＜50%vol時，才會有部分微量成分析出使酒體渾濁，故此時用動態光散射法也才能檢測到酒體中析出的膠體顆粒的布朗運動，從而計算出降度白酒的有效粒徑。

表1 動態光散射法檢測降度白酒（酒精度≤45%vol）的有效粒徑、基線指數、黏度及折光率Table 1 Effective particle size,baseline index,viscosity and refractive index of alcohol content-reducedBaijiu(alcohol content≤45%vol)determined by dynamic light scattering

由表1可知，當降度白酒的酒精度≤45%vol時，其有效粒徑隨著酒精度的降低呈現出先增加后減小的趨勢，黏度和折光率緩慢下降。樣品1的酒精度為40%vol時，其有效粒徑達到最大890.16 nm，樣品2則在酒精度為35%vol時有效粒徑達到最大614.93 nm。從上述數據可以看出，樣品1和樣品2降度白酒出現最大濁度時的酒精度（25%vol）與其產生最大粒徑時的酒精度明顯不同。這是由于濁度儀和粒度分析儀（動態光散射法）的檢測原理不同，用它們分析樣品得到的濁度和粒徑并沒有可比性。這主要是因為隨著稀釋倍數的增加，樣品1中析出物的含量降低了，故與析出物含量密切相關的濁度明顯下降；而粒徑還與降度過程中樣品析出物的種類有關，所以變化不明顯。

圖2 降度白酒的粒徑分布Fig.2 Particle size distribution of alcohol content-reducedBaijiu

進一步分析酒精度為40%vol、30%vol、20%vol和10%vol的樣品的粒徑分布（見圖2），可以看出40%vol樣品1的粒徑主要集中在1 000～1 300 nm，有少量200～300 nm的顆粒，40%vol樣品2的粒徑則主要集中在800～1 000 nm，有少量300 nm左右的顆粒；30%vol、20%vol和10%vol樣品的粒徑分布更集中，分別在430～550 nm、235～260 nm和180～215 nm范圍內。由于降度至40%vol的白酒樣品有較多大顆粒物（800～1 300 nm）存在，直接用膜過濾法容易堵塞濾膜，因此可以先選擇適合類型的吸附劑吸附沉降或者進行冷凍處理使大顆粒物沉降后，再用濾膜過濾。根據30%vol、20%vol和10%vol白酒樣品中顆粒物的粒徑分布，可以推測分別選用孔徑0.45 μm、0.22 μm和0.1 μm的濾膜過濾上述白酒樣品更為適合。與濁度儀相比，用粒度分析儀能夠詳細地得到降度白酒析出物的顆粒粒徑大小及其分布狀態，為更精準的選擇降度白酒的后處理工藝參數提供指導。

2.3 降度白酒粒徑變化的原因分析

白酒除了乙醇和水組分外，還富含酯類、酸類、醇類、醛酮類、含硫含氮類化合物等多種微量成分[18-19]，乙醇、水與這些微量成分之間通過氫鍵相互作用形成了微觀締合結構[20]。水與乙醇的極性不同，降度過程中白酒微量成分的溶解度會隨著乙醇和水的濃度配比變化而改變。當原酒加漿降度至50%vol以下時，酒中的部分微量成分就會因溶解度降低而析出。選取濁度最大的降度白酒（酒精度25%vol）和有效粒徑較大的降度白酒（酒精度40%vol）作為研究對象，用粉末活性炭吸附和醋酸纖維素濾膜（孔徑0.22 μm）過濾后，檢測了其的揮發性微量成分含量，并將其與白酒原酒進行了比較，以闡釋降度白酒粒徑變化的原因。

表2 過濾前后降度白酒的主要揮發性微量成分Table 2 Main volatile micro constituents in alcohol content-reducedBaijiubefore and after filtration

由表2可知，樣品1和樣品2的25%vol和40%vol降度白酒經過濾處理后，其含有的微量成分2-戊酮、β-苯乙醇、乙酸丙酯、棕櫚酸乙酯、油酸乙酯和亞油酸乙酯被100%去除，其他酯類化合物經過過濾也有明顯的損失。降度過濾后大部分的酸類成分含量增加，這主要是因為一些酯類成分水解產生了酸，而25%vol降度白酒的酸類成分含量的比例比40%vol降度白酒增加得多是由于酒精度越低，酯類化合物越容易水解；醛類成分中乙醛的含量增加，是由于其縮合物乙縮醛在降度后發生水解造成的[21-22]。這些結果說明，白酒中的部分酯類、醇類、醛酮類成分在加漿降度后析出是降度白酒產生乳白色渾濁、粒徑改變的主要原因。25%vol樣品1的有效粒徑（317.31nm）＞25%vol樣品2（304.72 nm），40%vol樣品1的有效粒徑（890.16 nm）＞40%vol樣品2（598.43 nm），很可能是由樣品1的酯類化合物，特別是高級脂肪酸乙酯（棕櫚酸乙酯、油酸乙酯、亞油酸乙酯）的含量高于樣品2引起的。綜上所述，在溫度一定的情況下，析出的微量成分的種類和含量影響著降度白酒的粒徑分布。

3 結論

當白酒原酒加漿降度至酒精度＜50%vol時，其中的部分微量成分會因乙醇濃度的降低而析出，此時用動態光散射法可以檢測到酒體體系中膠體顆粒的布朗運動，得到降度白酒的粒徑及其分布。通過分析過濾前后降度白酒的主要揮發性微量成分可知，白酒中部分酯類、醇類、醛酮類成分，特別是高級脂肪酸乙酯的析出情況，是影響降度白酒的渾濁程度以及粒徑分布的主要因素。與濁度儀相比，粒徑分析儀對降度白酒粒徑及其分布的快速、準確測定，可以更好地為降度白酒后處理工藝的吸附劑類型選擇、工藝流程設計、設備參數確定等提供指導。