復合澄清劑澄清食醋工藝的研究

尹秀清，郎繁繁，王如福，侯紅萍*

（1.山西農業(yè)大學 食品科學與工程學院，山西 太谷030801；2.山西紫林醋業(yè)股份有限公司，山西 太原030400）

食醋作為一種酸性調味品，酸味柔和，口感醇厚，營養(yǎng)豐富，其不僅具有調味功能，還具有消除疲勞、預防感冒、消炎殺菌、促進食欲等作用，深受各地消費者的喜歡[1-2]。但是，在食醋的釀造過程中，會產生渾濁。這是因為原輔料中的淀粉、蛋白質、果膠、纖維素、木質素等物質，由于糖化發(fā)酵不徹底，而懸浮于食醋中導致食醋渾濁；蛋白質在一定條件下會發(fā)生冷渾濁，當溫度高于20 ℃時，β-球蛋白與醇溶蛋白與水結合形成氫鍵，呈現水溶性，當溫度低于20 ℃時，這兩種蛋白與多酚結合，使與水形成的氫鍵產生斷裂現象，從而析出形成沉淀，導致粗蛋白含量高；蛋白質、果膠、單寧等會與生產設備中的金屬離子發(fā)生反應，從而在食醋中生成不溶性的物質[3-4]。此外，食醋在儲存過程中會發(fā)生返渾現象，形成二次沉淀，嚴重影響食醋的品質[5]。因此，解決食醋的渾濁問題對食醋產業(yè)的發(fā)展至關重要。

目前，常用的澄清方法有澄清劑法、離心分離法、膜分離法、酶解法[6-7]。澄清劑法澄清速度快、成本低，適用于食醋的澄清。皂土是以蒙脫石為主的含水粘土礦，具有較強的吸附性和膨脹性，可以利用正負電荷吸引和范德華力使飲料、酒類等中的蛋白質、色素等懸浮微粒沉淀，通過沉降過濾達到澄清效果[8-10]。硅藻土是一種有序排練的多孔性物質，無毒無味，其表面積和孔體積較大，具有良好的吸附性，可以吸附帶正電荷的蛋白質等離子[11]。殼聚糖是天然的陽離子型絮凝劑，對蛋白質等具有良好的吸附性，同時還具有成膜性、通透性和吸濕性，添加在食醋中，可消除其二次沉淀[5，12]。

為了加快澄清速度，提高穩(wěn)定性，本研究采用皂土、硅藻土、殼聚糖3種澄清劑澄清食醋，并通過響應面法優(yōu)化復合澄清劑對食醋的澄清效果，確定最佳澄清條件，為食醋的澄清方法提供技術支持和理論依據，使食醋澄清，口感協調。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新醋：山西紫林醋廠（主要原料為高粱、麩皮）。

皂土、硅藻土（化學純）：北京索萊寶科技有限公司，使用時配制成1%溶液；殼聚糖（食品級，脫乙酰度≥90.00%）：上海源葉有限公司，使用時配制成1%溶液。

1.2 儀器與設備

ST3100/B型酸度計、CP114型分析天平：奧豪斯儀器（常州）有限公司；85-2型恒溫磁力攪拌器：上海司樂電器有限公司；WGZ-1型濁度計：上海昕瑞儀器儀表有限公司；5804R型離心機：德國Eppendorf公司；HHS型電熱恒溫水浴鍋：上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠。

1.3 方法

1.3.1 單一澄清劑對食醋澄清的影響

準確量取食醋100 mL于三角瓶中，分別加入不同的澄清劑，使澄清劑的質量濃度分別為0.15 g/L、0.35 g/L、0.55 g/L、0.75 g/L、0.95 g/L、1.15 g/L、1.35 g/L，混勻，靜置48 h后4 500 r/min離心15 min，同時做3組平行，取上清液測定濁度。

1.3.2 復合澄清劑對食醋澄清的影響

準確量取食醋100 mL于三角瓶中，將不同澄清劑以最佳添加量互相混合，加入食醋中，混勻，靜置48 h，4 500 r/min離心15 min，同時做3組平行，取上清液測定濁度，確定最佳復合澄清劑添加量并對其進行復合澄清試驗。

1.3.3 復合澄清劑澄清條件優(yōu)化單因素試驗

復合澄清劑配比：準確量取食醋20 mL，兩種澄清劑按質量比為1∶5、1∶4、1∶3、1∶2、1∶1、2∶1、3∶1加入，混勻，45 ℃條件下處理40 min，靜置48 h，4 500 r/min離心15 min，同時做3組平行，取上清液測定其濁度，研究不同澄清劑的配比對食醋澄清度的影響。

處理溫度：準確量取食醋20 mL，按復合澄清劑的最佳配比加入，混勻，分別在30 ℃、35 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃條件下處理40 min，靜置48 h，4 500 r/min離心15 min，同時做3組平行，取上清液測定其濁度，研究不同處理溫度對食醋澄清度的影響。

處理時間：準確量取食醋20 mL，按復合澄清劑的最佳配比加入，混勻，置于45 ℃條件下分別處理10 min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min、70 min，靜置48 h，4 500 r/min離心15 min，同時做3組平行，取上清液測定其濁度，研究不同處理時間對食醋澄清度的影響。

1.3.4 復合澄清劑澄清條件的優(yōu)化

在單因素試驗的基礎上，利用Box-Behnken中心組合試驗原理和3因素3水平的響應面分析法設計方案，以復合澄清劑配比（A）、處理溫度（B）、處理時間（C）為自變量，食醋的濁度（Y）為響應值，通過Design Expert8.06 軟件確定復合澄清劑的最佳澄清條件并做驗證試驗。響應面試驗因素與水平設計見表1。

表1 復合澄清劑澄清條件優(yōu)化響應面試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface methodology for clarification conditions optimization of compound clarifying agent

1.3.5 測定方法

感官評價、澄清度、總酸、總酯、不揮發(fā)酸、氨基酸態(tài)氮、還原糖、可溶性固形物：按照參考文獻[13-18]的方法進行測定。

2 結果與分析

2.1 不同澄清劑對食醋澄清的影響

由表2可知，隨著不同澄清劑添加量的增加，食醋濁度呈現先降低后增加的趨勢。當皂土添加量為0.75 g/L時，食醋濁度達到最小值55.30 NTU，比原醋降低了57.59%，澄清效果最好（P＜0.05）；當硅藻土添加量為0.55 g/L時，食醋濁度達到最小值58.60 NTU，比原醋降低了55.06%，澄清效果最佳（P＜0.05）；當殼聚糖添加量為0.35 g/L時，食醋濁度達到最小值36.85 NTU，比原醋降低了71.74%，澄清效果最佳（P＜0.05）。

表2 不同添加量的單一澄清劑對食醋澄清效果的影響Table 2 Effect of different single clarifying agent addition on vinegar clarification

2.2 復合澄清劑對食醋澄清的影響

表3 復合澄清劑對食醋澄清效果的影響Table 3 Effect of compound clarifying agent on vinegar clarification

由表3可知，硅藻土和皂土混合后，食醋濁度為68.63NTU，相比單一澄清劑，澄清效果并無提高，反而下降，可能是由于兩種澄清劑間沒有很好的互補利用，而是形成了穩(wěn)定的體系懸浮于食醋中，從而影響了食醋的澄清效果。除此之外，其余混合方式均使食醋的澄清度明顯提高，其中硅藻土和殼聚糖混合后對食醋的澄清效果最好，食醋濁度為23.37 NTU，比原醋降低了82.07%（P＜0.05）。因此，選取硅藻土和殼聚糖作為復合澄清劑。

2.3 復合澄清劑的單因素試驗

2.3.1 復合澄清劑配比對食醋澄清效果的影響

復合澄清劑（添加量0.90 g/L）配比對食醋澄清效果的影響如圖1所示。由圖1可知，隨著殼聚糖與硅藻土配比的增加，食醋的濁度呈先降低后升高的趨勢，這是由于不同澄清劑的機理不同，澄清劑復合使用時，適宜的澄清劑配比能使澄清劑之間得到合理的互補利用，但澄清劑配比過大，則影響了澄清劑對食醋中帶不同電荷渾濁物的相互作用，從而使食醋的濁度又增加[11，19]。當配比為1∶1（g∶g）時，食醋濁度達到最小值6.85 NTU，澄清度明顯提高（P＜0.05）。因此，選擇殼聚糖∶硅藻土為1.0∶2、1.0∶1、1.5∶1（g∶g）進行后續(xù)試驗。

圖1 復合澄清劑配比對食醋澄清效果的影響Fig. 1 Effect of mass ratio of compound clarifying agent on vinegar clarification

2.3.2 處理溫度對食醋澄清效果的影響

處理溫度對食醋澄清效果的影響如圖2所示。由圖2可知，隨著處理溫度的升高，食醋濁度呈先降低后升高的趨勢，這是因為適宜的處理溫度能使硅藻土充分吸水膨脹，使之與殼聚糖之間更好的相互作用，使渾濁物由小顆粒變成大顆粒而沉降，從而提高了食醋的澄清度。當處理溫度為35 ℃時，食醋濁度達到最小值4.55 NTU，澄清效果最好（P＞0.05）。因此，選擇處理溫度為30 ℃、35 ℃、40 ℃進行后續(xù)試驗。

圖2 復合澄清劑處理溫度對食醋澄清效果的影響Fig. 2 Effect of treatment temperature of compound clarifying agent on vinegar clarification

2.3.3 處理時間對食醋澄清效果的影響

處理時間對食醋澄清效果的影響如圖3所示。由圖3可知，隨著處理時間的延長，食醋的濁度呈先降低后升高的趨勢，這可能是因為在水浴過程中，適當的處理時間可以使食醋中的顆粒物質更快的沉淀，提高食醋的澄清度，相反，若處理時間過長，則會使澄清劑自身形成穩(wěn)定的膠體懸浮于食醋中，從而影響了食醋的澄清度。當處理時間為20 min時，食醋濁度達到最小值2.10 NTU，澄清效果最佳（P＜0.05）。因此，選擇處理時間為10 min、20 min、30 min進行后續(xù)試驗。

圖3 復合澄清劑處理時間對食醋澄清效果的影響Fig. 3 Effect of treatment time of compound clarifying agent on vinegar clarification

2.4 響應面優(yōu)化復合澄清劑條件

本試驗選擇響應面法優(yōu)化復合澄清劑對食醋的澄清效果，利用多元二次回歸方程來擬合多因素試驗中因素與響應面之間、因素與因素之間的相互關系，通過回歸方程的分析來尋求最佳工藝參數，適宜于解決非線性數據處理的相關問題[20-21]。

在單因素試驗結果的基礎上，以殼聚糖與硅藻土質量比（A）、處理溫度（B）及處理時間（C）為影響因素，食醋的濁度（Y）為響應值，利用Box-Behnken響應面分析法設計方案。試驗設計及結果如表4所示。

表4 復合澄清劑澄清條件優(yōu)化響應面試驗設計及結果Table 4 Design and results of response surface methodology for clarification conditions optimization of compound clarifying agent

利用Design Expert 8.06 軟件對表4的結果進行分析，得到濁度數學模型的二次多項回歸方程：

該方程可用于分析各因素對響應面的影響。項的系數為正時，表示該項對響應面有正面影響，反之，表示該項對響應面有負面影響[22]。

為了檢驗該方程的可行性，對食醋濁度的模擬方程進行方差分析，結果見表5。

由表5可知，模型達到了極顯著水平（P＜0.01），表明模型的構建較成功。失擬項不顯著（P＞0.05），表明回歸方程的擬合效果較好，可以對復合澄清劑優(yōu)化澄清食醋的條件進行分析和預測。復合澄清劑配比（A）、處理溫度（B）、處理時間（C）均達到極顯著水平（P＜0.01），結合F值，3個因素對食醋澄清度的影響程度大小為A＞B＞C。二次項A2、B2、C2對食醋澄清度的影響極顯著（P＜0.01）；交互項AB對食醋澄清度的影響極顯著（P＜0.01）；BC對食醋澄清度的影響顯著（P＜0.05）；AC對食醋澄清度的影響不顯著（P＞0.05）。決定系數R2=0.995 6，R2Adj=0.989 9，表明此模型的預測值與試驗值擬合度較好。因此，該模型可以很好的分析預測食醋濁度隨復合澄清劑配比、處理溫度、處理時間之間的變化規(guī)律。

表5 響應面二次回歸方程方差分析Table 5 Variance analysis of response surface quadratic regression equation

響應面圖是響應值與各因子構成的三維空間曲面圖，響應面分析的等值線可以直觀反映各因素對響應值的影響及各參數之間的相互作用[19]。等高線圖是曲面上相同的因素值在底面上形成的曲線，等高線越趨近于正圓，說明兩者的交互作用越不顯著，等高線越趨近于橢圓，說明兩者的交互作用越顯著[23]。根據回歸方程利用Design-Expert 8.06 軟件作出響應面的曲面圖及等高線圖，并對其進行分析。響應面圖如圖4所示。

由圖4可知，當處理時間一定時，隨著復合澄清劑配比的增大和處理溫度的升高，食醋濁度先降低后升高；等高線圖為橢圓形，說明復合澄清劑配比與處理溫度的交互作用顯著（P＜0.05）。當處理溫度一定時，隨著復合澄清劑配比的增大和處理時間的延長，食醋濁度呈先下降后上升的趨勢；等高線圖接近正圓形，說明復合澄清劑配比與處理時間的交互作用不顯著（P＞0.05）。當復合澄清劑配比一定時，隨著處理溫度的升高和處理時間的延長，食醋濁度先下降后升高；等高線圖為橢圓形，說明處理溫度的升高和處理時間的交互作用顯著（P＜0.05）。結果均與方差分析中的顯著性一致，證明該模型可信度高。

圖4 復合澄清劑質量比、處理溫度、處理時間交互作用對食醋濁度影響的響應面和等高線圖Fig. 4 Response surface plots and contour line of effects of interaction between compound clarifying agent mass ratio, treatment temperature and time on vinegar turbidity

2.4.3 食醋最佳澄清效果的條件驗證試驗

利用Design-Expert 8.06 軟件分析響應面圖，得出復合澄清劑的最優(yōu)澄清條件：復合澄清劑配比1.21∶1、處理溫度31.73 ℃、處理時間21.76 min，在此條件下食醋濁度的預測值為1.41 NTU。為方便實際操作并檢驗其合理性，修改殼聚糖與硅藻土配比1.0∶1（g∶g）、處理溫度31 ℃、處理時間20 min為最佳澄清條件進行驗證試驗，在此條件下得到食醋濁度為1.45 NTU，基本接近預測值，證明利用該模型優(yōu)化復合澄清劑澄清食醋的條件是可行的。

2.5 食醋澄清效果及品質的評價

不同澄清劑對食醋的澄清效果達到最佳時，對食醋的理化指標進行測定，食醋的理化指標變化見表6。復合澄清劑澄清前后對食醋的感官評價見表7。

由表6可知，幾種澄清劑對食醋的澄清效果均有顯著影響（P＜0.05）。澄清前后食醋的各項指標均無明顯變化（P＞0.05）。復合澄清劑對食醋的澄清效果優(yōu)于單一澄清劑，食醋濁度為1.45 NTU，比原醋降低了98.89%，澄清效果達到預期。

表6 澄清方式對食醋理化指標的影響Table 6 Effects of clarification methods on physical and chemical indexes of vinegar

表7 食醋感官評價結果Table 7 Results of sensory evaluation of vinegar

由表7可知，復合澄清后的食醋外觀呈紅棕色，色澤清亮，體態(tài)均一，澄清，香氣濃郁，酸味柔和。

3 結論

復合澄清劑對食醋的澄清效果優(yōu)于單一澄清劑，其澄清速度快，透明度高。其中殼聚糖與硅藻土作為復合澄清劑的澄清效果最好，最佳澄清條件為殼聚糖與硅藻土質量比1.0∶1，處理溫度31 ℃，處理時間20 min。在此條件下，食醋濁度的實際值為1.45 NTU，比原醋降低了98.89%，與預測值1.41 NTU基本一致。經復合澄清劑處理后的食醋呈紅棕色，色澤清亮，無沉淀，酸味柔和，口感協調，且理化指標變化甚微。