响应面 翻译

从葡萄酒泥中回收酒石酸并使用剩余固体作为乳酸菌的经济

营养供体

BEATRIZ RIVAS,ANA TORRADO,ANA BELEÄ N MOLDES, AND JOSEÄ

MANUEL DOMIÄ NGUEZ*

摘要：采用响应曲面法和STATISTICA 5.0软件，针对从酿造白葡萄酒和红葡萄酒形成的葡萄酒泥中蒸馏回收酒石酸（TA）的工艺进行优化。通过蒸馏白葡萄酒泥，按次序溶解出来的酒石酸以及进一步溶解的酒石酸钙，其量高达最初含量的92.4％。残余的葡萄酒泥就可以作为一种经济的营养素用于乳酸的生产，即：戊糖乳杆菌利用半纤维素的藤拍水解物CECT-4023作为碳源。经过蒸馏提取酒石酸后作为营养素的葡萄酒泥乳酸值为（18.4-18.9g／L），总体积生产率为（0.82-0.84g／L.h）,产品产量为（0.69-0.70g／g）；而类似的乳酸杆菌利用一般介质，其产量分别为18.6g／L，1.11g／L.h和0.62g／g,或者利用不经过蒸馏提取酒石酸的葡萄酒泥，其产量分别为(16.4-17.2g／L)，(0.96-1.12g／L.h)和

(0.61-0.66g／g)。该技术不仅有效地避免了污染物的处理问题，还代表着一种酒石酸的商业源以及经济营养素的生物技术工艺。

关键字：葡萄酒泥；酒石酸；乳酸；戊糖乳杆菌

1 介绍

酿酒过程涉及从葡萄变为葡萄酒期间的所有步骤[1]。在西班牙，它虽然作为季节性的活动，但仍是最重要的农业活动之一，占农业生产总值的10%。大量产生的废物（～18×106m3／年，这比法国或者意大利葡萄酒生产废水高出了6倍，其原因主要是它们的处理成本低）的特点是高含量的有机生物降解化合物和固体悬浮物，包括植物去梗后的遗骸，正变澄清的沼泽，挤压的蔗渣和不同阶段获得的葡萄酒泥。因此，将葡萄酒酿造产生的废物转化为有价值的产品是好的酿酒方式非常重要的一部分，它能够进一步减少废物处理问题，削减部分进口葡萄酒添加剂的成本，比如：酒石酸[2]。在一定程度的发酵之后，采用滗水过程将葡萄酒上清液和葡萄酒泥（含有死酵母，葡萄果渣，葡萄皮和籽）分离开。这些葡萄酒泥通常占5%（体积／体积），可通过蒸馏用于成产酒精，经过蒸馏后，形成的残余物为蒸馏酿造酒泥[3]。

在开始的时候，葡萄酒泥被认为能够作为动物的营养提供体，但是蒸馏后的葡萄酒泥经过离心得到的酵母具有极度贫穷的营养价值，因此它的这一作用[4]

并不成立。可能是由于高含量的多酚与蛋白质结合使得它们能够被同化，或者是由于处理后的残余物存在有毒元素，并在脂类酵母中积累。在以前的作品中[5]- [8]。我们提到，利用葡萄酒泥作为一种营养基质，为一些乳酸杆菌提供低廉的微生物必需营养源，实现了有趣的结果。直接使用的这些葡萄酒泥没有回收酒石酸。在乳酸菌中，乳酸杆菌属于最有趣的。由Mercier[9]等的提议，乳酸杆菌一般于复杂的基质中在实验室规模的条件下培养。这种培养基最主要的缺陷就是必须的营养物量以达到高的乳酸产量，同时这些营养素（包括酵母提取物和蛋白胨）也花费很高的价钱，它占了最终营养价值[10]的30%。因此，在发展工业过程中，这个难题阻碍了运用适当的研究为商业提供可行性建议。

蒸馏后的葡萄酒泥的营养价值除了作为乳酸杆菌的营养物质以外，还有是得到最重要的副产物之一，酒石酸。酒石酸特殊的特点是其相对的微生物稳定性。腐败菌和酵母菌几乎不代谢降解酒石酸。因此，一些产品，例如：糖果，糕点，饼干，饮料包括苏打水，在不太需要化学和热保护的情况下，也会变得越来越稳定。作为一种纯粹的自然酸，酒石酸代替了柠檬酸或磷酸广泛应用于食品和饮料

行业，同时也发现在制药工业[11]中有许多应用。此外，它还有许多其他的用途，从纺织业的着色到电镀以及制镜工业[2]，都有其应用。酒石酸[12]（20℃时0.53 g/L，60℃时1.16 g/L）和酒石酸氢钾（20℃时5.7 g/L，60℃时24 g/L）相比几乎不溶。虽然近来提出使用电渗析法[13]，溶剂萃取法[14]，活性炭吸附法[15]从葡萄酒泥中回收酒石酸，但是传统工艺涉及它的溶解性，和再加入钙盐形成酒石酸钙沉淀（CAT）[16] [17]。如果最终产物是用在软饮料中作为酸化剂或者是作为药品、化妆品等[13]，就必须特别注意酒石酸的纯化过程。

这些所有的工业废水都有可能回收数量可观的酒石酸盐。然而，有必要开发新技术来考虑去除酒石酸后所剩的严重污染物的处理方案，COD为5-20×104 mg / L时，酒石酸含量相当于酒石酸在100-400 g/L[12]。这项工作评估从经过了红、白葡萄酒酿造技术后得到蒸馏酿造葡萄酒泥中回收酒石酸，然后进一步利用残余的葡萄酒泥作为戊糖乳杆菌CECT-4023的单一营养素，来利用半纤维素的藤拍水解物作为碳源。

2 材料与方法

葡萄酒泥的采集与储备：蒸馏前的葡萄酒泥（可回收酒精，用于生产浓烈芳香口味白酒）由Vitivinı ´cola合作社（奥伦塞，西班牙）友情提供，贮存在4℃条件下。从白葡萄酒和红葡萄酒而来的蒸馏葡萄酒泥，分别在文中称为“蒸馏白葡萄酒泥”和“蒸馏红葡萄酒泥”。

修剪废物和酸水解：裁剪本本地收集的废物，干燥，研磨至颗粒尺寸小于1㎐，匀化到单一的特定程度以避免成分差异，储存备用。依照克斯[18]等人描述的方法，采用匀化的特定组分进行分析。修剪废物的成分组合如下：结果如下：提取物7.1％；纤维素34.1％；半纤维素19.0％（木聚糖12.8％，阿拉伯聚糖0.9％，乙酰基5.3％）；其他12.7％。向液/固比为8g/g的修剪废物中加入3% H2SO4 ,在130℃的高压釜中反应15分钟，得到水解物为：17.4 g/L的木糖，11.1 g/L的葡萄糖，4.3 g/L的阿拉伯糖，4.0 g/L的乙酸，0.7 g/L的糠醛，以及＜0.1 g/L的羟甲基糠醛。

实验设计和统计分析：从100mL葡萄酒泥中回收酒石酸的连续过程，如图1所示。第一步，加入HCl使酒石酸溶解，第二步加入钙盐形成酒石酸钙沉淀。这两步的研究都采用不完整的3 3因子设计方法[19]，实验数据利用STATISTICA 5.0软件进行响应曲面分析。在表1和表2两种设计都提供了无量纲和编码独立变量的信息。根据因变量和操作变量的相互关系，建立一个包括线性、互动的二次模型：

Ý是因变量，b表示的回归系数（根据实验数据使用最小二乘法多元回归计算），x表示自变量。

图1：技术测定的流程图