活性炭吸附提高濃縮蘋果清汁色值工藝研究

活性炭吸附提高濃縮蘋果清汁色值工藝研究

郝瑞峰， 霍江華， 盧小敏， 何 苗

(鹽城衛(wèi)生職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院，江蘇鹽城 224005)

摘要[目的] 探討不同型號活性炭對濃縮蘋果清汁色值的影響。[方法]運用不同型號活性炭處理濃縮蘋果清汁，篩選一種對提高果汁色值效果較好的活性炭，并考察了該型活性炭不同吸附量、不同吸附時間、不同吸附溫度對濃縮蘋果清汁色值的影響，確定其最佳吸附工藝參數(shù)。[結(jié)果]試驗表明，CA-50型活性碳吸附的果汁色值最高；用CA-50型活性碳吸附蘋果汁的最佳工藝參數(shù)為：添加量為0.07 g每100 ml果汁，吸附時間為90 min，吸附溫度為60 ℃。[結(jié)論]研究可為工業(yè)生產(chǎn)更好地應(yīng)用活性炭提供有效的參考。

關(guān)鍵詞蘋果濃縮清汁；活性炭；色值

中圖分類號S609.9

作者簡介郝瑞峰(1983- )，男，山西忻州人，碩士，從事食品加工及安全控制研究。

收稿日期2015-08-07

Study on Activated Carbon Adsorption in Improving the Color Value of Concentrated Apple Juice

HAO Rui-feng, HUO Jiang-hua, LU Xiao-min et al (Department of Medical Technology, Yancheng Health Vocational and Technical College, Yancheng, Jiangsu 224005)

Abstract[Objective] To discuss effects of different kinds of activated carbon on color value of concentrated apple juice. [Method] Different types of activated carbon were used to treat the concentrated apple juice, and a new type of activated carbon was selected to improve the color value of fruit juice. The effect of different adsorption capacity, adsorption time and adsorption temperature on the color value of apple juice was studied. The optimal adsorption technique parameters were determined. [Result] The results indicate that the color value of apple juice which was treated by the type of CA-50 activated carbon is the highest one. Using the type of CA-50 activated carbon to deal with apple juice, the optimal parameters are that the addition amount is 0.07 g per 100 ml juice; the adsorption time is 90 min; the adsorption temperature is 60 ℃. [Conclusion] The study can provide effective reference for the application of activated carbon in industrial production.

Key words Concentrated apple juice; Activated carbon; Color value

色值是評價濃縮蘋果清汁品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，能反映蘋果汁的風(fēng)味及保質(zhì)期等情況，是濃縮蘋果清汁品質(zhì)好壞的一個重要指標(biāo)[1]。色值過低，會導(dǎo)致濃縮蘋果清汁的風(fēng)味及品質(zhì)下降，因此控制濃縮蘋果清汁的色值一直是企業(yè)亟待解決的關(guān)鍵問題[2]。透光率也是衡量蘋果濃縮清汁產(chǎn)品質(zhì)量很重要的一項理化指標(biāo)[3]。

吸附是提高果汁色值最重要的一個步驟，果汁通過吸附將前面工藝過程中產(chǎn)生的褐變物質(zhì)以及部分參與褐變的果汁成分吸附起來，經(jīng)過超濾去除吸附劑和被吸附的物質(zhì)。根據(jù)果汁廠的實際生產(chǎn)經(jīng)驗，通過活性炭吸附工序后，果汁的色值會有很大的提高[4]。由于活性炭的吸附?jīng)]有選擇性，對果汁的營養(yǎng)成分影響較大，但綜合成本及使用技術(shù)的成熟性和方便性，目前還沒有找到能夠替代活性炭的方法，可以認(rèn)為在未來相當(dāng)長的一段時期內(nèi)，活性炭吸附依然會是果汁色值控制中的一道重要工序[5]，因此活性炭的選擇對濃縮蘋果汁生產(chǎn)來說就顯得非常重要。

國內(nèi)許多食品領(lǐng)域的學(xué)者對影響活性炭功效的因素進(jìn)行了研究，認(rèn)為活性炭添加量、吸附溫度、吸附時間等是主要的影響因素[6-8]。筆者通過研究不同型號活性炭對色值的影響，選擇出一種對提高果汁色值效果較好的活性炭，考察了該型活性炭不同吸附量、不同吸附時間、不同吸附溫度對濃縮蘋果清汁色值的影響，并確定了其最佳吸附工藝參數(shù)，以期為工業(yè)生產(chǎn)更好地應(yīng)用活性炭提供有效的參考。

1材料與方法

1.1試驗材料主要原料及試劑：市售陜西紅富士蘋果；無水乙醇，分析純；淀粉，分析純；果膠酶，諾唯信(Petinex Ultra clear)；淀粉酶，諾唯信(Attenuzyme)；活性炭：CA-50S、CA-50、CA-50B、CA-40、CA-PC-900，均為美國碳化公司；ZT110XN-1、ZT110XN-2，均為福建芝星活性炭有限公司。

主要儀器：HJB-25多功能食品加工機，順德市海電貿(mào)業(yè)有限公司；HH-S電熱恒溫水浴，鄭州長城科技工貿(mào)有限公司；2WAJ阿貝折光儀，上海光學(xué)儀器五廠；FA2004電子天平，上海精科天平；722 型可見分光光度計，上海精密科學(xué)儀器有限公司；SHB-ⅢS循環(huán)水式多用真空泵，鄭州長城科技工貿(mào)有限公司；RE-85C旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海青浦滬西儀器廠。

1.2方法

1.2.1果汁的制備。將蘋果在4 ℃冰柜中冷藏，試驗前取出在-18 ℃中冷凍40 min，取出去皮、切塊，在榨汁機中打漿40 s，制汁。立即將制得的處于低溫狀態(tài)的果汁裝入試管(2.0 cm×20.0 cm)中，在高于所需處理溫度5 ℃的水浴中，加熱至75 ℃計時，并保持30 s，立即放入冰水浴中冷卻至4 ℃左右[9]。

1.2.2不同種類活性炭對濃縮蘋果清汁色值和透光率的影響。將制得的蘋果汁充分混勻，分成7份，每份100 ml，分別添加諾唯信(Petinex Ultra clear)果膠酶30 μl/L和諾唯信(Attenuzyme)淀粉酶10 μl/L，在55 ℃下酶解120 min[6]，后煮沸中止酶解反應(yīng)，將0.05 g CA-50S、CA-50、CA-50B、CA-40、CA-PC-900、ZT110XN-1、ZT110XN-2活性炭分別加入冷卻后的果汁中，在55 ℃下吸附90 min，經(jīng)粗濾、抽濾(0.45 μm濾膜)，濃縮制得蘋果清汁，在糖度為11.5°Brix下，用1 cm比色皿，在440 nm測定色值，在625 nm波長下測定果汁的透光率[10]，試驗做5次重復(fù)。

1.2.3CA-50型活性炭工藝參數(shù)的確定。選取活性炭添加量0.03、0.05、0.07、0.09、0.12、0.15、0.20、0.25、0.30 g和吸附時間30、45、60、75、90、105、120 min及吸附溫度45、50、55、60 ℃分別做單因素試驗。在單因素試驗的基礎(chǔ)上，進(jìn)行正交試驗，以確定CA-50型活性炭的最佳工藝參數(shù)。

2結(jié)果與分析

2.1不同種類活性炭對濃縮蘋果清汁色值和透光率的影響制得的果汁分別用CA-50S、CA-50、CA-50B、CA-40、CA-PC-900、ZT110XN-1、ZT110XN-2活性炭吸附后測定色值，結(jié)果見圖1。同時還測定各型活性炭的透光率，結(jié)果見圖2。

由圖1可知，不同的活性炭對果汁的吸附效果差別很大，其中CA-PC-900型平均色值最低，吸附效果最差；CA-50型活性炭平均色值最高，效果最好，比次高的ZT110XN-2高了7.5個百分點左右，比最低的CA-PC-900高了26個百分點左右。在透光率上，由圖2知除CA-40、CA-PC-900、ZT110XN-1透光率低于95%達(dá)不到要求外，其余都能達(dá)到要求。

由圖1可以看出，CA-50S和ZT110XN-2平均色值最接近；CA-50B、CA-40和ZT110XN-1平均色值最接近，為了進(jìn)一步了解各型活性炭吸附效果的差異性，對7種活性炭進(jìn)行單因素試驗統(tǒng)計分析，結(jié)果得出：F因子=93.82。

圖1　不同活性炭對果汁色值的影響

圖2　不同活性炭對果汁透光率的影響

由F值可知，CA-50S、CA-50、CA-50B、CA-40、CA-PC-900、ZT110XN-1、ZT110XN-2 7種活性炭之間在0.95的水平上有顯著性差異。通過多重比較可知，第1類含CA-50，是吸附效果最好的一型活性炭；第2類含CA-50S 和ZT110XN-2，其吸附效果之間差異性不顯著，這2種類型活性炭吸附效果僅次于CA-50；第3類含CA-50B、CA-40、ZT110XN-1，這3種活性炭之間的差異性不顯著，即認(rèn)為它們在吸附提高果汁色值方面效果無差異；第4類含CA-PC-900，其是吸附能力最差的一型活性炭。因此，選擇CA-50型活性炭。

2.2CA-50型活性炭工藝參數(shù)的確定

2.2.1活性炭的添加量對濃縮蘋果清汁色值的影響。將制得的蘋果汁充分混勻，分成7份，每份100 ml，分別添加諾唯信(Petinex Ultra clear)果膠酶30 μl/L和諾唯信(Attenuzyme)淀粉酶10 μl/L，在55 ℃下酶解120 min，后煮沸中止酶解反應(yīng)，將0.03、0.05、0.07、0.09、0.12、0.15、0.20、0.25、0.30 g活性炭分別加入冷卻后的果汁中，在55 ℃下吸附90 min，經(jīng)粗濾、抽濾(0.45 μm濾膜)，濃縮制得蘋果清汁，在糖度為11.5°Brix下，用1 cm比色皿，在440 nm測定色值，結(jié)果見圖3。

圖3　活性炭添加量對濃縮蘋果汁色值的影響

由圖3可知，當(dāng)活性炭的添加量低于0.25 g時，隨著添加量的增加，果汁色值逐漸提高；當(dāng)活性炭添加量為0.03 g時，其色值在65%左右，添加量為0. 05 g時，其平均色值在70%左右，已能達(dá)到要求；當(dāng)添加量大于0.25 g時，果汁的色值已經(jīng)變得很高，且繼續(xù)加大添加量，果汁色值變化很小。因此，綜合考慮，確定CA-50型活性炭的添加量為每100 ml果汁0.05 g。

2.2.2活性炭的吸附時間對濃縮蘋果清汁色值的影響。將制得的蘋果汁充分混勻，分成7份，每份100 ml，分別添加諾唯信(Petinex Ultra clear)果膠酶30 μl/L和諾唯信(Attenuzyme)淀粉酶10 μl/L，在55 ℃下酶解120 min，后煮沸中止酶解反應(yīng)，將0.05 g CA-50型活性炭分別加入冷卻后的果汁中，在55 ℃下分別吸附30、45、60、75、90、105、120 min，經(jīng)粗濾、抽濾(0.45 μm濾膜)，濃縮制得蘋果清汁，在糖度為11.5°Brix下，用1 cm比色皿，在440 nm測定色值，結(jié)果見圖4。

圖4　活性炭吸附時間對濃縮蘋果汁色值的影響

由圖4可知，當(dāng)吸附時間低于75 min時，果汁色值隨著時間的延長逐漸增大；75 min以后，果汁色值變化不大，再延長吸附時間，對果汁色值提高不大。因此，確定吸附時間為75 min。

2.2.3活性炭吸附溫度對濃縮蘋果清汁色值的影響。將制得的蘋果汁充分混勻，分成4份，每份100 ml，分別添加諾唯信(Petinex Ultra clear)果膠酶30 μl/L和諾唯信(Attenuzyme)淀粉酶10 μl/L，在55 ℃下酶解120 min，后煮沸中止酶解反應(yīng)，將0.05 g CA-50型活性炭分別加入冷卻后的果汁中，分別在45、50、55、60 ℃下吸附75 min，經(jīng)粗濾、抽濾(0.45 μm濾膜)，濃縮制得蘋果清汁，在糖度為11.5°Brix下，用1 cm比色皿，在440 nm測定色值，結(jié)果見圖5。

由圖5可知，活性炭的吸附溫度對果汁色值有影響，在45 ℃時，色值最低，55 ℃時色值最高，但吸附溫度在50～60 ℃時，測得的色值差別不大。

圖5　活性炭吸附溫度對濃縮蘋果汁色值的影響

2.2.4活性炭的添加量、吸附時間、吸附溫度的確定將活性炭的添加量、吸附時間、吸附溫度作為考察因素，按表1進(jìn)行進(jìn)行3因素3水平正交試驗，結(jié)果見表2。

表1　活性炭吸附各因素及其水平

由表2分析可知，因素A中k3>k2>k1，取A3；因素B中k3>k1> k2，取B3；因素C中k3> k1> k2，取C3。故活性炭吸附蘋果汁的最佳組合為A3B3C3，即活性炭的最佳添加量為0.07 g每100 ml，最佳吸附時間為90 min，最佳吸附溫度為60 ℃。用1 cm比色杯在625 nm波長處測得果汁的透光率為98.1%，達(dá)到質(zhì)量要求。由表3中R值知，各因素對蘋果汁色值影響的主次關(guān)系依次為添加量、吸附時間、吸附溫度，特別是添加量，對果汁色值影響較大。

表2　CA-50型活性炭吸附試驗結(jié)果

3結(jié)論

通過對CA-50S、CA-50、CA-50B、CA-40、CA-PC-900、ZT110XN-1、ZT110XN-2 7種活性炭進(jìn)行吸附高濃縮蘋果汁的對比試驗，得出經(jīng)CA-50 型活性炭吸附的果汁色值最高；其最佳工藝參數(shù)為：添加量0.07 g每100 ml果汁，吸附時間90 min，吸附溫度60 ℃。

參考文獻(xiàn)

[1] 張建新,張更,余清謀，等.濃縮蘋果清汁生產(chǎn)中的色值控制措施研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2008,24(7):255-258.

[2] 王鋒,李鵬軍,哈益明.濃縮蘋果汁生產(chǎn)中褐變因素及其控制措施的討論[J].食品科技,2006(4):85-87.

[3] 中國飲料工業(yè)協(xié)會技術(shù)委員會.濃縮蘋果汁：GB/T18963-2012[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2012.

[4] 李銀花，李洪燕.活性炭吸附對蘋果汁色值的影響[J].現(xiàn)代食品科技,2011(7):799-801.

[5] 李華,高振鵬,李培超.濃縮蘋果清汁色值影響因素分析及控制技術(shù)研究[J].農(nóng)產(chǎn)品加工,2015(1):33-36.

[6] CHEN C，LI X，TONG Z,et al. Modification process optimization,characterization and adsorption property of granular fir based activated carbon [J].Applied surface science,2014,315(1):203-211.

[7] 程闖,劉章莉,吳永君，等.活性炭的特性及其在麥芽糖醇生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].廣州化工,2011,39(15):111-113.

[8] 程江玲,李汴生,何鳳儀，等.活性炭對清凈糖漿的脫色研究[J].農(nóng)產(chǎn)品加工,2015(2):7-10.

[9] 郝瑞峰,董文賓.蘋果濃縮汁加工中熱滅酶工藝研究[J].食品科技,2011(3):84-87.

[10] 陜西省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.蘋果標(biāo)準(zhǔn)匯編[M].陜西省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局資料,2004.