殼聚糖和果膠酶對荸薺汁澄清效果的比較研究

匡銀近，徐詩園，覃彩芹

(1.湖北工程學(xué)院 特色果蔬質(zhì)量安全控制湖北省重點實驗室，湖北 孝感 432000；2．湖北工程學(xué)院 生物質(zhì)資源化學(xué)與環(huán)境生物技術(shù)湖北省重點實驗室，湖北 孝感432000)

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殼聚糖和果膠酶對荸薺汁澄清效果的比較研究

匡銀近1,2，徐詩園1，覃彩芹2*

(1.湖北工程學(xué)院 特色果蔬質(zhì)量安全控制湖北省重點實驗室，湖北 孝感 432000；2．湖北工程學(xué)院 生物質(zhì)資源化學(xué)與環(huán)境生物技術(shù)湖北省重點實驗室，湖北 孝感432000)

應(yīng)用殼聚糖和果膠酶為澄清劑，從用量、pH值和溫度等方面對荸薺汁的澄清效果進行了比較研究，以期開發(fā)澄清的荸薺汁飲料。經(jīng)過單因素實驗和正交實驗，結(jié)果表明：殼聚糖(Mr為7.8×104)作為澄清劑的最佳工藝條件為殼聚糖1.0 g/L、溫度45 ℃、pH =4；果膠酶作為澄清劑的最佳工藝條件為果膠酶0.048 g/L、溫度45 ℃、pH=4。

荸薺汁；殼聚糖；果膠酶；澄清；透光率

荸薺(Eleocharistuberose)，俗稱馬蹄、地梨、烏芋等，屬莎草科淺水性宿根草本，以地下球莖供食用。荸薺汁多味甜，含有豐富的碳水化合物、蛋白質(zhì)、維生素以及鈣、鐵、磷等微量元素，尤其是含有對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌及綠膿桿菌有抑制作用的荸薺英，自古有“地下雪梨”的美譽，在我國已經(jīng)有2000多年的栽培歷史。荸薺性喜溫濕環(huán)境，在我國江浙一帶種植較廣，湖北孝感的楊店、鄒崗等鄉(xiāng)鎮(zhèn)常年栽培荸薺在萬畝以上，總產(chǎn)量超過5000噸。荸薺加工成飲料，既能起到解渴、防暑作用，又有清熱解煩、祛痰消積、止崩、降血壓的保健作用,是理想的高級飲品原料[1]。目前我國荸薺的栽培面積約為2.7萬公頃，已成為重要的水生蔬菜之一,隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，荸薺的產(chǎn)量越來越大[2],因此荸薺的加工顯得越來越重要,加工荸薺汁是一種解決途徑。前人對荸薺汁的提取，果肉飲料及混合飲料的加工工藝都進行過研究[2-3]，其關(guān)鍵技術(shù)是澄清工藝，由于荸薺汁中含膠體類物質(zhì)較多,如澄清不完全，產(chǎn)品就會出現(xiàn)渾濁沉淀[3]。目前生產(chǎn)上主要使用明膠、果膠酶、聚丙烯酰胺等作為果汁澄清劑，其中明膠處理的果汁耐儲性差，已較少采用，而聚丙烯酰胺為有機合成產(chǎn)品，人們對其食用安全性缺乏信任。殼聚糖可食用，能與果汁中的蛋白質(zhì)等陰性電解質(zhì)聚凝形成絮凝物而沉淀從而達到果汁澄清的目的[3-4]。殼聚糖處理澄清果汁,在草莓、獼猴桃、桑葚等多種果汁中已有應(yīng)用[5-7]。本實驗比較了果膠酶處理和殼聚糖處理對荸薺汁的澄清效果和理化指標(biāo)的影響，并確定最適澄清工藝條件,為工業(yè)化生產(chǎn)透光率高而營養(yǎng)及活性成分損失小的荸薺澄清汁提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

新鮮荸薺(孝感本地產(chǎn)，購于孝感城區(qū)一宮菜市場)；果膠酶(酶活力單位為4萬單位/g，天津酶制劑廠生產(chǎn))；殼聚糖(Mr為7.8×104，湖北裕峰生物工程有限公司提供)；721分光光度計(上海精密科學(xué)儀器有限公司)；電熱恒溫水浴鍋(北京長安科學(xué)儀器廠)；WZS-1手持折光儀(上海光學(xué)儀器廠)；PHS225B 型pH 計(上海大普儀器有限公司)；九陽榨汁機(市售)。

1.2 方法

1.2.1 荸薺汁的制備

挑選新鮮較大的荸薺，在清水下沖洗干凈，用水果刀去皮，然后用蒸餾水清洗，菜刀切成片狀，用榨汁機榨汁，將壓榨的原漿用干凈紗布過濾，得荸薺原汁。

1.2.2 實驗處理

(1)殼聚糖對荸薺汁澄清的單因素實驗。將荸薺原汁在自然pH，室溫下，分別添加殼聚糖用量為(g/L)：0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6進行澄清，靜置1.5 h后，取各處理的上清液測定透光率。將荸薺原汁在自然pH下，添加1 g/L的殼聚糖，然后分別放在25 ℃、35 ℃、45 ℃、55 ℃、65 ℃下進行澄清，靜置1.5 h后，取各處理的上清液測定透光率。將荸薺原汁分別添加1 g/L殼聚糖，室溫下用HCl或NaOH溶液調(diào)節(jié)pH為1、2、3、4、5、6進行澄清，靜置1.5 h后，取各處理的上清液測定透光率。

(2)殼聚糖對荸薺汁澄清的正交實驗。根據(jù)預(yù)備實驗，選擇不同用量的殼聚糖，在不同溫度和pH下進行正交實驗L9(33)，試驗方案見表1。各試驗處理靜置1.5 h，分別取上清液測定透光率，確定最適工藝條件。

表1 殼聚糖澄清荸薺汁正交實驗設(shè)計水平因素表

(3)果膠酶對荸薺汁澄清的單因素實驗。將荸薺原汁在自然pH，室溫下，分別添加果膠酶用量為(g/L)：0、0.008、0.016、0.024、0.032、0.04、0.048、0.056、0.064進行澄清，靜置1.5 h后，取各處理的上清液測定透光率。將荸薺原汁在自然pH下，添加0.04 g/L的果膠酶，分別放在25 ℃、35 ℃、45 ℃、55 ℃、65 ℃下進行澄清，靜置1.5 h后，取各處理的上清液測定透光率。將荸薺原汁分別添加0.04 g/L果膠酶，室溫下，用HCl或NaOH溶液調(diào)節(jié)pH為1、2、3、4、5、6進行澄清，靜置1.5 h后，取各處理的上清液測定透光率。

(4)果膠酶澄清荸薺汁正交實驗設(shè)計。根據(jù)預(yù)備實驗，選擇不同用量的果膠酶，在不同溫度和pH下進行正交實驗L9(33)，試驗方案見表2。各試驗處理靜置1.5 h，分別取上清液測定透光率，確定最適工藝條件。

表2 果膠酶澄清荸薺汁正交實驗設(shè)計水平因素表

1.2.3 測定項目

(1)果汁透光率的測定：采用分光光度法[6]，用荸薺汁的透光率來表示其澄清程度。經(jīng)測定荸薺汁的最大吸收峰在600～665 nm之間，所以本實驗選用 660 nm 進行測量。用1 cm比色皿，以蒸餾水調(diào)零，在660 nm波長用721分光光度計測定荸薺汁的透光率T(%)，以(T-90)表示果汁的澄清度(%)。T值越大澄清度越高，表明果汁澄清效果越好。每份樣品測定3次，取平均值。

(2)果汁主要成分含量測定：可溶性固形物含量采用WZS-1手持折光儀測定；表觀酸度采用酸度計測量[7]；還原糖采用婓林試劑比色法測定[8]； Vc用2.6-二氯靛酚滴定法[8]；果膠含量用變性酒精定性檢測法[9]；穩(wěn)定性的測定方法為：分別將處理的荸薺澄清汁加熱到75 ℃，立即冷卻，于0 ℃冰箱放置4～6 h，無渾濁者為穩(wěn)定性良好[9]。每份樣品測定3次，取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 殼聚糖對荸薺汁澄清的單因素實驗結(jié)果分析

殼聚糖對荸薺汁澄清的單因素試驗結(jié)果如圖1所示：

圖1 不同溫度、pH和殼聚糖用量下荸薺汁透光率的折線圖

由圖1可知：隨著殼聚糖用量的增加，荸薺汁的澄清度逐漸升高，達1.0 g/L時澄清效果最佳，但殼聚糖用量繼續(xù)增加時，澄清度開始下降，這是由于殼聚糖用量小時,膠體物質(zhì)吸附不完全,澄清效果差；用量過大時,殼聚糖本身形成了一種膠體溶液,影響果汁透光率。殼聚糖對荸薺汁的澄清作用主要由“架橋”作用和熱凝作用來達到,隨著溫度的升高，荸薺汁的澄清效果越好，到45 ℃時澄清度最高，但溫度繼續(xù)增加，澄清度反而下降, 這是由于溫度低于40 ℃ 時難以達到“架橋”作用,溫度在40～60 ℃ 范圍內(nèi)“架橋”作用充分形成,澄清作用好,而溫度高于60 ℃ 時熱凝作用占主導(dǎo)地位,對澄清的作用要小于“架橋”作用[10]。殼聚糖中氨基的存在使其帶正電荷,它與果汁中果膠等帶負(fù)電荷物質(zhì)相互作用,從而破壞膠體結(jié)構(gòu),產(chǎn)生絮凝沉淀,pH 值的變化影響了殼聚糖分子中游離氨基的量,從而影響殼聚糖對膠體物質(zhì)的絮凝效果。由圖1可知，隨著pH值的增加，果汁澄清度先升高后下降，在pH為3時，殼聚糖對荸薺汁的澄清效果最好。

2.2 殼聚糖澄清荸薺汁正交實驗結(jié)果分析

由殼聚糖用量、溫度、pH值所做的三因素三水平(見表1 )正交試驗結(jié)果見表3。

表3 殼聚糖澄清荸薺汁正交試驗結(jié)果

由表3通過對正交試驗結(jié)果進行直觀分析可知，對殼聚糖澄清荸薺汁的澄清度而言，影響因素最大的是溫度，其次是pH值，而殼聚糖用量的影響相對較小。最優(yōu)組合為A2B2C1，即采用殼聚糖用量1.0 g/L、溫度為45 ℃、pH為4條件下，荸薺汁的澄清效果最好。且RA、RB、RC均大于Re，說明A、B、C三因素的效應(yīng)均超過了試驗誤差，其效應(yīng)是可靠的。

2.3 果膠酶對荸薺汁澄清的單因素實驗結(jié)果分析

殼聚糖對荸薺汁澄清的單因素試驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同溫度、pH和果膠酶用量下荸薺汁透光率的折線圖

果汁中的單寧與蛋白質(zhì)易形成大分子聚合物而凝聚，果膠對殘存的細小懸浮顆粒有保護作用，使果汁混濁不清。另外，果汁中的親水膠體經(jīng)電荷中和、脫水或加熱，都會引起膠體凝沉。果膠酶能有效地降解果膠中的聚半乳糖醛酸和鼠李酸，并轉(zhuǎn)變成糖和其他有用的化合物，使果汁中其他膠體失去果膠的保護作用而被釋放在果汁中共聚沉淀，達到果汁澄清目的[11]。如圖2所示，添加果膠酶用量越多，果汁澄清度先持續(xù)升高，然后基本持平。果膠酶濃度為0.048 g/L時，荸薺汁的澄清效果最好。隨著溫度的升高，果汁的澄清度先升高后下降，在溫度為55 ℃時，荸薺汁的澄清效果最好。隨著pH值的升高，澄清度先升高后下降，在 pH值為4時，荸薺汁的澄清效果最好。

2.4 果膠酶澄清荸薺汁正交實驗結(jié)果分析

由果膠酶用量、溫度、pH值所做的三因素三水平(見表2 )正交試驗結(jié)果見表4。由表4通過對正交試驗結(jié)果進行直觀分析可知，對果膠酶澄清荸薺汁的澄清度而言，影響最大的是溫度，其次是pH值，果膠酶用量對荸薺汁的澄清效果來說影響相對較小。最優(yōu)組合為A3B2C1，即采用果膠酶用量0.048 g/L、溫度為45 ℃、pH為4的條件下，荸薺汁的澄清效果最好。且RA、RB、RC均大于Re，說明A、B、C三因素的效應(yīng)均超過了試驗誤差，其效應(yīng)是可靠的。

表4 果膠酶澄清荸薺汁正交試驗結(jié)果

2.5 荸薺汁澄清前后主要成分含量比較

分別按正交試驗最優(yōu)組合A3B2C1得到的果膠酶澄清汁和按正交試驗最優(yōu)組合A2B2C1得到的殼聚糖澄清汁與原汁的主要營養(yǎng)成分的具體比較見表5。可以看出，用果膠酶與殼聚糖澄清荸薺汁的結(jié)果非常相似，澄清汁透光率(T660%)均從原來的45.1%提高到95%以上，除Vc含量略有減少外，可溶性固形物和還原糖的含量基本沒有變化，表觀酸度pH值也非常接近，而且澄清汁不含果膠物質(zhì)，較徹底的清除了影響渾濁度的蛋白質(zhì)，色澤透亮，穩(wěn)定性良好。由此可見，用殼聚糖和果膠酶作為澄清劑得到的荸薺澄清汁較多地保存了原汁的主要營養(yǎng)成分，工藝條件可靠。

3 小結(jié)與討論

果汁的澄清效果主要受溫度、pH值和澄清劑用量等因素影響。澄清處理溫度會影響澄清劑的反應(yīng)性能和果汁粘度，一般果汁的處理溫度為45～55 ℃，這是綜合考慮澄清劑的最適反應(yīng)溫度和最佳凝集沉淀溫度的結(jié)果[11]。果汁的pH值對混濁物也有重要影響，不論是對呈正電荷的含蛋白混濁物，還是呈負(fù)電荷的含鞣質(zhì)混濁物，當(dāng)pH=3.0時，電荷量很高，隨pH增加，電荷量減少，凈化反應(yīng)速度也不斷下降[12]。澄清劑用量直接影響反應(yīng)程度，確定最佳澄清劑用量要考慮澄清的最佳效果和避免浪費[13]。

表5 荸薺汁澄清前后的主要技術(shù)指標(biāo)

注:+ 表示果膠陽性；-表示果膠陰性。

本實驗用果膠酶和殼聚糖對荸薺汁在溫度、pH、澄清劑用量方面的澄清作用做了單因素試驗和正交試驗。最后經(jīng)綜合分析確定兩種澄清劑的最佳條件為：殼聚糖用量為1.0 g/L、溫度為45 ℃、pH為4；果膠酶用量為0.048 g/L、溫度為45 ℃、pH為4。由于荸薺原汁的pH 值一般在3～4. 5,因此兩種澄清劑澄清時不需要調(diào)節(jié)果汁的pH 值，且荸薺汁在澄清前后含糖量和維生素C的變化較小，澄清汁基本保持了原汁的營養(yǎng)價值、口感和風(fēng)味。實驗結(jié)果表明，兩種澄清劑的澄清效果相當(dāng)。果膠酶廣泛用于果蔬汁飲料及果酒的榨汁及澄清，對水解果膠具有良好作用，但殼聚糖無毒無害、來源廣泛、制備簡單、成本低于果膠酶、在澄清過程中條件容易控制，并能十分有效的除去淀粉、可溶性蛋白和果膠[14]，因此，殼聚糖澄清荸薺汁比果膠酶更有前途，若能將此技術(shù)推廣到生產(chǎn)上，將會帶來很大的經(jīng)濟效益[15]。

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(責(zé)任編輯：熊文濤)

Chitosan and Pectinase to Clarify the Role of Water Chestnut Juice

Kuang Yinjin1,2，Xu Shiyuan1，Qin Caiqin1，2*

(1.HubeiKeyLaboratoryofQualityControlofCharacteristicFruitsandVegetables，HubeiEngineeringUniversity，Xiaogan，Hubei432000，China;2.HubeiKeyLaboratoryofBiomass-ResourceChemistryandEnvironmentalBiotechnology，HubeiEngineeringUniversity，Xiaogan，Hubei432000，China)

Usually, the sensory quality and flavor of water chestnut juice were influenced by its colloidal particles and cloudy condition. In order to develop the clear water chestnut juice beverage, the water chestnut juice clarification process conditions were mainly examined in this paper. The chitosan and pectinase were used as clarifying agent, the dosage, pH and temperature, etc. For the sake of comparison, the single factor experiment and orthogonal experiment were conducted, and the results showed that chitosan (Mr = 7.8 × 104) could be as the best technological conditions for clarifying agent: chitosan 1.0 g/L, temperature 45 ℃, pH = 4. And pectic enzyme could be as the best technological conditions for clarifying agent: pectinase 0.048 g/L, temperature 45 ℃, pH = 4.

water chestnut juice; chitosan; pectinase; clarify; transmittance

2016-09-10

國家自然科學(xué)基金資助項目(31371750)

匡銀近(1964- )，男，湖北孝感人，特色果蔬質(zhì)量安全控制湖北省重點實驗室教授。

覃彩芹(1965- )，男，湖北赤壁人，生物質(zhì)資源化學(xué)與環(huán)境生物技術(shù)湖北省重點實驗室教授，博士，本文通信作者。

TS255.3

A

2095-4824(2016)06-0015-05