澄清工艺对蓝莓汁品质的影响研究

朱金艳1,2，张建丽3

（1.庄河市食品检验监测中心,辽宁　庄河　116400;

2..沈阳农业大学，辽宁　沈阳　110161;

3.赤峰市出入境检验检疫局综合技术服务中心，内蒙古　赤峰　024000）

摘　要：通过壳聚糖微球澄清度和壳聚糖固定化酶澄清澄清度的对比，得出壳聚糖固定化酶澄清工艺最佳，采用响应面试验得出壳聚糖固定化酶澄清工艺的最佳条件壳聚糖固定化果胶酶用量48.12克/升，澄清时间为79.49分，澄清温度为46.72℃，蓝莓汁的澄清度为82.66%，在壳聚糖固定化酶澄清工艺的最佳工艺参数条件下，蓝莓汁的电导率为859微西门子/厘米，pH为3.59，可溶性固形物为4%，可溶性蛋白质为0.098毫克/毫升，总酚含量为1.64毫克/毫升，总黄酮含量为0.0562毫克/毫升，花色苷含量为0.025毫克/毫升，总糖含量为19.8毫克/毫升，Vc含量为0.18毫克/毫升，DPPH清除率62.5%，澄清后的蓝莓汁可溶性固形物、总糖、可溶性蛋白质的损失量很小；而花色苷和总黄酮有显著的降低，总酚、花色苷、DPPH清除率也有所降低。

对于大多数工业生产果汁饮料，澄清和过滤，是为了避免不必要的浊度处理时间和最终产品的沉淀物。澄清工艺的不足之处是，在排除果汁中不应该出现的物质的的同时排除果汁中原有的营养物质。所以我们用尽可能对果汁品质影响小的工艺来完成澄清单元操作。导致果汁澄清度低的一个重要因素就是，取汁时果胶酶没有完全的分解果胶，与其它物质结合，使澄清度降低。加入果胶酶可以起到脱胶的作用和细化作用，分别完成果胶物质的降解和物化沉淀物，果汁中营养物质的含量也随之升高；也可以加入凝聚剂，使果汁中的果胶类物质受到热处理会发生聚集，形成沉淀，离心分离时除去，达到较高的透光率。

本文研究了壳聚糖微球与壳聚糖固定化果胶酶对蓝莓汁进行澄清处理，并对澄清度进行比较，以获取最佳的澄清工艺。得出最佳的工艺并对其作出最佳的工艺参数，同时分析澄清工艺条件对蓝莓汁品质的影响。

1　材料与方法

1.1　材料与试剂

实验室用蓝莓为“蓝丰”，打碎为果浆，立即冷冻贮存；果胶酶：3000微克/毫升（湖南金鸡鹰）；壳聚糖BR；司班-80；液体石蜡。

1.2　试验设备

榨汁机（九阳JYL-Y910）；电子天平（CP224）；高速冷冻离心机（TGL-16M）电导仪（FE30）；酸度计（PB-10）；阿贝氏折射仪（WAY）；紫外分光光度计（UV-1750）；安捷伦（HPLC1260）；安捷伦（HPLC1200）。原子吸收分光光度计（AA-7002）。

1.3　试验方法

1.3.1　壳聚糖微球的制备　将壳聚糖干粉加入到1%的冰醋酸中，充分混合均匀，加入适量PVA和司班-80，摇匀后超声5分钟，磁力搅拌90分钟形成稳定的乳化体系，再加入一定量的液体石蜡继续搅拌固定，反应完全后，分别用乙醇，去离子水洗涤，离心分离，可得到透明的壳聚糖微球。

1.3.2　聚糖固定化果胶酶的制备　称取1克壳聚糖粉末，用含有1%的醋酸溶解定容至100毫升，磁力搅拌均匀，并逐滴加入0.2摩尔/升的NaOH调pH至中性，再加入一定量的4%戊二醛，磁力搅拌8小时后待稳定2小时后，抽滤并用超纯水洗至中性，待水滴干加入100毫克果胶酶，在摇床上缓慢混合30分钟后，在冰箱中放置12小时，用超纯水洗掉未固定上的果胶酶，制得的就是壳聚糖固定化果胶酶。

1.3.3　澄清度　置于紫外660纳米条件下测定其值。

1.3.4　pH、电导率、可溶性固形物的测定　pH值测定：酸度计直接测定。电导率测定：电导仪直接测定。可溶性固形物的测定：阿贝氏折射仪。

1.3.5　花色苷的测定　四个品种的蓝莓分别榨汁处理，用真空泵进行抽滤，取2毫升滤液加入旋装蒸发瓶，按照滤液∶60%的甲醇=1∶20的比例添加甲醇，然后在50℃的水浴条件下提取60分钟，最后在旋转蒸发装置中，蒸发近干，用2.5毫升甲醇冲旋装蒸发瓶，移入比色管中，最后滴加至5毫升。

1.3.6　HPLC分析　ZORBAX　SB-18（4.6×250毫米×5微米）色谱柱。KH2PO4缓冲液的配置：准确称取1.36克的KH2PO4，用H3PO4调节pH的范围在1.6～1.8，用超纯水稀释定容至1.36克/升。流动相：C液：乙腈-KH2PO4缓冲液=50∶950；D液：乙腈-KH2PO4缓冲液=50∶50，流动相的洗脱梯度：C液：0时90%；0～30分钟时达到55%；30～31分钟时55%～0%；31～34分钟时保持0%；34～35分钟时0%到90%，35～40分钟保持90%。测定波长为518纳米，流速为1毫升/分钟，柱温50℃，进样体积为20微升。样品要过0.45微米的有机相膜，可以上机走样。

1.3.7　花色苷含量的测定　pH=1.0的缓冲液：0.2摩尔/升；KCl:0.2摩尔/升;　HCl=25∶67（体积比）;pH=4.5的缓冲液：1摩尔/升;　NaAc:1摩尔/升;　HCL∶H2O=100∶60∶90（体积比）。将1毫升的上述提取的果汁分别用pH=1和pH=4.5的溶液稀释25倍,阴暗处放置25分钟，用去离子水扣空白，分别在紫外分光光度计510纳米和700纳米条件下测定其值，样品测定三次，求出均值。

m=(A×M×DF)/(ξ×L)*1000

A=[(A510-A700)pH=1.0-(A510-A700)pH=4.5]

式中：A为稀释样品的吸光度值；M为C21H21O12相对分子质量449.2；DF为样品体积稀释倍数；ξ为矢车菊色素-3-葡萄糖苷的消光系数26900；L为光程长（1厘米）；A510为在510纳米波长下样品的吸光度值；A700为在700纳米波长下的吸光度值。

1.3.8　总酚的测定　标准溶液的配置：准确称取5.0毫克的没食子酸，用超纯水稀释至50毫升,得到浓度为0.1毫克/毫升的标准品。

标准曲线的制作：取上述配置的标准品0、0.05、0.1、0.2、0.4毫升分别置于10毫升比色管内，分别加6毫升的去离子水，在振荡器上振荡30秒，加FC摇匀，然后向上述反应液加2毫升7%的Na2CO3，用超纯水定容至10毫升刻度线，在75℃的条件下反应10分钟。制得的标准曲线为：

用上述提取后的样品代替标准溶液，取200微升,用不加果汁的试剂做空白对照。

1.3.9　总黄酮的测定　标准曲线的制作：配置芦丁标品使其浓度为0.1克/升，吸取0.00、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00毫升该溶液于10毫升的容量瓶中，再加入0.3毫升5%的NaNO2摇匀，待静置6分钟后，加入0.3毫升10%AL(NO3)3，再过6分钟后加入4毫升4%的NaOH，并且充分震荡，用50%的乙醇滴加稀释至10毫升，静止10分钟后，用紫外测定510纳米波长处的值。制得的标准曲线为：

样品处理：用上述提取后的样品1毫升,代替标准品进行测定。

1.3.10　可溶性蛋白质的测定　标准蛋白质溶液为100微克/毫升的牛肉血清蛋白考马斯亮蓝G-250溶液：1000毫升的溶液中含有0.1克考马斯亮蓝G-250，50毫升90%的乙醇,100毫升85%的磷酸为所需溶液。

标准曲线的制作：量取标准蛋白质溶液0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0毫升，向每个比色管中加去离子水1.0、0.8、0.6、0.4、0.2、0毫升后振荡使溶液混合均匀，然后加5.0毫升的考马斯亮蓝G-250，慢慢振荡。2分钟后即可测定，以不加蛋白质的作对照组，在紫外分光光度计595纳米的条件下测定其值。

样品处理：天平量2.0克样品，再量5毫升超纯水混合均匀，真空泵抽滤，取液体即为测定所需溶液。用1毫升进行测定。

1.3.11　维生素C的测定　采用邻菲罗啉分光光度法，Vc标准品配置成400微克/毫升，现配现用，邻菲罗啉为0.01摩尔/升，FeCl3·6H2O溶液为0.003微克/毫升，乙二胺四乙酸二钠溶液0.05摩尔/升，醋酸溶液为1摩尔/升，CuSO4为5微克/毫升。

标准曲线的制作：吸取Vc标准溶液0、0.2、0.4、0.5、0.6、0.8、1.0毫升置于25毫升的容量瓶中，分别加入FeCl3·6H2O溶液2.5毫升，振荡摇匀，再加入2.5毫升CuSO4，混合均匀后，将2.5毫升邻菲罗啉放到混合液中，混合均匀，反应持续1分钟后，加入0.5毫升EDTA溶液，滴加超纯水至25毫升，在紫外分光光度计514纳米的条件下测定其值。标准曲线为：

样品处理：称取2.0克的蓝莓果榨汁处理，再进行抽滤，得到的即为待测溶液，用1毫升Vc待测液代替Vc标准品进行测定。

1.3.12　DPPH清除率的测定　4毫克/升的DPPH溶液:量取4毫克的1，1-二苯基-2-三硝基苯肼，用无水乙醇滴加至1000毫升刻度线。

称取1克蓝莓浆，加5毫升无水乙醇，充分振荡，4000转/分钟保持10分钟，用上层溶液以测定所需。

量取40微升蓝莓汁，加入4毫克/升的DPPH溶液，空白组分以40微升无水乙醇代替蓝莓果汁，振荡摇匀避光放置30分钟在紫外分光光度计517纳米下读取其吸光度值。

DPPH清除率为：IP（%）=[（Ac-As）/Ac]×100

式中：Ac为空白组分的吸光度值；As为样品组分的吸光度值。

1.3.13　总糖的测定　直接滴定法，以毫克/毫升为单位。

1.4　单因素试验设计

取蓝莓果浆∶去离子水=1∶3，采用第三章取汁的最佳工艺进行取汁。

取25毫升蓝莓果汁加壳聚糖微球为0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7克/升澄清80分钟后4000转/分钟条件下离心10分钟。测定其澄清度。

取25毫升蓝莓果汁加果胶酶的量为0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7克/升在50℃水浴条件下澄清80分钟后4000转/分钟条件下离心10分钟。测定其澄清度。

取25毫升蓝莓汁分别加入固定化果胶酶的用量10、20、30、40、50、60克/升在50℃水浴条件下澄清80分钟后4000转/分钟条件下离心10分钟。测定其澄清度。

取25毫升蓝莓汁分别加入固定化果胶酶的用量40克/升在50℃水浴温度下澄清40、60、80、100、120、后4000转/分钟条件下离心10分钟。测定其澄清度。

取25毫升蓝莓果汁分别加入壳聚糖固定化果胶酶的用量为40克/升，30、40、50、60、70℃水浴条件下澄清80分钟后4000转/分钟条件下离心10分钟。测定其澄清度。

1.5　响应曲面优化试验设计

通过以上试验选定壳聚糖固定化果胶酶作用的用量、时间和温度，随后应用Design　Expert　软件中的旋转中心组合设计(central　composite　rotatable　design,　CCRD)对壳聚糖固定化果胶醉作用的用量、时间和温度进行优化，以寻找最佳的澄清条件。

2.　结果分析

本试验以壳聚糖固定化果胶酶作用的用量、时间和温度作为变化值，分别以X1、X2和X3表示，壳聚糖固定化酶作用条件的优化以澄清度为响应值Yi，Yi=81.14+2.94X1-0.64X2-1.87X3+0.75X1X2-2.08X1X3+1.03X2X3-2.21X12-3.58X22-5.51X32。

2..1　模型的检验

蓝莓汁澄清度的模型方差分析检验（ANOVA）结果参考3。由图表3可知，蓝莓汁澄清度模型极显著（p<0.0001），失拟项不显著（p=0.2610），模型回归系数R2是0.9816，校正系数为0.9578，表明模型能预测蓝莓汁澄清度实际变化情况。回归方程各项显著表明：一次项X1（P<0.001）极显著，X2（P<0.0001）极显著，X3（P=0.1028）不显著；二次项X12　(P=0.0022l)极显著，X22(P=0.0001)极显著，X32(p<0.0001)极显著。由此可知，蓝莓汁澄清度回归方程的显著性很高，拟合度也很高，因此可用此模型分析壳聚糖固定化果胶酶对澄清度影响的实验数据。

2..2　响应面的分析和条件优化

由图5（b）的曲面图可知，壳聚糖固定化酶用量和澄清温度对蓝莓汁澄清度影响最大，当壳聚糖固定化酶用量40克/升左右蓝莓汁澄清度较大，而在用量40克/升两侧，澄清度降低；随着澄清温度的升高，澄清度增加，当温度达到50℃左后时，澄清度最高，超过这一温度，澄清度降低。壳聚糖固定化酶用量和澄清温度的交互作用极显著（p=0.0035）。所以保持较高的澄清度，壳聚糖固定化酶的用量应保持在45～50克/升之间，澄清温度在45～55℃之间。由图5（a）和图5（c）曲面图得出，澄清时间对蓝莓汁澄清影响较大，随着澄清时间的增加，蓝莓汁的澄清度增大，当澄清时间在80分钟左右，澄清度达到最大，随着温度的再升高，澄清度有小幅度的降低，所以要保持较高的澄清度，澄清时间应在75～85分钟之间。

2..3　壳聚糖固定化果胶酶作用条件的优化与验证

由以上的响应曲面分析可知，壳聚糖固定化酶用量和澄清温度是影响蓝莓汁澄清度的主要因素。结合表4的试验结果，当要求澄清度不低于80%时，通过Design　Expert软件分析计算出合适的壳聚糖固定化果胶酶作用条件：壳聚糖固定化果胶酶用量48.12克/升，时间79.49分钟，温度46.72℃，此时，蓝莓汁的澄清度为82.66%，在做验证做验证试验时，我们选择的实际温度为47℃，澄清时间为80分，壳聚糖固定化果胶酶用量48.12克/升，得到的蓝莓汁澄清度82.78%，与预测值接近。此时蓝莓汁的电导率为859微西门子/厘米，pH为3.59，可溶性固形物为4%，可溶性蛋白质为0.098毫克/毫升，总酚含量为1.64毫克/毫升，总黄酮含量为0.0562毫克/毫升，花色苷含量为0.025毫克/毫升。

2..4　蓝莓汁澄清前后营养成分对比

采用响应面的最佳澄清工艺参数条件对蓝莓汁进行澄清处理，然后对经过处理后的蓝莓汁的营养品质指标进行测定，结果如表4可以看出，果胶酶可以起到脱胶和细化的作用，分别完成果胶物质的降解和物化沉淀物，果汁中营养物质也随之升高，使得澄清后蓝莓汁可溶性物质、总糖、可溶性蛋白质损失量很小；而花色苷和总黄酮由显著的降低，总酚、花色苷、DPPH清除率也有所降低。由此可见，壳聚糖固定化酶澄清工艺能有效的保持蓝莓汁的营养品质。

3　讨论

果汁澄清通常是采用微滤、酶处理或者使用常见的澄清剂，如壳聚糖、硅溶胶、聚乙烯吡咯烷酮等。壳聚糖是自然界中能有效地分离饮料中的悬浮颗粒的一种混凝剂，此外壳聚糖具有无毒害，易被生物降解的功效。壳聚糖固定化果胶酶是可取的，不但果胶酶可以回收，而且果胶酶可以在极端的pH值、温度及其非常高的底物浓度下具有活性。研究表明，将壳聚糖固定化果胶酶应用在苹果汁中澄清工艺的最佳控制条件为：用量为50克/升、温度为50℃和时间为80分钟，果汁的澄清度达到96%。研究出用量为43.50克/升、时间为103.94分钟、温度为49.66℃，玛咖汁澄清度可达到95.68%。将壳聚糖固定化酶应用在果汁的澄清工艺得到了很多研究学者的认可，并且在本次实验中重复测定都能得到预测结果。固定化果胶酶的澄清蓝莓汁的效果优于单独使用壳聚糖微球，而且制备工艺简单，无二次污染，对澄清后的蓝莓果汁的营养品质保持较好。

4　结论

本试验通过Design　Expert软件，建立不同条件下壳聚糖固定化酶对蓝莓汁澄清度的模型，极显著，拟合度高，产生的误差小，用来对蓝莓汁澄清度进行分析预测是可行的。通过响应面分析，确定固定化酶的最佳工艺参数：用量为48.12克/升，时间为79.49分，温度为46.72℃，蓝莓汁的澄清度为82.66%，此时蓝莓汁的电导率为859微西门子/厘米，pH为3.59，可溶性固形物4%，可溶性蛋白质0.098毫克/毫升，总酚1.64毫克/毫升，总黄酮含量为0.0562毫克/毫升，花色苷含量为0.025毫克/毫升，总糖含量为19.8毫克/毫升，Vc含量为0.18毫克/毫升，DPPH清除率62.5%。澄清之后蓝莓汁可溶性物质、总糖、可溶性蛋白质损失量很小；而花色苷和总黄酮由显著的降低，总酚、花色苷、DPPH清除率也有所降低。