響應面法對殼聚糖澄清黃秋葵汁工藝的優化

摘要：在不同殼聚糖添加量、溫度和時間下，研究殼聚糖澄清黃秋葵汁的工藝。在單因素試驗的基礎上，應用響應面法分析優化殼聚糖對黃秋葵汁的最佳澄清條件。結果表明，殼聚糖對黃秋葵汁的最佳澄清條件是殼聚糖添加量為4.65 mg/mL，作用時間為11.46 min，最適溫度為60.67 ℃。在圓整條件下， 即殼聚糖添加量為4.7 mg/mL，作用時間為11.5 min，最適溫度為60.7 ℃下進行驗證試驗，澄清黃秋葵汁的透光率為97.10%。

關鍵詞：黃秋葵；殼聚糖；響應面法；澄清

中圖分類號：S649；TS255.36 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）22-5922-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.22.048

Optimization of the Clarification Technology of Okra Juice with Chitosan by Response Surface Methodology

DONG Cai-wen1，2，TANG Jiu-ting1，2，DUAN Meng-meng1，WANG Xiao-yan1，HU Jin-qiang1，2，ZONG Wei1，2

（1.School of Food and Biological Engineering， Zhengzhou University of Light Industry，Zhengzhou 450002，China；

2.Henan Provincial Collaborative Innovation Center of Food Production and Safety， Zhengzhou 450002，China）

Abstract： The clarification technology of okra juice with chitosan was studied under different chitosan addition， temperature and time. On the basis of single factor experiment， the optimum clarification condition of okra juice with chitosan was optimized and determined through response surface analysis. The results showed that the optimum clarification conditions of okra juice with chitosan were as following： the chitosan addition was 4.65 mg/mL， the time was 11.46 min， and the temperature was 60.67 ℃. The verification experiment was carried out under the chitosan addition of 4.7 mg/mL， the action time of 11.5 min， and the optimum temperature of 60.70 ℃， the transmittance of okra juice was 97.10%.

Key words： okra； chitosan； response surface； clarification

黃秋葵（Okra）為錦葵科（Malvaceae）秋葵屬（Abelmoschu）的一個種[1]。一般認為黃秋葵發源于非洲，而在印度也有野生黃秋葵[2]。黃秋葵除用作日常蔬菜外，還具有抗疲勞、健胃保肝、提高機體免疫力等保健功能[3]，其果實營養豐富，且具有顯著的保健作用，歐美等許多國家都已經把它列入21世紀最佳綠色食品的名錄中，它還被許多國家定為運動員的首選蔬菜，可見它是一種具有較高營養價值的新式保健蔬菜，也是老年人的保健食品[4-6]。黃秋葵喜溫、耐濕、耐高溫、干旱，但不耐洪澇、霜凍，生長發育的最適溫度為25～28 ℃，另外它在生長的時候要求光照時間長，并且光照充足[7]。但是黃秋葵水分高，易腐敗變質。而飲料的保質期一般較長，因此，利用黃秋葵加工成飲料，可以延長保存期[8]。另外，由于黃秋葵的果實中含有大量的果膠，其黏度較高，而殼聚糖作為天然陽離子澄清劑， 具有良好絮凝能力，可與果漿中帶負電荷的蛋白質、纖維素、果膠相互作用而將其絮凝[9]， 同時殼聚糖分子中的乙酰基可通過氫鍵吸附果汁中某些酚類化合物[10]，為了使飲料澄清，口感清爽，可以用殼聚糖對其進行澄清。

本研究采用殼聚糖對黃秋葵汁進行澄清，通過不同殼聚糖添加量、時間、溫度對澄清效果的比較，通過響應面優化法選出最佳的澄清條件，旨在為黃秋葵的深加工提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黃秋葵，河北廣平縣黃秋葵種植基地；殼聚糖，桓臺縣金湖甲殼制品有限公司；醋酸，天津市凱通化學試劑有限公司。

紫外可見分光光度計（北京普析通用儀器有限責任公司）；電熱恒溫水浴鍋（上海醫療器械五廠）；離心機（上海安亭科學儀器公司）。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程 黃秋葵鮮果→清洗→燙漂→冷卻→打漿→離心→澄清→過濾→調配→滅菌→清汁。

1.2.2 透光率測定 將用澄清劑澄清后的黃秋葵汁離心后在750 nm處測透光率[11]。用透光率表示果汁的澄清度，透光率越大，澄清度越好。

1.2.3 蛋白質含量的測定 采用考馬斯亮藍G-250法測定蛋白質含量。

1.2.4 黃酮含量的測定 采用分光光度法[12]測定黃酮含量。

1.2.5 單因素試驗

1）殼聚糖添加量。先將1 g殼聚糖溶于2%的醋酸溶液中，配成1%的醋酸殼聚糖溶液。將經過離心的黃秋葵汁水浴加熱到50 ℃，加入殼聚糖溶液使其終濃度分別達到0.50、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00 mg/mL，水浴0.5 h，離心5 min，取上清液，以透光率為指標，研究殼聚糖添加量對黃秋葵汁澄清效果的影響。

2）溫度。將離心的黃秋葵汁分別加熱至20、30、40、50、60、70、80、90 ℃，殼聚糖用量4 mg/mL，水浴0.5 h，離心5 min，取上清液，以透光率為指標，研究不同溫度對澄清效果的影響。

3）澄清時間。離心的黃秋葵汁加入4 mg/mL的殼聚糖溶液，在60 ℃分別保溫2、4、6、8、10、20、30、40 min，離心5 min，取上清液，以透光率為指標，研究澄清時間對黃秋葵汁澄清效果的影響。

1.2.6 殼聚糖澄清條件優化 根據單因素試驗結果，以殼聚糖添加量、澄清時間及溫度3個因素為試驗因子，透光率為響應值，采用響應面設計[13-16]，優化出最佳的殼聚糖澄清條件。響應面試驗的因素與水平見表1。

2 結果與分析

2.1 殼聚糖添加量對黃秋葵汁澄清效果的影響

由圖1可以看出，隨著殼聚糖用量增加，黃秋葵汁的透光率逐漸增大，這是由于殼聚糖帶正電荷，它能與黃秋葵汁中果膠、單寧等帶負電荷的物質反應形成絮凝引起沉降。當殼聚糖用量低于4 mg/mL時，透光率隨著殼聚糖用量增大而增大，達到4 mg/mL 后，透光率趨于平穩，因此，初步選定殼聚糖用量為4 mg/mL。

2.2 溫度對黃秋葵汁澄清效果的影響

殼聚糖是氨基葡萄糖的直鏈多聚糖，受溫度影響很大，且能與殼聚糖反應形成絮凝的物質，因此，殼聚糖的絮凝受溫度影響較大，從而影響殼聚糖對黃秋葵汁的澄清效果。由圖2可以看出，隨著溫度的升高，黃秋葵汁的透光率逐漸增大，當溫度達到60 ℃時，透光率基本趨于穩定，初步選定澄清溫度為60 ℃。

2.3 時間對黃秋葵汁澄清效果的影響

由圖3可知，殼聚糖作用前10 min，黃秋葵汁的透光率隨作用時間的延長逐漸增大，10 min后趨于平穩，黃秋葵汁透光率提高速度相對變緩。但作用時間不能過短，否則不利于殼聚糖對黃秋葵汁的澄清，因此初步選定反應時間為10 min。

2.4 殼聚糖澄清黃秋葵汁的優化結果

響應面試驗設計及試驗結果見表2。經Design Expert軟件對各因素回歸擬合后得回歸方程：Y=96.86+1.5X1+0.96X2+0.14X3+0.32X1X2+0.18X1X3-0.40X2X3-1.23X12-1.96X22-1.01X32。回歸模型方差分析結果見表3，顯著性分析見表4。由表3可知，回歸方程的二次項具有顯著性（P=0.000 2），說明3個試驗因子對響應值的影響為二次關系，而不是簡單地線性關系，二次方程模型的擬合效果最優。失擬項P=0.401 6，不顯著，表明用方程擬合3個參數與透光率之間的關系具有可行性，試驗誤差較小，所以可以用回歸方程來代替試驗真實點對試驗結果進行分析。

由表4可知，殼聚糖添加量的一次項和二次項，澄清時間的一次項和二次項，溫度的二次項對黃秋葵汁的澄清作用均有極顯著影響（P<0.01），殼聚糖添加量和澄清時間之間的交互作用，殼聚糖添加量和溫度之間的交互作用，澄清時間和溫度之間的交互作用對黃秋葵汁的澄清作用均不顯著（P>0.05），無統計學差異。

α=0.05顯著水平剔除不顯著項，簡化后的回歸方程為Y=96.86+1.5X1+0.96X2-1.23X12-1.96X22-1.01X32

各因素的主效關系為X1>X2>X3，得出最佳工藝條件為殼聚糖添加量為4.65 mg/mL，澄清時間為11.46 min，黃秋葵汁最適溫度為60.67 ℃，透光率97.5%。在圓整條件下即殼聚糖添加量為4.7 mg/mL、澄清時間為11.5 min、最適溫度為60.7 ℃，實際測定結果平均值為97.10%，實際測定值與預測值的相對誤差為0.4%，說明響應面優化得到的參數可靠，具有實際應用價值。

利用響應面軟件Design Expert.8.0對表2數據進行回歸擬合，所得響應面及等高線見圖4至圖6。圖4至圖6直觀地反映了各因素交互作用對響應值的影響。殼聚糖添加量與澄清時間對透光率的影響較顯著，表現為等高曲線比較陡峭，黃秋葵汁溫度影響較小，表現為等高線較平滑，且隨數值的增加或減少，響應值變化較小。

2.5 黃秋葵汁澄清前后主要指標的測定

由表5可知，殼聚糖澄清處理后黃秋葵汁透光率明顯提高，蛋白質含量和黃酮含量都有所降低，但是變化不大，表明用殼聚糖澄清對黃秋葵汁營養價值影響較小。

3 結論

運用響應面優化殼聚糖澄清黃秋葵汁，確定最佳的澄清工藝條件為殼聚糖添加量為4.65 mg/mL，澄清時間為11.46 min，溫度為60.67 ℃。在此條件下黃秋葵汁的透光率最高可達97.5%，在圓整條件下即殼聚糖添加量為4.7 mg/mL、澄清時間為11.5 min、最適溫度為60.7 ℃，實際測定結果平均值為97.10%，實際測定值與預測值的相對誤差為0.4%，說明響應面優化得到的參數可靠，具有實際應用價值。比較殼聚糖澄清黃秋葵汁前后主要指標的變化，結果表明澄清后透光率明顯增加，蛋白質含量和黃酮含量變化不明顯。

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