廣西巨峰葡萄汁微量元素及澄清工藝分析

沈冰 馬婷婷 張羽

摘要 [目的]測定巨峰葡萄汁中的微量元素，探討澄清工藝，為進一步開發廣西巨峰葡萄的食用和藥用價值提供參考，也為該品種葡萄汁工業化生產中澄清技術的突破提供基礎材料。[方法]主要采用微波消解-電感耦合等離子體質譜技術測定巨峰葡萄原汁中13種人體必需微量元素，分別以果膠酶和明膠為澄清劑，透光率為主要評價指標，輔以可溶性固形物含量，設計L9（3.3）正交試驗優化澄清工藝。[結果]巨峰葡萄原汁中尚未檢出Se和I元素，Fe等11種元素標準方程均符合線性，R.2為0.996～1.000，Fe含量最高，為8.810 mg/L，Cu和Mn次之，分別為2.340、2.200 mg/L。澄清試驗中，果膠酶用量0.01 g/L，酶解溫度40 ℃，酶解時間60 min，在此條件下透光率為88.1%；明膠溶液濃度0.6 g/L，用量3 mL，作用時間120 min，可達最高透光率91.2%。[結論]巨峰葡萄汁可幫助人體補充必需微量元素，尤其是Fe、Cu、Mn和Zn等的良好來源，果膠酶和明膠均可起到良好的澄清效果。

關鍵詞 巨峰葡萄；電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）；微量元素；果膠酶；明膠；可溶性固形物含量；透光率

中圖分類號 TS255.54 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）23-0139-05

Abstract [Objective]The research aimed to detect the trace elements in Kyoho grape juice and discuss the clarification process， in order to offer reference to edible and medicinal value and provide the basis material to clarification technology of Kyoho grape in Guangxi.[Method] Microwave digestioninductively coupled plasma mass spectrometry was mainly used to determine 13 essential trace elements of human body in Kyoho grape juice. Pectinase and gelatin were considered as clarifiers， as well as translucent rate was used as the main evaluation index and soluble solid content as secondary index， so as to design L9（3.3） orthogonal test to optimize clarification process. [Result]Se and I had not been detected in Kyoho grape juice. Standard equations of other 11 elements such as Fe was linear whose R.2 ranged between 0.996 and 1.000. The content of Fe was highest，which was 8.810 mg/L；Cu and Mn followed with contents of 2.340 and 2.200 mg/L. Clarification test showed when pectin enzyme dosage was 0.01 g/L， enzymolysis temperature was 40 ℃ and time was 60 min， the translucent rate was 88.10%.When gelatin solution concentration was 0.6 g/L， dosage was 3 mL and time was 120 min， the highest translucent rate reached 91.2%.[Conclusion]Kyoho grape juice can help human body to supplement the essential trace elements， especially the good sources of Fe， Cu， Mn and Zn. Pectinase and gelatin can help to provide good clarification effect.

Key words Kyoho grape；Inductively coupled plasma mass spectrometry （ICP-MS）；Trace elements；Pectinase；Gelatin；Soluble solid content；Translucent rate

巨峰葡萄，原產日本，屬中熟鮮食品種，1959年引入我國，因植株適應性強、抗病性良好，很快在我國各地推廣栽培，在我國現有的葡萄品種中其栽培面積遙居全國之首[1-2]。南寧市地處廣西南部地區，屬亞熱帶季風氣候，適宜葡萄生長，且一年兩收技術得以突破[3-4]，巨峰產量大，果實著色好、品質優，是食品生產加工的優質原料，除鮮食外，常用于榨汁飲用。未發酵葡萄汁中含有豐富的功能性成分，具有防治貧血、肝炎、降低血脂和軟化血管等醫療保健功效[5-7]，對慢性腎臟疾病患者的氧化DNA損傷具有保護作用[8]。

屈慧鴿[9]以小麥谷朊蛋白對霞多麗葡萄進行澄清效果研究，結果表明，小麥谷朊蛋白為500 mg/L時，葡萄汁澄清透亮，但可溶性固形物、色價、酸度均明顯降低。阿衣滿古力·哈力哈拜等[10]以和田紅葡萄汁為原料，研究得到果膠酶澄清的最優條件為果膠酶0.4 g/L、酶解溫度45 ℃、酶解時間150 min，可最大程度保留營養成分。Magrol等[11]以馬爾貝克葡萄為原料，采用異丙醇固定化果膠酶-纖維素酶交聯酶聚體，以降低葡萄汁濁度。Nadaroglu等[12]從片球菌M17中分離出一種甘露聚糖酶，經沉淀和離子交換純化后用于澄清葡萄汁，得到當酶解時間為60 min、酶活為17 EU/L、溫度為60 ℃時可達最高透光率84.65%。Aponso等[13]采用果膠酶澄清以色列藍葡萄原漿，獲得最優工藝為果膠酶2%、處理溫度40 ℃、處理時間2 h，且果膠酶對藍葡萄原漿理化性質的影響不顯著。目前，尚缺乏巨峰品種葡萄汁含人體必須微量元素的系統性分析，對其適用于工業化生產的澄清工藝研究也較少，不利于廣西區域性特色資源的開發利用。筆者主要采用微波消解-電感耦合等離子質譜法（ICP-MS）同時檢測巨峰葡萄汁中多種微量元素，并分別探討果膠酶與明膠的最優澄清工藝，為進一步開發廣西巨峰葡萄的食用價值和藥用價值提供參考，也為該品種葡萄汁工業化生產中安全、高效澄清技術的應用推廣提供基礎材料。

1 材料與方法

1.1 供試材料

巨峰葡萄采自廣西壯族自治區南寧市明陽工業園區，葡萄原汁及調配汁由廣西職業技術學院食品與生物技術系研制。

1.2 儀器和試劑

電感耦合等離子體質譜儀（7700型，美國Agilent公司）；原子熒光光譜計（AFS-8220型，北京吉天儀器有限公司）；微波消解儀（WX-6000型，上海屹堯儀器科技發展有限公司）；超聲水浴鍋（SCQ-Y300A型，上海聲彥超聲波儀器有限公司）；分析天平（BSA6202S-CW型，德國賽多利斯公司）；數星恒溫水浴鍋（HH-S6型，金壇市醫療儀器廠）；手持式折光儀（WYT型，成都豪創光電儀器有限公司）；紫外可見分光光度計（UV-1800PC-DS2型，上海美普達儀器有限公司）；標準品Fe、Zn、Cu、Co、Mn、Cr、Ni、V、Mo、Sn均由北京世紀奧科生物技術有限公司提供；內標溶液.45Sc、.72Ge、.103Rh、.115In均由美國Agilent公司提供；氦氣、氬氣均由中山市鴻泰氣體有限公司提供，純度≥99.995%；鹽酸、硝酸、無水乙醇、高氯酸、雙氧水均由北京化工廠提供，優級純；果膠酶由成都艾科達化學試劑有限公司提供，食品級；明膠由河南千志商貿有限公司，食品級。

1.3 試驗方法

1.3.1 微量元素分析方法。

采用微波消解-電感耦合等離子質譜法同時測定巨峰葡萄原汁中的Fe、Zn、Cu、Co、Mn、Cr、

Ni、V、Mo、Sn元素，微波消解程序及ICP-MS工作參數分別如表1、表2所示；Se元素的測定應用雙道原子熒光光譜法，儀器運行條件見表3；根據氟離子選擇電極法測定樣品中的F元素；I元素的測定采用氧化還原滴定法。

1.3.2 澄清工藝優化方法。

1.3.2.1 果膠酶對澄清效果的影響。

探討果膠酶用量、酶解溫度、酶解時間對巨峰葡萄調配汁澄清效果的影響，以樣品透光率[14]為主要指標，并參考可溶性固形物含量[15]。在單因素試驗的基礎上，設計L9（3.3）正交試驗，確定以果膠酶為澄清劑的最優澄清參數。正交試驗水平和因素見表4。

1.3.2.2 明膠對澄清效果的影響。

分析明膠溶液濃度、添加量、作用時間對巨峰葡萄調配汁澄清效果的影響，以樣品透光率為主要指標，并參考可溶性固形物含量。在單因素試驗的基礎上，設計L9（3.3）正交試驗，確定以明膠為澄清劑的最適澄清工藝。正交試驗水平和因素見表5。

1.4 數據分析 采用SPSS 16.0設計正交試驗，并做顯著性分析。測定結果均以3次平行試驗的平均值表示。

2 結果與分析

2.1 巨峰葡萄原汁微量元素分析

巨峰葡萄原汁含人體必需13種微量元素的測定結果如表6所示。由此可知，尚未檢出Se元素和I元素，其余Fe等11種元素的標準方程均符合線性，決定系數（R.2）為0.996～1.000，相關性良好，檢出限（LOD）為0.016～12.492 μg/L，相對偏差（RSD）為0.561%～8.128%，均小于10%，符合國家標準[16]中的要求。在既定檢測范圍內，巨峰葡萄原汁中Fe含量最高，為8.810 mg/L；其次為Cu，含量為2.340 mg/L；含量在0.1～1.0 mg/L的元素包括Zn、F、Ni，依次為0.943、0.235、0.131 mg/L；Sn、Cr、Mo元素的檢測值分別為0.064 6、0.054 7、0.029 7 mg/L；V元素和Co元素在巨峰葡萄原汁中的含量較低，分別為0.006 96和0.005 45 mg/L。可見，巨峰葡萄汁可幫助人體補充必需的微量元素，尤其是Fe、Cu、Mn和Zn等微量元素的良好來源。

2.2 巨峰葡萄調配汁澄清工藝分析

2.2.1 果膠酶對澄清效果的影響。

2.2.1.1 果膠酶用量的影響。

向試驗樣品中分別添加0、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06 g/L的果膠酶，酶解溫度設為40 ℃，酶解時間30 min，離心后測定上清液的透光率和可溶性固形物含量，結果見圖1。從圖1可以看出，透光率呈現上升、穩定、下降的總體趨勢，并在0.01 g/L時達到最大透光率，為81.3%。當果膠酶用量為0.01 g/L時，可溶性固形物含量從2.9%降至2.2%，而后波動不大，保持在2.0%以上。

2.2.1.2 酶解溫度的影響。

向試驗樣品中添加0.01 g/L果膠酶，設定酶解溫度分別為30、40、50、60、70 ℃，酶解時間為30 min，離心后測定上清液的透光率和可溶性固形物含量，試驗結果如圖2所示。由圖2可知，隨著溫度的升高，透光率呈現先緩慢上升后急劇下降的趨勢，在50 ℃時達最高點，為82.5%。這是因為溫度較低時，尚不能滿足果膠酶對果膠質等物質的最優酶解作用，當溫度進一步升高，超過酶反應的最適溫度時，果膠酶的酶活性降低，酶解作用效果變差，導致透光率急劇下降。隨著酶解溫度的升高，可溶性固形物含量波動不明顯，均保持在2.0%或以上。

2.2.1.3 酶解時間的影響。

向試驗樣品中添加0.01 g/L果膠酶，設定酶解溫度為50 ℃，酶解時間分別設定為20、30、40、50、60 min，離心后測定上清液的透光率和可溶性固形物含量，結果見圖3。從圖3可以看出，酶解時間為20～50 min時，透光率隨著時間的延長而逐漸上升，50 min時達最高點，為82.4%，繼續延長時間，透光率不再上升。可溶性固形物含量發生微小變化，試驗中均保持在2.5%或以上。

2.2.1.4 正交試驗。

表7為果膠酶對澄清效果影響的正交試驗結果。由此可得，試驗的最優組合為A1B2C3，即果膠酶用量為0.01 g/L，酶解溫度為40 ℃，酶解時間為60 min時，可達到最優的澄清效果。由極差分析可知，影響葡萄汁澄清效果因素的主次排序為A、C、B，即果膠酶用量的影響最大，其次是酶解時間，最后是酶解溫度。由顯著性分析可知，果膠酶用量對澄清效果的影響顯著（Sig.=0.03<0.05），酶解溫度（Sig.=0.59）、酶解時間（Sig.=0.42）的影響均不顯著。

2.2.1.5 驗證試驗。

由于所得最優組合的條件在正交的9組試驗中并未涉及，需進行驗證試驗。試驗所得葡萄汁透光率為88.1%，可溶性固形物含量為2.4%，透光率高于以上9組試驗的結果，表明所得最優組合正確。

2.2.2 明膠對澄清效果的影響。

2.2.2.1 明膠溶液濃度的影響。

分別向試驗樣品中添加濃度分別為0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 g/L的明膠溶液，常溫下保持40 min，離心后分別測定上清液的透光率、可溶性固性含量，結果如圖4所示。試驗過程中發現，添加明膠溶液后，出現霧濁現象，有絮狀物生成，并收縮成網狀沉淀物沉淀到容器底部。從圖4可以看出，明膠溶液濃度在0～0.4 g/L時，隨著濃度的增加，透光率呈現上升趨勢，當濃度達0.4 g/L時，透光率最大，為80.7%，濃度繼續增大時透光率不再上升反而下降。可溶性固形物含量則隨著明膠溶液濃度的增大呈現先下降后穩定的趨勢，且下降幅度不大。

2.2.2.2 添加量的影響。

向試驗樣品中添加0.4 g/L明膠溶液體積分別為0、1、2、3、4、5、6 mL，常溫下保持40 min，離心后分別測定上清液的透光率和可溶性固性含量，結果見圖5。由圖5可知，隨著添加量上升，透光率呈現先上升后下降的趨勢，并在添加量為3 mL時達到最大，為83.2%。可溶性固形物含量變化不明顯，均在2%左右波動。

2.2.2.3 作用時間的影響。

向試驗樣品中投入3 mL濃度為0.4 g/L的明膠溶液，常溫下作用時間分別設定為30、60、90、120、150 min，離心后分別測定上清液的透光率和可溶性固性含量，結果如圖6所示。從圖6可以看出，當作用時間為30～90 min時，透光率顯著提高，90 min時達到最大透光率，為85.4%，作用時間繼續延長，透光率出現一定程度下降，隨后保持平穩。可溶性固形物含量變化微小，波動不大。

2.2.2.4 正交試驗。

以明膠作為澄清劑，優化澄清工藝的正交試驗結果見表8。從表8可以得出，最優組合為A3B3C2，即明膠溶液濃度為0.6 g/L，添加量為3 mL，作用時間為120 min。由極差分析可知，各因素對透光率影響主次順序為A、B、C，即明膠溶液濃度的影響最大，其次是添加量，作用時間的影響最小。可溶性固形物含量在正交試驗中差異不大，較為穩定。以透光率為指標，對正交試驗結果進行方差分析。結果表明，3個因素中，僅明膠溶液濃度對透光率有顯著性影響（Sig.=0.03<0.05），添加量（Sig.=0.26）、作用時間（Sig.=0.53）的影響則不顯著。

2.2.2.5 驗證試驗。以正交試驗得到的最優組合進行驗證試驗。試驗所得透光率為91.2%，可溶性固形物含量為1.8%，與正交試驗表中第9組試驗的結果不存在顯著性差異，且均高于其他8組試驗的結果。這表明正交試驗結果較為穩定，最優組合正確。

3 結論與討論

微量元素是人體必需的營養成分，也是巨峰葡萄汁保健功能的重要因素之一。由ICP-MS技術測得巨峰葡萄汁中Fe、Cu、Mn、Zn含量較高，分別為8.810、2.340、2.200、0.943 mg/L。Fe可促進血紅蛋白合成，有助于機體中氧的運輸；Cu的主要功能為輔助造血，可促進血紅蛋白中Fe的合成，促進Fe的吸收，是乳糖酶、酪氨酸酶、超氧化物歧化酶（SOD）重要的組成元素，參與多種代謝反應；Mn可幫助人體形成連接組織、骨骼、凝血因子和性激素，在脂質和糖類代謝、鈣吸收和血糖調控中也扮演著十分重要的角色；Zn參與人體中蛋白質、糖類、脂質和能量的代謝，有助于保持人體皮膚健康，對生長發育、提高人體免疫力、抵御疾病具有非常重要的意義。巨峰葡萄汁可幫助人體補充必需的微量元素，尤其是Fe、Cu、Mn和Zn等的良好來源。

結合單因素和正交試驗，得到最優澄清工藝為果膠酶用量0.01 g/L、酶解溫度40 ℃、酶解時間60 min，透光率為88.1%，可溶性固形物含量為2.4%；或明膠溶液濃度0.6 g/L、添加量3 mL、作用時間120 min，透光率為91.2%，可溶性固形物含量為1.8%。明膠是一種親水性膠體，可吸附葡萄汁中導致渾濁的酚類物質、金屬離子和可溶性蛋白質等，從而發生絮凝反應，沉淀下來，以提高澄清效果。果膠酶與明膠均為良好的澄清劑，既可提高澄清度又可維持可溶性固形物含量，對樣品性質影響不大，結合單因素試驗和正交試驗優化得到澄清工藝簡單、高效、安全、可行，該參數可在巨峰葡萄汁工業化生產中應用。果膠酶和明膠的交聯作用及生產應用推廣將成為下一步研究的重點。

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