火龍果果汁澄清劑篩選及其澄清工藝的優化

張翔，耿麗晶

錦州醫科大學（錦州 121001）

火龍果（pitaya）是一種熱帶和亞熱帶水果，火龍果的果肉中營養豐富，富含維生素、蛋白質、膳食纖維、鉀、鐵、鈣和其他礦物質。果肉中的黑籽也含有大量的蛋白質、膳食纖維、酶，其中果肉中含有部分天然色素，相對于其他火龍果，紅色果肉火龍果營養含量相對更多[2]。紅火龍果果肉的獨特著色使果肉具有豐富的味道，顏色鮮艷，營養豐富[7]。火龍果果肉通過精制用于治療時，可以防止腦細胞退化，減少阿爾茨海默病的發病率。火龍果汁飲料是通過粉碎去皮的果肉制成的，可以保留果肉中的大部分營養成分。然而，火龍果汁在加工、儲存、運輸和銷售的各個環節中容易出現很多問題，如沉淀、分層、變色、渾濁等現象，這些現象對果汁的穩定性和質量有很大影響，從而降低其價格[8-9]。因此找到合適的澄清劑，對火龍果汁的制備至關重要[10-12]。據報道，聚乙烯聚吡咯烷酮（polyvinylpyrrolidone，PVPP）[13-14]、果膠酶G、殼聚糖[15]、明膠[16]、皂土[17]均可作為果汁的澄清劑。試驗為確定火龍果汁的澄清劑和澄清工藝，在5種澄清劑中進行篩選，以提高火龍果果汁穩定性和質量，為火龍果汁的進一步開發和應用提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗原料

火龍果（購自撫順萬達廣場比優特超市）。

1.2 試驗試劑

纖維素酶（河北創之源生物科技有限公司）；酒石酸鉀鈉（河北冠朗生物科技有限公司）；果膠酶（上海吉至生化科技有限公司）；殼聚糖（湖北興銀河化工有限公司）；明膠（河北成大明膠有限公司）；皂土（上海阿拉丁生化科技股份有限公司）；乙醇（廣州刺水科技有限公司）；鹽酸、濃硫酸（重慶川東化工有限公司）；甲醛（重慶吉元化學有限公司）；硫酸銅（廣東凈藍水域有限公司）；氫氧化鈉、葡萄糖、碳酸鈉（上海敢誠化工科技有限公司）；鄰苯二甲酸氫鉀、抗壞血酸、乙酸偏磷酸（深圳金福源生物科技有限公司）。

1.3 主要儀器與設備

85-1C型磁力攪拌器（上海金鵬分析儀器公司）；C02B型電熱保溫干燥箱（重慶實驗設備廠）；722G型可見分光光度計（濟南博鑫生物技術有限公司）；VB0型手持糖度計（上海醫聯控溫儀器廠）；AB204-N型電子分析天平（德立科技有限公司）；Centrifug810R型臺式低溫離心機（德國Eppendorf公司）；JYZ-E3榨汁機（九陽股份有限公司）；WYT型手持折光儀（成都光學儀器廠）。

1.4 試驗方法

1.4.1 火龍果果汁的制備

選擇新鮮火龍果，去除雜質，瀝干，去皮，切成小塊，攪拌。用雙層醫用紗擠壓過濾，得到原汁。調整果汁濃度。加入適量飲用水，將火龍果原汁調至合適水平。通過添加一定比例的澄清劑，可以提高果汁的透光率。

1.4.2 澄清劑的配制

1.4.2.1 1%復合酶溫度在40～50 ℃時，將0.5 g果膠酶、0.5 g纖維素酶溶解在50 mL蒸餾水中，得到1%溶液，備用。

1.4.2.2 1%果膠酶溫度在40～50 ℃時，精確稱取1.0 g果膠酶，溶解在50 mL蒸餾水中，得到1%溶液，備用。

1.4.2.3 1%殼聚糖

精確稱取0.5 g殼聚糖，放入于100 mL容量瓶中，加入50 mL的0.2%檸檬酸水中，加熱至完全溶解，冷卻定容，備用。

1.4.2.4 1%明膠精確稱取1.0 g明膠，溶解在50 mL蒸餾水中，24 h后，水浴溫度在40 ℃時，冷卻后，定容為100 mL。

1.4.2.5 1%皂土

精確稱取1.0 g皂土，溶解在50 mL蒸餾水中，在60 ℃溫度條件下進行膨脹，12 h后，稀釋成10%，備用。

1.4.3 火龍果果汁指標的測定

波長的測定：取適量濾出的原汁，放入離心機中，在6 000 r/min條件下，進行10 min的離心，取適量上清液，用分光光度計測透光率，波長在320～680 nm[13]。

透光率測定：以0杯為參比，以1 cm比色杯為參照，在合適的波長下，測量紅心火龍果汁的透光率，并用4 000 r/min離心10 min，將上清液提取出來，用蒸發水做空白對照，在600 nm處測量上清液的透光率T（%）。

蛋白質含量，參考GB 5009.5—2021《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》，采用凱氏定氮法進行測定；果膠物質含量，參考GB 2760—2014《食品安全國家標準 食品添加劑使用標準》，采用酒精法進行測定；可溶性固形物，參考GB/T 12143.1—88《食品安全國家標準食品中固形物的測定》，采用手持測糖儀進行測定；總酸含量，參考GB 12456—2021《食品安全國家標準 食品中總酸的測定》，采用酸堿滴定法進行測定；總糖含量，參考GB 5009.7—2016《國家標準食品中還原糖的測定方法》，采用直接滴定法進行測定。

1.4.4 不同澄清劑的處理

1.4.4.1 復合酶澄清劑

精確量取50 mL 1.4.1小節所制成的果汁，放入100 mL錐形瓶中，1.4.2.1所制成的復合酶中2種酶質量比1︰1；復合酶添加量依次為0.05，0.10，0.15，0.20，0.25和0.30 g/L；pH為其本身；時間依次為30，60，90，120，150和180 min；溫度依次為35，40，45，50，55和60 ℃。在火龍果汁中加入復合酶以后，在70℃進行滅酶3 min，離心，測透光率。

1.4.4.2 果膠酶澄清劑

精確量取50 mL 1.4.1小節所制成的果汁，放入100 mL錐形瓶中，1.4.2.2所制成的果膠酶的添加量依次為0.05，0.10，0.15，0.20，0.25和0.30 g/L；pH為其本身；時間依次為30，60，90，120，150和180 min；溫度依次為35，40，45，50，55和60 ℃。在火龍果汁中加入果膠酶以后，放入恒溫水浴鍋中，振蕩5 min，放置24 h，取上清液測定透光率。

1.4.4.3 殼聚糖澄清劑

精確量取50 mL 1.4.1小節所制成的果汁，放入100 mL錐形瓶中，1.4.2.3所制成的殼聚糖的添加量依次為1.1，1.2，1.3，1.4，1.5，1.6，1.7和1.8 g/L；pH為其本身；溫度依次為20，25，30，35，40，45和50 ℃；時間依次為40，50，60，70，80，90，100，110和120 min。在火龍果汁中加入殼聚糖以后，放入恒溫水浴鍋中，振蕩5 min，放置24 h，取上清液測定透光率。

1.4.4.4 明膠和皂土2種澄清劑

精確量取50 mL 1.4.1小節所制成的果汁，放入100 mL錐形瓶中，1.4.2.4和1.4.2.5所制成的明膠和皂土的添加量依次為1，2，3，4，5和6 g/L；pH為其本身；溫度依次為35，40，45，50，55和60 ℃；時間依次為5，10，15，20，25和30 min。在火龍果汁中加入澄清劑后，放入恒溫水浴鍋中，振蕩5 min，放置24 h，取上清液測定透光率。

1.5 正交試驗試驗方法

通過單因素試驗，選擇效果最好的澄清劑殼聚糖，進行正交試驗，得到最佳澄清工藝條件，使其優化，因素水平編碼見表1。

表1 正交試驗因素與水平設計

1.6 數據處理

采用Excel和SPSS軟件對試驗數據進行處理及方差分析。

2 結果與分析

2.1 火龍果汁測定波長的確定

如圖1所示，火龍果汁經稀釋10，20和30倍后，透光率在波長600 nm前逐步增加，在波長600 nm以上時，透光率均在90%或更高，并且逐步穩定，因此確定果汁最適測定波長為600 nm。

圖1 不同波長的火龍果汁的透光率

2.2 5種澄清劑對火龍果汁的單因素影響

2.2.1 酶法澄清劑對火龍果汁透光率的影響

在果膠酶與復合酶中2種酶用量比1︰1，澄清時間均為70 min，溫度40 ℃，pH為其本身的條件下，由圖2可以看出，果膠酶用量0.05～0.20 g/L時，其透光率隨著溫度的升高而升高，果膠酶添加量超過0.20 g/L，透光率不再顯著性增加（P＞0.05），趨于穩定后逐漸有所下降。這是由于：如果果膠酶加入量少，無法有效降解果膠；如果果膠酶太多，就會有一部分溶解在果汁中，導致透光度降低。復合酶含量小于0.20 g/L時，其澄清度隨添加量的增加而顯著增加（P＜0.05），超過0.20 g/L時，其透明度降低，這是由于在果汁中存在過多的復合酶，同時也會提高澄清的費用。所以，果膠酶和復合酶加入量均以0.2 g/L為宜。

圖2 不同酶添加量對火龍果汁透光率的影響

在果膠酶與復合酶中2種酶用量比1︰1、酶添加量0.10 g/L、澄清溫度40 ℃、pH為火龍果汁本身pH的條件下，從圖3可以看出，時間50～60 min時，果膠酶和復合酶的澄清作用隨著時間的推移而顯著增加（P＜0.05）。60 min以后，果汁的透明度先降低后逐漸穩定，這是由于果汁中的營養成分比較豐富，如果時間過長，細菌的污染就會造成渾濁。因此，時間60 min對果膠酶和復合酶進行澄清最佳。

圖3 不同酶的澄清時間對火龍果汁透光率的影響

如圖4所示，在果膠酶與復合酶中2種酶用量比1︰1、添加量均為0.10 g/L、火龍果汁本身pH和時間70 min的條件下，果膠酶的最適溫度為50 ℃，低溫對酶活性有抑制作用，高溫會使果膠酶的結構發生損傷，從而影響澄清效果。在40～45 ℃下，復合酶的澄清效果更好，45 ℃以后，復合酶的澄清效果不再顯著增加（P＞0.05），從節能角度出發，以40 ℃為最佳工藝。

圖4 不同酶的澄清溫度對火龍果汁透光率的影響

2.2.2 殼聚糖澄清劑對火龍果果汁透光率的影響

2.2.2.1 殼聚糖添加量對火龍果汁透光率影響

殼聚糖添加量分別為1.0，1.1，1.2，1.3，1.4，1.5，1.6，1.7和1.8 g/L，進行70 min的澄清，溫度25℃，pH為其本身，得出添加量對透光率的影響。在火龍果汁中加入不同量的殼聚糖，透光率的變化如圖5所示。

圖5 殼聚糖添加量對火龍果汁透光率的影響

隨著殼聚糖的加入，火龍果果汁的透光度顯著增加（P＜0.05），在達到峰值后又逐漸降低。其主要原因是：加入少量的殼聚糖，使膠質不能完全去除，仍需用殼聚糖吸附膠質；殼聚糖加入過多，過量的殼聚糖不會對膠體進行吸附，一部分殼聚糖會溶解在清澈的火龍果汁中，從而導致原本清澈的漿液再次變得渾濁。結果表明，殼聚糖添加量1.4～1.6 g/L最佳。

2.2.2.2 澄清時間對火龍果汁透光率影響

時間分別依次為40，50，60，70，80，90，100，110和120 min，殼聚糖添加量1.4 g/L，澄清溫度25℃，pH為其本身，得出時間對透光率的影響。將火龍果果汁進行不同時間的澄清，透光率的變化如圖6所示。在40～80 min范圍內，透光率隨著殼聚糖澄清時間增大而增加。澄清后的火龍果果汁的透光率也迅速提高。在80 min時，果汁的透光率最高。澄清時間超過80 min，隨著殼聚糖澄清時間的增加，其透光率呈不顯著增加（P＞0.05）。由于果汁中含有果膠等負電荷物質，因此，殼聚糖與果膠等具有負電荷的物質發生反應后，會形成一種絮凝物，這種絮凝物的沉降速率是有限制的，而且需要一段時間，因此，澄清度會降低，因此殼聚糖的最佳澄清時間是70～90 min。

圖6 殼聚糖澄清時間對火龍果汁透光率的影響

2.2.2.3 澄清溫度對火龍果汁透光率影響

澄清溫度分別為20，25，30，35，40，45和50℃，殼聚糖添加量1.4 g/L，澄清時間70 min，pH為火龍果汁本身，得出溫度對透光率的影響。將火龍果汁進行不同溫度的澄清，透光率的變化如圖7所示。

圖7 殼聚糖澄清溫度對火龍果汁透光率的影響

在20～30 ℃時，隨著溫度升高，澄清后果汁透光率也顯著增加；在30 ℃條件下，果汁的透光率最高；在30 ℃以上，溫度越高，透光率逐漸降低。殼聚糖是直鏈多糖，所以具有一定黏度，黏度受溫度影響，從而影響絮凝效果，對透光率產生影響。結果表明，25～35 ℃是殼聚糖的最佳澄清溫度范圍。

2.2.3 明膠和皂土2種澄清劑對火龍果果汁透光率的影響

從圖8～圖10可以看出，明膠和皂土的添加量、澄清時間和溫度3種因素對火龍果果汁透光率都有影響，但是透光率的數值很低，效果都不好，其透光率與原汁的透光率接近，對果汁的澄清沒有顯著作用（P＞0.05）。

圖8 明膠和皂土添加量對火龍果汁透光率的影響

圖9 明膠和皂土澄清時間對火龍果汁透光率的影響

圖10 明膠和皂土澄清溫度對火龍果汁透光率的影響

2.3 正交試驗結果分析

采用單因素試驗的結果對5種澄清劑的澄清作用進行概述，結果發現殼聚糖更有效、更容易使用、更便宜。根據單因素試驗的結果進行正交試驗，選擇3個因素，即殼聚糖添加量、澄清時間和澄清溫度，分別取3個水平，進行三水平三因素正交試驗（表1）。正交試驗結果與分析見表2。

表2 正交試驗結果與分析

從表2可以看出，各因素對果汁的透光率的影響程度是A＞B＞C，其中A為殼聚糖添加量，B為澄清時間，C為澄清溫度，根據k值分析其中A3B1C1為最佳，即殼聚糖添加量1.6 g/L，澄清時間70 min，澄清溫度25 ℃。單因素最佳工藝條件為殼聚糖添加量1.5 g/L，澄清時間80 min，澄清溫度30 ℃，其透光率95.1%。而最佳條件的正交試驗結果是A3B1C3時火龍果汁的透光率為97.9%，結果顯示，加入殼聚糖后，2種最佳條件相差0.1 g/L，但正交試驗比單因素最佳澄清時間少10 min，果汁的透光率高出近3%，澄清效果比單因素試驗結果要好，由此可得正交試驗的最佳條件對火龍果汁的澄清效果更好。

2.4 方差分析

進一步探討正交試驗結果，進行方差分析，結果見表3。

表3 正交試驗方差分析表

結果表明，FA＞F臨界值（a=0.05），FB＞F臨界值（a=0.05），即澄清劑添加量和澄清時間對果汁透光率有顯著影響，FC＜F臨界值（a=0.05），即澄清溫度對果汁透光率的影響較小，說明結果與正交試驗表的結論相同。

2.5 火龍果果汁澄清前后營養素含量變化

用殼聚糖對火龍果汁進行澄清處理，對蛋白質、果膠、可溶性固形物、酸、糖含量進行比較，并對澄清前后的火龍果果汁進行營養成分分析。在火龍果果汁的澄清前后，其主要成分變化情況如表4所示。

表4 火龍果果汁澄清前后營養素含量變化

在經過澄清的火龍果果汁中，蛋白質、可溶性固形物和總糖的含量基本保持不變，而總酸含量則發生顯著變化，果膠幾乎沒有。因為殼聚糖與果汁中可溶性蛋白、果膠發生相互作用，使其產生絮凝物，從而改善果汁的澄清，不會對主要營養成分產生影響。

3 結論

在單因素試驗中，殼聚糖比其他澄清劑具有更好的澄清力。正交試驗和對照試驗結果表明：殼聚糖添加量1.6 g/L、時間70 min、溫度35 ℃時的澄清效果最好，得到的果汁清澈均勻，火龍果汁透光率大于95%。經過對照試驗證明，澄清后的果汁能有效減少果膠、可溶性蛋白的含量，不會改變果汁中的蛋白質、可溶性固形物、總糖等主要營養成分，不會影響果汁的理化性能和抗氧化性能。