壳聚糖对葡萄汁的澄清作用

刘崑,高婷婷,杨柳

(辽宁医学院,辽宁锦州,121001)

壳聚糖对葡萄汁的澄清作用

刘崑,高婷婷,杨柳

(辽宁医学院,辽宁锦州,121001)

旨在研究壳聚糖对葡萄汁澄清的效果。通过单因素实验可知,壳聚糖添加量 0.6～0.8g/L,澄清温度为50～70℃,pH值为 3.49,澄清时间为 40～60 min时,对葡萄汁澄清效果较好,正交实验对壳聚糖澄清葡萄汁适宜工艺:壳聚糖添加量 0.8g/L,葡萄汁澄清温度为 60℃,澄清时间为 50 min,pH选择葡萄汁的自然 pH值 3.49,其透光率可达 92.3%。与原相比葡萄汁可溶性固形物含量、pH值基本不变,果胶和蛋白质大量清除,提高了葡萄果汁的稳定性。

壳聚糖,葡萄汁,澄清

葡萄汁产生浑浊和沉淀主要有 3方面原因:(1)蛋白质、果胶引起雾浊;(2)多酚类物质不稳定引起的浑浊;(3)酒石酸析出及葡萄果肉碎片残留引起的沉淀[1]。目前葡萄汁澄清的材料有果胶酶、蛋白酶、皂土、酪蛋白、牛血清蛋白、蛋清、明胶等[2]。壳聚糖作为天然阳离子澄清剂,具有良好絮凝能力,可与果浆中带负电荷的蛋白质、纤维素、果胶相互作用而将其絮凝[3],同时壳聚糖分子中的乙酰基可通过氢键吸附果汁中某些酚类化合物[4]。壳聚糖作为生物体产物,具有天然、安全、无毒、无害等特点。已被美国食品药物管理局 (FDA)批准为食品添加剂[5]。本文采用壳聚糖对葡萄汁进行处理,通过对壳聚糖用量、澄清温度、澄清 pH值以及澄清时间 4个参数进行单因素和正交实验确定最佳澄清条件,试图为葡萄汁的生产提供优化的工艺条件。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

紫外可见分光光度计 (UV765),上海精密科学仪器有限公司);恒温水浴锅 (HH-S型,金坛市科兴仪器厂);离心机 (TDL-60C),上海精密科学仪器有限公司);飞利浦榨汁机;精密 pH计 (PHS-3C),上海雷磁仪器厂);阿贝折射仪 (WAY型),上海精密光学仪器公司);巨峰葡萄 (市售);壳聚糖 (河南金润食品添加剂有限公司)取 1g壳聚糖用 100 mL质量分数 1%柠檬酸溶液充分搅拌并加热溶解。

1.2 工艺流程

原料→挑选→清洗→破碎→榨汁→过滤→原果汁→离心分离→加入壳聚糖→澄清葡萄汁

1.3 试验方法

1.3.1 澄清方法

选择新鲜、成熟、无虫害的葡萄,用流动水反复搓洗 3次,除去附着在葡萄表面的泥沙等杂质;洗净后的葡萄除去葡萄籽,破碎,打浆榨汁;用 4层纱布过滤,过滤后的葡萄汁在 4 000 r/min,离心 5 min。将压榨离心后的葡萄汁分别在壳聚糖用量 (0.2～1.2 g/L)、温度 (30～80℃)、澄清时间 (20～80 min)、pH值 (2.48～6.45)条件下对葡萄汁进行澄清,取澄清液测定其透光率、可溶性固形物、果胶物质定性检测,以考察各因素对澄清效果的影响,然后根据单因素试验结果,对壳聚糖用量、温度、时间进行正交试验,确定最适工艺条件。

1.3.2 测定项目

1.3.2.1 澄清度测定

取一定量的葡萄原汁,加入 0.6 g/L的壳聚糖,在 50℃下澄清 60 min后过滤,采用分光光度测定澄清葡萄汁在不同波长下的透光率,进而确定最适波长。在适宜波长处,以蒸馏水为空白,测定葡萄汁透光率 T值作为葡萄汁澄清度,T值越大澄清度越高,表明葡萄汁澄清效果越好。

1.3.2.2 果胶物质定性检测[6-7]

采用乙醇变性法测定,98%变性乙醇[V(无水乙醇 )∶V(浓盐酸 )=98∶2)与葡萄澄清汁按 1∶1比例混合,装入 30 mL的试管,用手 4指紧握试管,大拇指按紧试管口,翻转轻摇,静置 30 min后观察。若液体的产生絮状物,表明果汁中的果胶物质还没有被彻底分解,用“+”表示。若液体的表面没有絮状物产生,表明果汁中的果胶物质已基本被分解,说明果汁中无果胶物质存在,用“-”表示。

1.3.2.3 可溶性固形物的测定

采用折光法 (GB 12143.1-1988)。

1.3.2.4 蛋白质含量测定

用考马斯亮蓝 G-250法。

2 结果与分析

2.1 测定澄清葡萄汁透光率最适波长的确定

取一定的葡萄原汁,按 0.6 g/L(壳聚糖 /原汁)加入壳聚糖,在 50℃,葡萄汁自然 pH值 3.49下,作用 60 min后,测定葡萄澄清汁在不同波长下的透光率,其结果见图 1。

图 1 测定波长与葡萄汁透光率的关系

由图 1可知,澄清葡萄汁的透光率值随着测定波长的增大而逐渐增大并趋于稳定,当测定波长达到 710 nm后,澄清葡萄汁的透光率达到 93%以上并趋于稳定,说明测定澄清葡萄汁透光率的最适吸收波长为 710 nm。

2.2 壳聚糖用量对葡萄汁澄清的影响

由图 2可知,壳聚糖澄清葡萄汁时,其用量对澄清效果有很大影响。随着壳聚糖用量的增加,葡萄汁的透光率升高,增加到 0.6 g/L时,透光率达到最大94.5%;壳聚糖量进一步增加时,透光率逐步下降。这主要由于壳聚糖用量少时,胶体物质不能完全被除去,澄清效果差;用量过多时,壳聚糖又部分溶解于葡萄汁中,使葡萄汁出现混浊。

图 2 壳聚糖用量与葡萄汁透光率的关系

从表 l中看出,葡萄汁中可溶性固形物含量随壳聚糖添加量增加基本没有明显变化。壳聚糖添加量达到 0.4g/L,果胶呈阳性反应,说明葡萄汁中果胶物质没有被完全除去;增加到 0.6 g/L时,果胶呈阴性反应,葡萄汁中果胶物质基本能被完全除去。综上可知,壳聚糖的最佳用量是 0.6～0.8g/L。

表1 壳聚糖用量与葡萄汁中可溶性固形物含量及果胶含量程度的关系

2.3 壳聚糖澄清时间对葡萄汁澄清的影响

由图 3可知,当随着壳聚糖添加量增加,葡萄汁的透光率上升较快,澄清在 60 min时,达到最大值89.1%,当澄清时间超过 60 min后,透光率缓慢减低。这是由于壳聚糖与葡萄汁中果胶等带负电荷物质相互作用,产生絮凝沉淀物,絮凝沉淀物在葡萄汁中停留时间过长,会造成沉淀物的部分重新溶解,导致沉淀物减少。

图 3 不同澄清时间与葡萄汁透光率的关系

从表 2可知,壳聚糖澄清时间的长短对葡萄汁可溶性固形物含量基本无影响。对果胶物质含量有一定影响,壳聚糖加入后,澄清时间小于 30 min时,果胶定性检测呈阳性,说明葡萄汁中果胶物质没有被完全除去;当澄清时间大于 30 min时,葡萄汁中果胶物质基本能被完全除去。

综上可知,用壳聚糖澄清葡萄汁时,澄清时间以40～60 min为最佳。

表2 澄清时间与葡萄汁中可溶性固形物含量及果胶含量程度的关系

2.4 壳聚糖澄清温度对葡萄汁澄清的影响

温度不仅对壳聚糖的黏性有很大影响,且对葡萄汁中胶体物质的稳定性影响较大,从而影响到壳聚糖对葡萄汁澄清的效果。由图 4可以看出,随着温度的升高,澄清汁的透光率先增加,温度为 60℃时,透光率达到最大汁为 92.5%;随温度上升,透光率下降;但温度过高使壳聚糖发生降解,从而降低了壳聚糖溶液的絮凝效果,胶体物质的热凝变性作用占澄清的主导地位,但这种澄清效果不明显。

由表 3可以看出,随着葡萄汁温度的升高,可溶性固形物基本没有变化。葡萄汁的温度低于 40℃时,葡萄汁中的果胶呈阳性反应,说明果胶未被彻底吸附;温度高于 40℃时,果胶呈阴性反应,说明果胶物质已基本被完全吸附。

综上可知,用壳聚糖澄清葡萄汁时,澄清温度以50～70℃为最佳。

图 4 不同澄清温度与葡萄汁透光率的关系

表3 澄清温度与葡萄汁中可溶性固形物含量及果胶含量程度的关系

2.5 壳聚糖澄清 pH值对葡萄汁澄清的影响

壳聚糖澄清葡萄汁时,pH值不仅对壳聚糖的电荷性质、胶体物质的凝聚作用、葡萄汁中胶体物质的稳定性,以及葡萄汁的颜色都有影响。从图 5可以看出,葡萄汁 pH值对透光率有较大的影响。随着 pH增加,透光率上升;葡萄汁在自然 pH值 3.49条件下,透光率最大 89.4%;pH值在 3.49～6.45内,透光率逐渐降低。

pH值变化对葡萄汁的颜色有一定的影响。葡萄汁自然 pH值下为紫红色,随着 pH值增加葡萄汁的颜色由紫红色转变藏蓝色进而变成草绿色。

由表 4可知,pH值在 2.48～6.45内,葡萄澄清汁中的可溶性固形物含量基本无变化。葡萄汁在自然 pH值在 3.49以后,葡萄澄清汁中的果胶呈阴性反应,说明果胶物质已基本被除去。

综上可知,考虑到澄清后葡萄汁的颜色、透光率、果胶含量、可溶性固形物,pH值选择在自然 pH值3.49。

图 5 不同 pH值与葡萄汁透光率的关系

表4 pH值与葡萄汁中可溶性固形物含量及果胶含量程度的关系

2.6 壳聚糖对葡萄汁澄清的多因素正交试验

2.6.1 正交试验因素水平设计

根据以上壳聚糖对葡萄汁澄清的单因素试验的结果,进行正交试验,设计如表 5。

表5 正交试验因素水平

2.6.2 正交试验结果及分析

正交试验 (表 6)结果表明,决定试验结果因素的主次顺序为 A>B>C。最适组合为 A2B2C2,即壳聚糖用量为 0.8 g/L,葡萄汁澄清温度为 60℃,澄清时间为 50 min。取一定量的葡萄原汁,以 0.8g/L的量添加壳聚糖,然后在 60℃温度下澄清 50 min,取其上清液过滤后测透光率,结果为 92.3%。可知,利用壳聚糖最佳条件澄清的葡萄原汁,其透光率最高。

2.7 壳聚糖澄清葡萄汁前后变化

选正交最佳组合 A2B2C2对葡萄汁进行澄清处理,测定壳聚糖澄清处理后葡萄汁的透光率、可溶性固形物的变化等指标,并与澄清前的作对比,试验结果见表 7。

表6 L9(34)正交试验及结果分析

表7 葡萄汁壳聚糖澄清前后各成分变化

由表 7结果可知,澄清后葡萄汁中可溶性固形物含量减少,但不明显;澄清后的透光率比澄清前显著提高,澄清后葡萄汁透光率为澄清前的 3.91倍;蛋白质含量澄清后比澄清前下降了 55.1%;澄清后清除了影响葡萄汁澄清度的果胶,果胶定性实验由原来的阳性变为阴性。由上可知,采用壳聚糖澄清葡萄汁能大量清除了影响葡萄汁澄清度的果胶和部分蛋白质。

3 结论

通过壳聚糖对葡萄汁澄清的单因素试验研究表明,壳聚糖用量为 0.6～0.8 g/L,澄清时间为 40～60 min,澄清温度为 50～70℃时,壳聚糖对葡萄汁澄清处理的效果较好,且可溶性固形物含量基本不变。在此基础上,采用正交试验,得出壳聚糖对葡萄汁澄清处理的最适工艺条件为:壳聚糖添加量 0.8 g/L,葡萄汁澄清温度为 60℃,澄清时间为 50 min,pH值选择葡萄汁的自然 pH值 3.49,其透光率可达 92.3%。影响葡萄汁稳定性的果胶和蛋白质在澄清过程中被大量清除,葡萄汁稳定性大大提高。

[1] 王伟军,李延华,张兰威.葡萄汁降酸及澄清技术研究与应用现状[J].中国酿造,2010,218(5):16-19.

[2] 屈慧鸽.小麦谷朊蛋白对霞多丽葡萄汁澄清效果的研究[J].食品科学,2008,29(11):210-212.

[3] 吴长青.壳聚糖在果汁澄清工艺上的应用[J].饮料工业,2001,4(3):9-11.

[4] Dietrich Knorr.Use ofchitinous polymers in food-a challengefor food research and development[J].Food technology,1984,38(1):85-95.

[5] 田其英.壳聚糖对苹果汁澄清的研究 [ J].贵州农业科学,2009,37(12):180-182.

[6] 张鑫,,郝莉花,高愿军.壳聚糖对山楂汁澄清效果的研究[J].食品研究与开发,2005,26(3):77-80.

[7] 陈洁兰,刘欣,赵力超,蔡琼.壳聚糖澄清菠萝汁工艺研究[J].食品研究与开发,2009,30(8):119-122.

Effects of Chitosan on Clarification of Grape Fruit Juice

Liu Kun,Gao Ting-ting,Yang Liu
(Collge of Food Science and Engineering,LiaoningMedicalUniversity,Jinzhou 121001,China)

The clarification of grape juice by means of chitosan was studied.The results from the test of single factor showed that the optimum chitosan amount,temperature,pH and clarification ti me was 0.6～0.8g/L,50～70℃,3.49 and 40～60min respectively for clarification of grape juice.The results from the orthogonal test showed that the optimum technological condition for clarification of grape juice was adding 0.8 g/L chitosan at 60℃for 50min and its trans mittance of the clarified grape juice was up to 92.3%。Comparing with the original grape juice,the contents of soluble solids,pH were al most the same after clarification.Removing both the pectin and some proteins i mproved the stability of grape juice.

chitosan,grape juice,clarification

硕士,讲师。

2010-11-18,改回日期:2010-12-22