壳聚糖澄清柚子汁效果的研究

李　超，王乃馨，季同康，雷文平，付萧逸

(徐州工程学院，江苏 徐州　221018)



壳聚糖澄清柚子汁效果的研究

李超，王乃馨，季同康，雷文平，付萧逸

(徐州工程学院，江苏 徐州221018)

摘要：以壳聚糖为澄清剂，研究了壳聚糖用量、澄清温度和澄清时间对柚子汁透光率的影响；在此基础上，采用Box-Behnken试验设计与分析优化壳聚糖澄清柚子汁的最佳工艺.实验结果表明：壳聚糖澄清柚子汁的最佳工艺参数为壳聚糖用量0.056 g/100 mL，澄清温度39.0 ℃，澄清时间26.4 min，此时实际透光率达最大值98.1%.该方法可为柚子澄清汁的生产提供技术参考.

关键词：壳聚糖；柚子汁；澄清；透光率

柚子归属芸香科，有“天然水果罐头”的美称.现代营养学的研究发现，柚子中含有类胰岛素、果胶、维生素以及粗纤维等活性成分，具有抗氧化、降血脂、降胆固醇等功效[1-4].壳聚糖是葡萄糖的直链多糖，由甲壳素脱乙酰基而成，其为阳聚电解质，可使果汁中的蛋白质和果胶等阴性电解质凝聚形成絮凝物而沉淀，从而达到澄清果汁的目的[5].壳聚糖澄清作为一种优良的澄清方法，具有效率高、效果好、操作简便等特点，目前己广泛应用于果汁的澄清[6-8].采用壳聚糖澄清柚子汁在国内外尚未见报道.本试验利用壳聚糖作为絮凝剂对柚子汁进行澄清试验，并探讨壳聚糖澄清柚子汁的最佳工艺参数，为柚子澄清汁的生产提供技术参考.

1材料与方法

1.1原料与试剂

柚子，市售；壳聚糖(脱乙酰度>90%)，济南海得贝海洋生物工程有限公司出品.

1.2仪器与设备

JYZ-A511型榨汁机，九阳股份有限公司；FA2104N电子分析天平，上海精密科学仪器有限公司；7230G可见分光光度计，上海精密科学仪器有限公司；HH-4数显恒温水浴锅，常州国华电器有限公司；THZ-82恒温振荡器，常州国华电器有限公司；TGL-16G型台式离心机，上海安亭科学仪器厂.

1.3方法

1.3.1工艺流程

柚子汁→壳聚糖处理(120 r/min，震荡)→4000 r/min离心10 min→测定透光率.

1.3.2柚子汁的制备

柚子→选果→清洗→切块→榨汁→单层棉布过滤→4000 r/min离心10 min→柚子汁.

1.3.3壳聚糖溶液的制备

精确称取粉状壳聚糖1 g，溶于50 mL蒸馏水中，再加入1 mL冰醋酸(符合GB 1903—2008)，放入80 ℃水浴锅中加热，搅拌至溶解，用蒸馏水定容至100 mL，保温45 min即可使用.注意随配随用.

1.3.4工艺优化设计

首先以壳聚糖用量、澄清温度和澄清时间为影响因素，考察其对透光率的影响；然后选取壳聚糖用量、澄清温度和澄清时间对透光率影响显著的3个因素，采用三因素三水平的Box-Behnken试验对澄清条件进行优化，因素水平见表1.

表1　因素水平表

设该模型通过最小二乘法拟合的二次多项方程为

式中:y表示预测透光率;x1,x2和x3为自变量代码值；β0为常数项；β1,β2和β3为线性系数；β12,β13和β23为交互项系数；β11,β22和β33为二次项系数.

1.3.5透光率的测定[9]

取少量柚子汁加入到1 cm比色皿中，以娃哈哈纯净水参比，在650 nm下测定透光率，用T(%)表示，T值越大，澄清度越高，表示澄清效果越好.

2结果与分析

2.1单因素试验

2.1.1壳聚糖用量的影响

壳聚糖用量对柚子汁透光率的影响见图1.

由图1可知，当壳聚糖用量在0～0.04 g/100 mL范围内时，随着壳聚糖用量的增加，柚子汁的透光率逐渐增大；当壳聚糖用量为0.04 g/100 mL时，透光率达到最大值；当壳聚糖用量超过0.04 g/100 mL时，透光率反而下降.这是因为壳聚糖过少时，不能吸附果汁中的所有果胶、纤维素等物质，达不到最佳澄清效果，而壳聚糖过多时，自身又会产生沉淀，影响澄清效果.故选择壳聚糖用量0.04 g/100 mL.

2.1.2澄清温度的影响

澄清温度对柚子汁透光率的影响见图2.

图1　壳聚糖用量对柚子汁透光率的影响

图2　澄清温度对柚子汁透光率的影响

由图2可知，当澄清温度在20～40 ℃范围内时，柚子汁的透光率随着澄清温度升高而增大，这是因为壳聚糖的活性受到温度的影响；但是当澄清温度进一步升高，超过40 ℃时，壳聚糖活性降低，吸附果胶、纤维素等物质的能力下降，从而影响透光率.故选择澄清温度40 ℃.

2.1.3澄清时间的影响

澄清时间对柚子汁透光率的影响见图3.

图3　澄清时间对柚子汁透光率的影响

由图3可知，当澄清时间在5～20 min范围内时，柚子汁的透光率随着澄清时间的延长而增大，这是因为壳聚糖吸附果胶、纤维素等物质需要一个过程，时间太短，吸附并沉淀的果胶、纤维素等物质的量较少，柚子汁中还残留部分果胶、纤维素等，所以透光率较低；当澄清时间超过20 min时，前期的沉淀物又会溶解到柚子汁中，影响透光率.故选择澄清时间20 min.

2.2Box-Behnken试验

表2　响应曲面实验结果

对此模型进行方差分析，结果见表3.

表3　方差分析结果

由表3可知，模型具有统计学意义(P<0.01)，失拟项则无统计学意义，R2=0.9958，信噪比为36.262，远大于4，可知回归方程拟合度和可信度均很高，所以可以采用此模型对透光率工艺进行分析和预测.同时由表3中P值可知：模型的一次项x1和x3为极显著，x2为显著；交互项x1x2为显著，x1x3和x2x3为不显著；二次项都为极显著.为进一步确定最佳透光率工艺参数，对所得到的方程逐步回归，删除不显著项，再求一阶偏导，并令其为0，得到的最佳工艺参数为壳聚糖用量0.056 g/100 mL、澄清温度39.0 ℃、澄清时间26.4 min，此时达最大值98.6%.为检验Box-Behnken试验设计所得结果的可靠性，采用上述优化出的参数进行3次验证实验，实际测得的最大值为98.1%，和理论预测值比较，其相对误差约为0.51%.

3结语

在单因素试验的基础上建立了一个以透光率为目标值，以壳聚糖用量、澄清温度和澄清时间为因子的数学模型，方差分析表明拟合较好.通过对回归方程优化计算，得到壳聚糖澄清柚子汁的最佳工艺参数为壳聚糖用量0.056 g/100 mL、澄清温度39.0 ℃、澄清时间26.4 min.对所建立的数学模型进行了试验验证，最佳工艺参数下得到实际透光率98.1%，与理论值98.6%基本一致.

参考文献：

[1] 郭莉,阚建全,孙志高,等.柚子活性成分的提取及其功能研究进展[J].食品研究与开发,2007,28(8):167-171.

[2] CHEONG M W,LIU S Q,ZHOU W B,et al.Chemical composition and sensory profile of pomelo(Citrus grandis (L.) Osbeck) juice[J].Food Chemistry,2012,135(4):2505-2513.

[3] 张怡,曾绍校,郑宝东.柚子降血脂作用的研究[J].营养学报,2010(4):406-408.

[5] 邢树文.壳聚糖对马蹄汁澄清效果的影响[J].食品与机械,2011,27(1):118-120.

[6] DOMINGUES R C C,JUNIOR S B F,SILVA R B,et al.Clarification of passion fruit juice with chitosan:Effects of coagulation process variables and comparison with centrifugation and enzymatic treatments[J].Process Biochemistry,2012,47(3):467-471.

[7] CHATTERJEE Sandipan,CHATTERJEE Sudipta,CHATTERJEE B,et al.Clarification of fruit juice with chitosan[J].Process Biochemistry,2004,39(12):2229-2232.

[8] RUNGSARDTHONG V,WONGVUTTANAKUL N,KONGPIEN N,et al.Application of fungal chitosan for clarification of apple juice[J].Process Biochemistry,2006,41(3):589-593.

[9] 游剑,王飞,王君容.果胶酶澄清柚子汁工艺条件研究[J].中国酿造,2014,33(9):98-101.

(编辑武峰)

Study on Clarification Effect of Chitosan on Pomelo Juice

LI Chao,WANG Naixin,JI Tongkang,LEI Wenping,FU Xiaoyi

(College of Food Engineering, Xuzhou Institute of Technology, Xuzhou 221018, China)

Abstract:Taking chitosan as the clarifier,the effect of chitosan amount,clarification temperature and time on the transmittance of pomelo juice was firstly investigated in the paper.And then,the process of clarifying pomelo juice with chitosan was optimized by the Box-Behnken experiment design and analysis.The results show that the best process parameters are as followed:amount of chitosan 0.056 g/100 mL,clarification temperature 39.0 ℃ and clarification time 26.4 min.Under these conditions,the highest transmittance of pomelo juice is 98.1%.The technique can provide the technical support for the production of the clarified juice of pomelo.

Key words:chitosan; pomelo juice; clarification; transmittance

收稿日期：2016-01-24

基金项目：国家星火计划项目(2014GA690105)，徐州工程学院大学生创新训练计划项目(XCX2015116)

作者简介：李超(1978-)，男，副教授，博士，主要从事天然产物化学和食品加工研究.

中图分类号：TS275.5

文献标志码：A

文章编号：1674-358X(2016)02-0084-05