响应面法对壳聚糖澄清黄秋葵汁工艺的优化

董彩文++汤久停++段蒙蒙++王晓艳++胡金强

摘要：在不同壳聚糖添加量、温度和时间下，研究壳聚糖澄清黄秋葵汁的工艺。在单因素试验的基础上，应用响应面法分析优化壳聚糖对黄秋葵汁的最佳澄清条件。结果表明，壳聚糖对黄秋葵汁的最佳澄清条件是壳聚糖添加量为4.65 mg/mL，作用时间为11.46 min，最适温度为60.67 ℃。在圆整条件下， 即壳聚糖添加量为4.7 mg/mL，作用时间为11.5 min，最适温度为60.7 ℃下进行验证试验，澄清黄秋葵汁的透光率为97.10%。

关键词：黄秋葵；壳聚糖；响应面法；澄清

中图分类号：S649；TS255.36 文献标识码：A 文章编号：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

黄秋葵（Okra）为锦葵科（Malvaceae）秋葵属（Abelmoschu）的一个种[1]。一般认为黄秋葵发源于非洲，而在印度也有野生黄秋葵[2]。黄秋葵除用作日常蔬菜外，还具有抗疲劳、健胃保肝、提高机体免疫力等保健功能[3]，其果实营养丰富，且具有显著的保健作用，欧美等许多国家都已经把它列入21世纪最佳绿色食品的名录中，它还被许多国家定为运动员的首选蔬菜，可见它是一种具有较高营养价值的新式保健蔬菜，也是老年人的保健食品[4-6]。黄秋葵喜温、耐湿、耐高温、干旱，但不耐洪涝、霜冻，生长发育的最适温度为25～28 ℃，另外它在生长的时候要求光照时间长，并且光照充足[7]。但是黄秋葵水分高，易腐败变质。而饮料的保质期一般较长，因此，利用黄秋葵加工成饮料，可以延长保存期[8]。另外，由于黄秋葵的果实中含有大量的果胶，其黏度较高，而壳聚糖作为天然阳离子澄清剂， 具有良好絮凝能力，可與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[9]， 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[10]，为了使饮料澄清，口感清爽，可以用壳聚糖对其进行澄清。

本研究采用壳聚糖对黄秋葵汁进行澄清，通过不同壳聚糖添加量、时间、温度对澄清效果的比较，通过响应面优化法选出最佳的澄清条件，旨在为黄秋葵的深加工提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

黄秋葵，河北广平县黄秋葵种植基地；壳聚糖，桓台县金湖甲壳制品有限公司；醋酸，天津市凯通化学试剂有限公司。

紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）；电热恒温水浴锅（上海医疗器械五厂）；离心机（上海安亭科学仪器公司）。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程 黄秋葵鲜果→清洗→烫漂→冷却→打浆→离心→澄清→过滤→调配→灭菌→清汁。

1.2.2 透光率测定 将用澄清剂澄清后的黄秋葵汁离心后在750 nm处测透光率[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 蛋白质含量的测定 采用考马斯亮蓝G-250法测定蛋白质含量。

1.2.4 黄酮含量的测定 采用分光光度法[12]测定黄酮含量。

1.2.5 单因素试验

1）壳聚糖添加量。先将1 g壳聚糖溶于2%的醋酸溶液中，配成1%的醋酸壳聚糖溶液。将经过离心的黄秋葵汁水浴加热到50 ℃，加入壳聚糖溶液使其终浓度分别达到0.50、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00 mg/mL，水浴0.5 h，离心5 min，取上清液，以透光率为指标，研究壳聚糖添加量对黄秋葵汁澄清效果的影响。

2）温度。将离心的黄秋葵汁分别加热至20、30、40、50、60、70、80、90 ℃，壳聚糖用量4 mg/mL，水浴0.5 h，离心5 min，取上清液，以透光率为指标，研究不同温度对澄清效果的影响。

3）澄清时间。离心的黄秋葵汁加入4 mg/mL的壳聚糖溶液，在60 ℃分别保温2、4、6、8、10、20、30、40 min，离心5 min，取上清液，以透光率为指标，研究澄清时间对黄秋葵汁澄清效果的影响。

1.2.6 壳聚糖澄清条件优化 根据单因素试验结果，以壳聚糖添加量、澄清时间及温度3个因素为试验因子，透光率为响应值，采用响应面设计[13-16]，优化出最佳的壳聚糖澄清条件。响应面试验的因素与水平见表1。

2 结果与分析

2.1 壳聚糖添加量对黄秋葵汁澄清效果的影响

由图1可以看出，随着壳聚糖用量增加，黄秋葵汁的透光率逐渐增大，这是由于壳聚糖带正电荷，它能与黄秋葵汁中果胶、单宁等带负电荷的物质反应形成絮凝引起沉降。当壳聚糖用量低于4 mg/mL时，透光率随着壳聚糖用量增大而增大，达到4 mg/mL 后，透光率趋于平稳，因此，初步选定壳聚糖用量为4 mg/mL。

2.2 温度对黄秋葵汁澄清效果的影响

壳聚糖是氨基葡萄糖的直链多聚糖，受温度影响很大，且能与壳聚糖反应形成絮凝的物质，因此，壳聚糖的絮凝受温度影响较大，从而影响壳聚糖对黄秋葵汁的澄清效果。由图2可以看出，随着温度的升高，黄秋葵汁的透光率逐渐增大，当温度达到60 ℃时，透光率基本趋于稳定，初步选定澄清温度为60 ℃。

2.3 时间对黄秋葵汁澄清效果的影响

由图3可知，壳聚糖作用前10 min，黄秋葵汁的透光率随作用时间的延长逐渐增大，10 min后趋于平稳，黄秋葵汁透光率提高速度相对变缓。但作用时间不能过短，否则不利于壳聚糖对黄秋葵汁的澄清，因此初步选定反应时间为10 min。

2.4 壳聚糖澄清黄秋葵汁的优化结果

响应面试验设计及试验结果见表2。经Design Expert软件对各因素回归拟合后得回归方程：Y=96.86+1.5X1+0.96X2+0.14X3+0.32X1X2+0.18X1X3-0.40X2X3-1.23X12-1.96X22-1.01X32。回归模型方差分析结果见表3，显著性分析见表4。由表3可知，回归方程的二次项具有显著性（P=0.000 2），说明3个试验因子对响应值的影响为二次关系，而不是简单地线性关系，二次方程模型的拟合效果最优。失拟项P=0.401 6，不显著，表明用方程拟合3个参数与透光率之间的关系具有可行性，试验误差较小，所以可以用回归方程来代替试验真实点对试验结果进行分析。

由表4可知，壳聚糖添加量的一次项和二次项，澄清时间的一次项和二次项，温度的二次项对黄秋葵汁的澄清作用均有极显著影响（P<0.01），壳聚糖添加量和澄清时间之间的交互作用，壳聚糖添加量和温度之间的交互作用，澄清时间和温度之间的交互作用对黄秋葵汁的澄清作用均不显著（P>0.05），无统计学差异。

α=0.05显著水平剔除不显著项，简化后的回归方程为Y=96.86+1.5X1+0.96X2-1.23X12-1.96X22-1.01X32

各因素的主效关系为X1>X2>X3，得出最佳工艺条件为壳聚糖添加量为4.65 mg/mL，澄清时间为11.46 min，黄秋葵汁最适温度为60.67 ℃，透光率97.5%。在圆整条件下即壳聚糖添加量为4.7 mg/mL、澄清时间为11.5 min、最适温度为60.7 ℃，实际测定结果平均值为97.10%，实际测定值与预测值的相对误差为0.4%，说明响应面优化得到的参数可靠，具有实际应用价值。

利用响应面软件Design Expert.8.0对表2数据进行回归拟合，所得响应面及等高线见图4至图6。图4至图6直观地反映了各因素交互作用对响应值的影响。壳聚糖添加量与澄清时间对透光率的影响较显著，表现为等高曲线比较陡峭，黄秋葵汁温度影响较小，表现为等高线较平滑，且随数值的增加或減少，响应值变化较小。

2.5 黄秋葵汁澄清前后主要指标的测定

由表5可知，壳聚糖澄清处理后黄秋葵汁透光率明显提高，蛋白质含量和黄酮含量都有所降低，但是变化不大，表明用壳聚糖澄清对黄秋葵汁营养价值影响较小。

3 结论

运用响应面优化壳聚糖澄清黄秋葵汁，确定最佳的澄清工艺条件为壳聚糖添加量为4.65 mg/mL，澄清时间为11.46 min，温度为60.67 ℃。在此条件下黄秋葵汁的透光率最高可达97.5%，在圆整条件下即壳聚糖添加量为4.7 mg/mL、澄清时间为11.5 min、最适温度为60.7 ℃，实际测定结果平均值为97.10%，实际测定值与预测值的相对误差为0.4%，说明响应面优化得到的参数可靠，具有实际应用价值。比较壳聚糖澄清黄秋葵汁前后主要指标的变化，结果表明澄清后透光率明显增加，蛋白质含量和黄酮含量变化不明显。

参考文献：

[1] SENGKHAMPARN N，SAGIS L M，VRIES R D，et al. Physicochemical properties of pectins from okra[J].Food Hydrocolloids，2010，24（1）：35-41.

[2] 李曙轩.中国农业百科全书·疏菜卷[M].北京：农业出版社，1990.

[3] 董彩文，粱少华.黄秋葵的功能特性及综合开发利用[J].食品研究与开发，2007，28（5）：180-182.

[4] 刘 娜.黄秋葵的综合利用及前景[J].中国食物与营养，2007（6）：27-30.

[5] 李建华，陈 珊.黄秋葵水提液抗疲劳的药效学观察[J].中国运动医学杂志，2004，23（2）：196-197.

[6] 杨建平，王 彩，陈雪梅.特色蔬菜新品种黄秋葵的引种观察及裁培[J].西昌农业科技，2006（2）：32-34.

[7] 曹 华.秋葵的栽培技术[J].北京农业，2005（6）：4-5.

[8] 董彩文，段蒙蒙，耿培栋，等.响应面法优化黄秋葵汁酶解工艺条件研究[J].食品工业，2015，36（8）：137-141.

[9] 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.

[10] KNORR D.Use of chtinous polymers in food：A challenge for food research and development[J].Food Technology，1984， 38（1）：85-95.

[11] 张盛贵，魏 苑.不同澄清方法对枸杞汁中营养成分的影响[J].食品工业科技，2011，32（6）：276-280.

[12] DB 13/T385-1998，食品中总黄酮（芦丁）的测定[S].

[13] 苏凤贤，王仁军，张芬琴，等.不同澄清方式对人生果果酒澄清作用的研究[J].食品工业科技，2012，33（8）：333-338.

[14] 葛英亮，马艳秋.响应面法优化蓝莓澄清型果汁饮料工艺[J].食品科学，2012，33（12）：52-57.

[15] 吕丽爽，翟 蓉，冯 娜，等.响应面分析何首乌多糖对苹果汁澄清效果的影响[J].食品与机械，2011，27（1）：113-117.

[16] 周志华，金 锋，惠更平.应用Design Expert優化复合果蔬汁运动饮料配方的研究[J].食品工业，2011（8）：41-43.