响应面法优化蓝靛果果汁脱涩工艺

顾晓雨，李雨蒙，陈玺之，马蕊，王鑫, 2

响应面法优化蓝靛果果汁脱涩工艺

顾晓雨1a, 1b，李雨蒙1a, 1b，陈玺之1a, 1b，马蕊1a, 1b，王鑫1a, 1b, 2

（1.哈尔滨商业大学 a.食品工程学院 b.黑龙江省谷物食品与谷物资源重点实验室，哈尔滨 150028；2.黑龙江省林业科学院，哈尔滨 150081）

研究对比不同脱涩方法对蓝靛果果汁的降涩效果，从而达到改善果汁口感的目的。以蓝靛果“蓓蕾”为原料，经复合酶酶解后，以单宁脱除率及花色苷保留率为指标，对比活性炭协同超声波脱涩法和酪蛋白脱涩法对果汁的脱涩效果，在单因素试验的基础上，采用响应面试验优化脱涩工艺条件。酪蛋白脱涩法响应面优化分析确定最佳工艺参数，质量分数为0.9%，作用温度为56 ℃，作用时间为33 min，此时单宁脱除率为(62.13±0.29)%，花色苷的保留率为(67.53±0.14)%。在此优化条件下，蓝靛果果汁单宁脱除率高且花色苷保留率好，同时改善了果汁口感，为提升蓝靛果果汁品质提供了实际应用价值。

蓝靛果；脱涩；单宁；果汁

蓝靛果，忍冬科忍冬属，果实富含氨基酸、花青素和有机酸等多种活性成分，在营养及药用保健方面具有较高价值[1]。果实味道酸甜略带苦涩，柔软多汁，而不易储存，榨取果汁是蓝靛果深加工的重要手段，果汁色泽鲜艳且口味极佳，符合近年来人们生活方式及对健康理念的追求，开发应用前景广阔[2]。果汁中富含大量可与口腔唾液蛋白结合的多酚类物质，二者聚合形成大分子沉淀，造成口腔收敛性和舌头表皮黏膜染色现象，从而影响果汁的口感、色泽和澄清度[3—4]。基于小浆果产业和市场需求的调研分析，蓝靛果果汁的脱涩研究，可改善果汁的口感同时满足大众对健康的追求及市场需求[5—7]。

国内外学者利用不同原理的脱涩方法对浆果类果汁进行脱涩处理，包括物理方法、化学方法和生物法等[8—10]，例如董新海[11]采用活性炭对柿汁进行脱涩，通过吸附间苯三酚类多酚及其缩合单宁物质，可降低混浊、减少前体物质、缩合单宁及活性蛋白的含量。基于活性炭的脱涩效果协同超声波技术，增大活性炭的比表面积，同时产生的热效应可增强吸附作用，达到更好的脱涩效果[12]。赵先明等[13]采用酪蛋白对紫色绿茶进行脱涩，通过与多酚发生络合反应，降低单宁含量从而达到除涩目的。目前酪蛋白广泛应用于茶类的脱涩工艺，在果汁降涩领域应用尚少。

为达到脱涩过程中最大限度保持果汁营养价值及色泽的目的，采用活性炭协同超声波法和酪蛋白脱涩法对蓝靛果果汁中单宁含量及花色苷含量的影响进行比较[14]，通过分析不同添加量、作用温度、作用时间等因素的影响，确定果汁脱涩的最佳工艺条件[15]，以期为蓝靛果果汁品质提升提供有效的参考价值。

1 实验

1.1 材料与仪器

主要材料：蓝靛果“蓓蕾”，采自黑龙江勃利县；果胶酶（960 U/g）、纤维素酶（800 U/g），河南晟发生物科技有限公司；氯化钾、无水碳酸钠，天津市天力化学试剂有限公司；磷酸、浓盐酸，佛山市华希盛化工有限公司；钼酸钠，天津市福晨化学试剂厂；钨酸钠，国药集团化学试剂有限公司；没食子酸，上海展云化工有限公司；活性炭，河南鸿树环保材料有限公司；酪蛋白，北京奥博星生物技术有限责任公司。

主要仪器：九阳L18-Y926破碎机，九阳股份有限公司；DK-98-Ⅱ电热恒温水浴锅，天津泰斯特仪器有限公司；KQ-250DE超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司；UV-5200紫外分光光度计，上海元析仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 蓝靛果果汁的制备

蓝靛果解冻后榨汁，果汁中加入质量分数为0.2%的果胶酶和质量分数为0.1 %的纤维素酶。50 ℃热水浴酶解1.5 h，85 ℃钝酶处理15 min后，将处理后的果汁迅速冷却至室温，抽滤后保存备用。

1.2.2 单因素实验

1.2.2.1 活性炭协同超声波脱涩法

1）活性炭添加量在果汁脱涩工艺中的效果。在超声功率为220 W，作用温度为50 ℃，作用时间为40 min时，考察活性炭质量分数分别为0.5%，1%，1.5%，2 %，2.5%时对单宁脱除率和花色苷保留率的影响。

2）超声波作用时间在果汁脱涩工艺中的效果。在超声功率为220 W，活性炭质量分数为2%，作用温度为50 ℃时，考察作用时间分别为10，20，30，40，50 min时对单宁脱除率和花色苷保留率的影响。

3）超声波作用温度在果汁脱涩工艺中的效果。在超声功率为220 W，活性炭质量分数为2%，作用时间为40 min时，考察作用温度分别为20，30，40，50，60 ℃时对单宁脱除率和花色苷保留率的影响。

1.2.2.2 酪蛋白脱涩法

1）酪蛋白添加量在果汁脱涩工艺中的效果。在30 ℃水浴条件和作用时间30 min下，考察酪蛋白质量分数分别为0%，0.3%，0.6%，0.9%，1.2%时对单宁脱除率和花色苷保留率的影响。

2）作用温度在果汁脱涩工艺中的效果。在酪蛋白质量分数为0.6%和作用时间为30 min下，考察作用温度分别为20，30，40，50，60 ℃时对单宁脱除率和花色苷保留率的影响。

3）作用时间在果汁脱涩工艺中的效果。固定30 ℃水浴条件和酪蛋白质量分数为0.6%，考察作用时间分别为10，20，30，40，50 min时对单宁脱除率和花色苷保留率的影响。

1.2.3 标准曲线的绘制及单宁含量的测定

蓝靛果果汁中单宁含量根据NY/T 1600—2008中分光光度法测定，标准曲线的线性回归方程为：=0.0371+0.0089,2=0.9975。单宁脱除率通过式（1）计算。

单宁脱除率(1)

式中：1为蓝靛果果汁处理前单宁质量浓度（mg/mL）；2为蓝靛果果汁处理后单宁质量浓度（mg/mL）。

1.2.4 花色苷含量的测定

蓝靛果果汁中花色苷含量采用pH示差法[16]测定，花色苷保留率应用式（2）计算。

花色苷保留率(2)

式中：1为蓝靛果果汁处理前花色苷质量浓度（mg/mL）；2为蓝靛果果汁处理后花色苷质量浓度（mg/mL）。

1.3 响应面优化实验

根据以上单因素实验，将自变量设定为酪蛋白添加量A、作用温度B、作用时间C，通过BoxBehnken原理和DesignExpert软件对所得数据进行分析，设计3因素3水平的响应面优化试验，改进果汁脱涩工艺，为自变量和编码水平见表1。

表1 响应面优化实验自变量与编码水平

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果与分析

2.1.1 活性炭协同超声波脱涩法

活性炭与超声波联用，可增强其吸附果汁中单宁的能力，从而达到果汁脱涩的目的。根据图1可知，单宁脱除效果与活性炭添加量呈正相关，单宁脱除率从28.67%增至40.48%，活性炭添加量增加，会使单宁分子与多孔含空腔的活性炭粉末接触面积增大，在一定范围内，单宁脱除率与其比表面积呈正相关。当活性炭质量分数由1.5%升至2.5%时，单宁脱除率呈平缓下降趋势，由40.48%下降至31.55 %，这可能是由于蓝靛果果汁中加入1.5%活性炭后，果汁中大部分单宁已被活性炭吸附，活性炭持续增加会造成过多的空间位阻，影响单宁与活性炭有效吸附位点的结合，因此，单宁脱除率呈下降趋势[17]。活性炭添加量与花色苷保留效果呈负相关，活性炭质量分数为0.5%～2.5%时，花色苷保留率由72.50%逐渐降至48.08%。由于花色苷会与活性炭吸附位点结合，活性炭添加量越多，吸附位点随之增加，从而花色苷保留率越低[18]，因此选用适宜活性炭质量分数为1.5%。

图1 活性炭添加量对单宁脱除率及花色苷保留率的影响

根据图2可知，随着活性炭协同超声波作用温度的增大，果汁中单宁脱除率呈持续上升趋势，作用温度为20～50 ℃时，单宁脱除率由9.92%增至65.64%，可能是由于温度升高分子热运动加快，单宁分子更易与活性炭活性吸附点结合，提升吸附效果，因此单宁脱除率升高[19]。同时，花色苷保留效果与作用温度呈负相关，作用温度20～50 ℃时，花色苷保留率由52.12%降至38.73%，一方面可能是由于温度升高，花色苷分子运动加快更易与活性炭结合，另一方面温度升高导致花色苷分子化学结构遭到破坏[20]，因此选用适宜作用温度为50 ℃。

图2 作用温度对单宁脱除率及花色苷保留率的影响

根据图3可知，随着活性炭协同超声波作用时间的延长，蓝靛果果汁中的单宁脱除率逐渐增加，作用时间为10～50 min时，单宁脱除率由17.71%升高至34.81%，而果汁中花色苷保留率逐渐降低，由82.91%降至64.56%。这可能是由于活性炭属于多孔材料，单宁、花色苷等分子被吸附于活性炭表面，在孔道内运动速度缓慢，而分子随时间的增长逐渐填满活性炭孔道，因此单宁脱除率逐渐升高同时花色苷保留率呈持续降低趋势[21—22]，因此选用适宜作用时间20 min。

图3 作用时间对单宁脱除率及花色苷保留率的影响

2.1.2 酪蛋白脱涩法

果汁中的单宁可与酪蛋白相互作用形成复合物且不易于分解，从而降低单宁收敛性，即降涩[23—24]。由图4可看出，整体呈上升趋势的为单宁脱除率，由8.57%上升至60.91%，当酪蛋白质量分数由0.30%增至0.60%时，单宁脱除率由49.47%微降至48.78%，这可能是由于酪蛋白疏水区的面积减小，与单宁结构中的酚羟基结合能力减弱，从而降低其与单宁的结合[25]。随着酪蛋白添加量的增加，花色苷保留率逐渐降低，这是由于酪蛋白会和蓝靛果果汁中的花色苷结合形成复合物，且结合程度与酪蛋白添加量成正相关[26]。相较于未添加酪蛋白的果汁，其降涩效果更优，因此选择适宜的酪蛋白质量分数0.90%。

图4 酪蛋白添加量对单宁脱除率和花色苷保留率的影响

根据图5可知，温度在20～60 ℃时，单宁脱除率保持上升趋势，由13.21%上升至27.90%，变化幅度较小，表明温度不是影响单宁与酪蛋白结合的最强因素。当温度升至50 ℃时单宁脱除率为27.81%，继续升温至60 ℃，升至27.90%且基本保持稳定状态，说明温度过高会导致酪蛋白活性降低或酪蛋白与单宁的结合达到饱和点。酪蛋白的氢键和疏水键可与单宁结合，温度为40 ℃时单宁脱除率产生下降现象，此温度下脱除率为17.36%，可能是在此条件下酪蛋白的氢键和疏水键受到影响所致[27]。花色苷保留率与温度呈负相关，升高温度始终呈下降趋势，且变化幅度较大，这是由于花色苷具有热稳定性差的性质[28]，因此选择适宜的作用温度50 ℃。

图5 作用温度对单宁脱除率和花色苷保留率的影响

图6可以表明，当作用时间处于10～30 min时，随作用时间的增长，单宁脱除率由33.43%逐渐增至62.18%；作用时间在30～50 min时，单宁脱除率与作用时间呈负相关，单宁脱除率随作用时间的增长降至58.63%。这可能是由于作用时间过长，酪蛋白添加量以及作用温度等条件的限制，导致酪蛋白与单宁的结合达到饱和状态[29]。单宁与蛋白质结合是可逆反应，在作用30 min后，达到发生可逆反应的条件，致使单宁脱除率下降[30—32]。花色苷保留率与作用时间呈负相关，而花色苷作为天然色素不仅营养丰富，同时赋予果汁鲜艳色泽，所以在确保更大程度脱除单宁的同时，应保留大部分的花色苷，因此选择适宜的作用时间30 min。

图6 作用时间对单宁脱除率和花色苷保留率的影响

2.2 响应面优化分析

2.2.1 响应面试验设计及结果

基于单因素试验的结果对比分析，活性炭协同超声波脱涩法与酪蛋白脱涩法均能有效地脱除果汁中的单宁，但活性炭脱涩法处理时花色苷保留率为45%～55%，而酪蛋白脱涩法处理时花色苷保留率为75%～85%。陈涵等[33—34]利用活性炭吸附果汁中的单宁，其花色苷含量相较于明胶脱除法降低较多，与文中研究结果趋势相同，酪蛋白可与多酚发生络合反应，并且用其脱涩花色苷保留率较高。通过这2种方法比较，活性炭脱涩法对花色苷保留率影响更大，因此采用响应面试验优化选用酪蛋白脱涩法，依据Box-Behnken原理，选取单宁脱除率为响应值，以添加量、作用温度和作用时间为自变量，通过响应面分析法对3因素3水平实验进行优化。

2.2.2 模型的建立及分析

采用Design-Expert 8.0.6分析软件对表2所得数据进行拟合分析，获得单宁脱除率（）与添加量（）、作用温度（）和作用时间（）3因素3水平回归模型方程：=−407.30+238.50+7.01+10.57−2.30+ 1.17+2.88×10−3−87.55A2−0.0462−0.182。

由方程式和表3方差分析可知，模型<0.0001，失拟项不显著，2Adj=0.9995，说明99.95 %响应面值变化可以用该模型来表示；2=0.9998，说明该回归模型可靠性较好，可预测分析蓝靛果单宁脱除率。结合值和值，不同因素对单宁脱除率影响顺序为：作用时间（）>作用温度（）>添加量（），对蓝靛果单宁脱除率影响最显著的为作用时间。

2.2.3 各因素交互作用分析

在添加量、作用温度和作用时间等3个因素中一个因素不变的时候，获得其余2个因素的三维响应面曲线和等高线。2个因素之间的响应面曲线与等高线见图7—8。当交互作用显著时，等高线呈马鞍形或椭圆形，且响应曲面陡峭；当交互作用不显著时，等高线是圆形[35]。

由图7可知，当作用时间为最优条件时，添加量与作用温度的变化曲面陡峭，且等高线为明显的椭圆形，表明添加量和作用温度交互作用对单宁脱除率产生了显著性影响。由方差分析结果，添加量和作用温度（）<0.0001，说明交互作用结果与方差分析结果切合。

由图8可知，当作用时间为最优条件时，添加量和作用时间的变化曲面均陡峭，作用时间的变化曲面比添加量的变化曲面更陡峭，说明与添加量相比，单宁脱除率受作用时间的影响更显著，并且等高线呈明显的椭圆形，表明添加量和作用时间交互作用对单宁脱除率产生了显著性影响。由方差分析结果，添加量和作用时间（）<0.0001，说明交互作用结果与方差分析结果一致。

表2 响应面试验设计及结果

注：括号里的数值代表编码对应的数据

表3 响应面模型方差分析及显著性检验

注：*表示差异显著（<0.05）；**表示差异极显著（<0.01）

图7 添加量与作用温度对单宁脱除率影响

图8 添加量与作用时间对单宁脱除率影响的等高线和响应面曲线

通过响应面优化分析得到酪蛋白脱除单宁最优脱涩工艺条件为：酪蛋白质量分数为0.85%，作用温度为55.64 ℃，作用时间为32.81 min，预测单宁脱除率为62.5351%。结合实际情况将最优条件修改为：酪蛋白质量分数0.85%，作用温度56 ℃，作用时间33 min。在该优化条件下实行3次平行检验试验，单宁脱除率达到(62.13±0.29)%，和响应面预测值相近，说明该模型可靠合理。刘国凌等[36]利用明胶脱除岗稔果汁中的单宁，通过响应面优化实验单宁脱除率达到48.72%，花色苷保留率达到53.11%，与文献[36]相比发现酪蛋白对蓝靛果果汁脱涩具有更好效果。

3 结语

以蓝靛果“蓓蕾”为原料，对比活性炭协同超声波脱涩法和酪蛋白脱涩法对蓝靛果果汁的降涩效果，单因素实验结果表明较前者相比，酪蛋白脱涩法可有效地脱除单宁，并且有较高的花色苷保留率。鉴于单因素实验结果，通过Box-Behnken原理及响应面分析法对酪蛋白脱涩工艺进行优化，拟合酪蛋白添加量、作用时间和作用温度3个因素对单宁脱除率的回归模型，经验证该模型可靠合理。由响应面优化分析，确定了酪蛋白脱涩法最佳条件：酪蛋白质量分数为0.9%，作用温度为56 ℃，作用时间为33 min，此时蓝靛果果汁中单宁脱除率为(62.13±0.29)%，花色苷保留率为(67.53±0.14)%。综上所述，酪蛋白脱涩法可有效降低果汁涩感，为提升蓝靛果果汁品质提供实际应用价值，具有很大的发展前景。

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Optimization of Deastringency Process of Lonicera Edulis Juice by Response Surface Methodology

GU Xiao-yu1a,1b, LI Yu-meng1a,1b, CHEN Xi-zhi1a,1b, MA Rui1a,1b, WANG Xin1a,1b,2

(1a.School of Food Engineering b.Heilongjiang Provincial Key Laboratory of Cereal and Comprehensive Processing of Cereal Resources, Harbin University of Commerce, Harbin 150028, China; 2.Heilongjiang Academy of Forestry, Harbin 150081, China)

The work aims to study and compare the astringency reducing effects of different deastringency methods on Lonicera edulis juice, so as to improve the taste of the juice. The Lonicera edulis ''bud'' was used as raw material. After enzymolysis by complex enzyme, tannin removal rate and anthocyanin retention rate were adopted as indexes to compare the deastringency effect of juice by activated carbon combined with ultrasonic deastringency method and casein deastringency method. On the basis of single factor test, response surface test was carried out to optimize the deastringency process conditions. According to response surface analysis with casein deastringency method, the optimal process parameters were determined as follows, 0.9% casein content, 56 ℃ reaction temperature and 33 min reaction time. Under these conditions, the tannin removal rate was (62.13±0.29)%, and the anthocyanin retention rate was (67.53±0.14)%. Under the optimized conditions, the tannin removal rate and anthocyanin retention rate of Lonicera edulis juice are high, and the taste of the juice is improved, which provides practical application value for improving the quality of Lonicera edulis juice.

Lonicera edulis; deastringency; tannin; juice

TS255.4

A

1001-3563(2022)01-0115-09

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.01.015

2021-06-29

黑龙江省应用技术研究与开发计划（GA20B301）；哈尔滨商业大学大学生创新训练计划（202010240017）；哈尔滨商业大学研究生校级创新科研基金（YJSCX2019-619HSD）

顾晓雨（2000—），女，哈尔滨商业大学本科生，主攻食品科学。

王鑫（1984—），女，博士，哈尔滨商业大学副教授，主要研究方向为食品营养与安全。