金刺梨原汁制备及其稳定性优化

宋琰，张红霞，金佳幸，艾雅娜，廖红梅*

1(贵州省教育厅金刺梨研究与开发工程研究中心(安顺学院)，贵州 安顺，561000)2(江南大学 食品学院，江苏 无锡，214122)

金刺梨(Rosakweichonensisvar.Sterilis)是贵州特有品种光枝无籽刺梨果实，其源于1株野生无籽刺梨，经组织培养研究后获得广泛种植[1]。其果实于9～10月成熟，呈金黄色至褐色，大多数胚珠不育、少数果实有1～2粒种子。金刺梨果肉肥厚、味酸甜、富含超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、维生素C和多种微量元素。其果实含糖5.04%，较刺梨(含量4.37%)高13.3%；含单宁1.53%，比刺梨单宁含量(含量5.40%)低71.7%[2-3]。此外，以贵州普定县金刺梨为例，果实含有没食子酸、芦丁、槲皮素、儿茶素、鞣花酸、绿原酸、阿魏酸等酚类物质，果实的抗氧化活性(包括总还原力、对Fe3+还原能力、对ABTS阳离子自由基的清除能力)较高[3]。故金刺梨较刺梨更适口，适合加工成金刺梨汁及具备天然抗氧化能力的保健食品。

目前对于金刺梨的加工处于起步阶段，主要有金刺梨酒[4]、金刺梨酥[5]和金刺梨果酱[6]等产品。例如，李小惠[4]研究并确定金刺梨酒的工艺参数为：添加安琪酵母0.32%，发酵温度23 ℃，添加SO2100 mg/L，发酵pH为3.6，得到金刺梨酒的酒精度为13.7%(体积分数)，这为金刺梨糖腌发酵酒的生产提供了一定的理论依据。金刺梨原汁是由物理压榨法制得的混浊汁液，它不仅能够解决果实不易保藏的问题，也能够为其他加工产品如果汁、饮料、发酵产品、金刺梨茶以及相关保健品的研究开发及生产提供良好的原料。金刺梨原汁加工目前存在的问题主要有：(1)在热加工中易损失大量特征生物活性成分如维生素C和SOD；(2)其在贮藏过程中极不稳定，容易出现沉淀和分层，这极大地限制了其加工及后续应用。已有研究表明可通过均质或添加稳定剂来提高混浊果汁，如苹果浊汁、枸杞浊汁和桃汁等的稳定性[7-9]，但目前未有关于金刺梨原汁混浊稳定性的相关研究。

本文以贵州省安顺市所产金刺梨为原料，在了解原汁基本理化性质及其自然沉降规律的基础上，拟采取高压均质、添加复合稳定剂等方法提高其贮藏稳定性，以期为解决金刺梨原汁混浊稳定性低及容易产生沉淀的问题提供技术参考。

1 材料和方法

1.1 材料与试剂

金刺梨果实，产地贵州省安顺市，于2020年10月采摘；取黄色或金黄色无病虫害鲜果，冷链运输至实验室后，经分级筛选去除碰伤果和果柄果叶等，于-20 ℃冷冻保藏。

果胶酶(pectinex，酶活力100 000 U/mL)，上海嘉衡生物技术有限公司；维生素C(≥99.9%)，上海皓尘生物科技有限公司；羧甲基纤维素钠(carboxymethyl cellulose-Na，CMC-Na)，上海申光食用化学品有限公司；果胶、黄原胶、明胶，食品级，河南丰华生物科技有限公司；H2SO4、NaOH、无水乙醇、冰醋酸、高锰酸钾等，AR级试剂，国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

SRQ—7316型多功能破壁料理机，广东中山市速热奇电器有限公司；SQP型电子天平，赛多利斯科学仪器有限公司；JHG-54-P100型高压均质机，上海普丽盛融合机械设备有限公司；DV-II+PRO型旋转黏度计，美国Brookfield公司；UV mini-1240紫外分光光度计，岛津仪器苏州有限公司；HH-2型电热恒温水浴锅，江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司；5805DL型高速离心机，德国Eppendorf公司；DELTA 320型pH计，美国梅特勒-托利多集团；S3500型激光粒度分析仪，美国Microtrac公司；3840-E16型糖度仪，日本Atago公司。

1.3 刺梨原汁的制备

1.3.1 工艺流程

金刺梨果实→解冻→清洗→热烫→打浆→酶解→过滤→均质→冷藏

1.3.2 操作要点

金刺梨果实(-20 ℃冻藏)经解冻(4 ℃、8 h)后，挑选黄色或金黄色成熟饱满的果实，流动水冲洗。果实于水浴中热烫，条件为95 ℃下30 s；于多功能破壁料理机中进行破碎打浆(1 000 r/min)得到果浆，添加0.1%(质量分数)果胶酶，于40 ℃下酶解1 h，经过120目筛后收集汁液。此汁液在20 MPa下均质2次后得到金刺梨原汁。装瓶置于4 ℃冷藏，2 h内完成后续相关实验。

1.4 理化指标测试

1.4.1 pH值与可滴定酸

金刺梨汁的pH值用pH计在室温下进行测定。

总酸参考GB/T 12456—2008采用标准NaOH滴定法进行测定：将果汁样品稀释至合适倍数，取稀释液20 mL，用标准NaOH溶液(0.05 mol/L)滴定至终点后读数。总酸计算如公式(1)所示：

(1)

式中：c，NaOH浓度，mol/L；V1，滴定样品所消耗NaOH的体积，mL；V2，空白样消耗NaOH的体积，mL；n，稀释倍数；K，柠檬酸换算系数，0.070；m，样品质量，g。

1.4.2 粒度分布和浊度

采用激光粒度分析仪测试粒度分布。以去离子水为测试背景，测量之前用去离子水清洗光学仪器内部，洗净后用去离子水注满样品池后开始自动调参。室温下取瓶中中位果汁5 mL加入样品池中，在去离子水流动(5 mL/min)的状态下平衡30 s后进行测量。记录3次平行试验下样品粒径分布(%)。

采用赵光远等[7]的方法测试浊度。取1 mL金刺梨原汁，用去离子水稀释10倍后在660 nm处测吸光值，以去离子水为空白对照。

1.4.3 黏度

采用DV-Ⅱ+PRO旋转黏度计进行测量，取中位果汁，记录3次平行试验下的黏度(mPa·s)。选择62号转子，转速设置为100 r/min。

1.4.4 可溶性固形物(soluble solids，SSC)和还原糖

采用糖度仪测定SSC值，用滴管吸取1～2滴果汁于测糖仪棱镜表面，于常温下进行读数。

还原糖含量的测定采用3,5-二硝基水杨酸法(3,5-dinitrosalicylic acid，DNS)。具体操作为：1 mL稀释50倍后的果汁或葡萄糖标准溶液(0.2、0.4、0.6、0.8和1.0 mg/mL)加1 mL DNS溶液(含27.62 mmol/L 3,5-二硝基水杨酸、0.525 mol/L NaOH、0.64 mol/L酒石酸钾钠、53.13 mmol/L苯酚、39.67 mmol/L Na2SO3)和1 mL去离子水，混匀后置于沸水中15 min，然后在冰水浴中冷却至常温，加入9 mL去离子水。采用紫外分光光度计测定在540 nm处的吸光值。按标准曲线y=1.06x-0.061 8(R2=0.997)计算还原糖含量。

1.4.5 总酚含量测定

参照WOLFE等[10]的方法。取30 g果汁，加30 mL体积分数95%乙醇，常温低速搅拌30 min。沉淀重提2次，将所有提取液合并、离心(3 000×g, 10 min)，上清液为总酚提取液。取1 mL提取液或10、20、30、40、50、60 mg/L没食子酸标准溶液与1 mL Folin-Ciocalteu试剂混合，静置5 min后加入3 mL 75 g/L的Na2CO3溶液和5 mL蒸馏水，30 ℃反应1 h。在765 nm处测吸光值，总酚含量以1 L样品中含没食子酸当量(mg)表示。

1.4.6 总黄酮含量测定

参照WU等[11]的方法，略作修改。取30 g果汁加入30 mL 95%乙醇，常温低速搅拌30 min。沉淀重提1次，将所有提取液合并、离心(3 000×g，10 min)，上清液为总黄酮提取液。取1 mL提取液或0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35 mg/mL的儿茶素标准溶液，加入5 mL 10 g/L香草醛-甲醇溶液，然后在1 min内加入3 mL HCl溶液，置于室温下反应20 min。在500 nm处测吸光值，总黄酮含量以1 L样品中含儿茶素当量(mg)表示。

1.4.7 维生素C含量测定

参照TIWARI等[12]的方法略作修改测定维生素C含量。取20 g果汁与100 mL体积分数2.5%偏磷酸混合，在4～10 ℃下提取2 h。提取液离心(4 ℃，10 000×g，10 min)，上清液即维生素C提取液。维生素C提取液和5、10、20、25、50、100 mg/mL的维生素C标准溶液(超纯水配制)用0.45 μm水系针头式过滤器过滤后进行HPLC检测。HPLC条件：流动相为V[50 mmol/L KH2PO4(pH 3.0)]∶V(乙腈)=95∶5，等速洗脱(1 mL/min)，柱温28 ℃；进样量20 μL；紫外检测器设置波长245 nm。

1.5 高压均质对金刺梨原汁悬浮稳定性的影响

为探究高压均质压力和次数对金刺梨原汁稳定性的影响，在40 ℃，均质压力分别为0、10、20、30、40 MPa的条件下均质2次；或均质压力为20 MPa，分别进行1、2、3次均质，并立即测定样品的离心沉淀率和稳定系数。离心沉淀率的计算如公式 (2)所示[8]，离心沉淀率越高则悬浮沉降物越多，即果汁的稳定性越差。

(2)

分别取10 mL离心后的金刺梨原汁上清液，利用分光光度计在410 nm处测定吸光度。稳定系数的计算如公式(3)所示[8]；稳定系数越接近1，则果汁的稳定性越好。

(3)

1.6 添加稳定剂对金刺梨原汁悬浮稳定性的影响

选取果胶、羧甲基纤维素钠(carboxymethylcellulose sodium，CMC-Na)、黄原胶3种不同的稳定剂，先通过单因素试验确定添加量范围，然后进行L9(33)正交试验设计以选择最佳复配稳定剂，以期获得较好的稳定效果。

1.6.1 单因素稳定剂

取15 mL金刺梨原汁，分别添加0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%黄原胶或果胶，0.10%、0.15%、0.2%、0.25%、0.30%CMC-Na；然后在4 500 r/min下离心15 min，取其上清液于410 nm处测吸光值，计算其离心沉淀率和稳定系数。

1.6.2 正交试验

在单因素试验的基础上进行L9(33)正交试验，通过离心沉淀率和稳定系数筛选出最佳复配稳定剂配方。正交试验各因素水平见表1。

表1 复配稳定剂正交试验因素水平设计Table 1 Factors and levels of orthogonal test on stabilizers

1.7 数据分析

实验结果以平均数±标准方差(X±SD)表示，采用SPSS 23.0进行数据分析，两样本比较采用独立样本t检验，多组样本采用ANOVA分析，选择Duncan检验，P<0.05表示差异性显著，采用Origin 9.0绘图。

2 结果与讨论

2.1 金刺梨原汁的理化指标及稳定性评价

为顺利开展后续金刺梨原汁稳定性优化研究，首先分析了金刺梨原汁的基本理化指标并评价了在4～37 ℃下的贮藏稳定性(表2)。结果显示，金刺梨原汁的可溶性固形物含量为12.85 °Brix，pH值(2.85)远低于高酸食品的临界值pH 4.5，可滴定酸高达1.77%。由此可推测一方面原汁的口感较酸，另一方面高酸可能会影响原汁的混浊稳定性。在原汁中，除含有还原糖、维生素C、黄酮和多酚等营养物质外，应含有较多果肉颗粒会使果汁混浊。

表2 金刺梨原汁基本理化指标Table 2 Physicochemical indexes of cloudy chestnut rose juice

如图1所示，原汁中果肉颗粒直径在0～4 μm，在0.975 μm处有1个峰。与桃汁、橙汁等果肉颗粒相比较[9]，金刺梨原汁中果肉颗粒更小；但在4～37 ℃贮藏中，果肉颗粒依然发生明显沉降(图2-b)，其中位果汁浊度在8 h内迅速降低，在8～96 h内呈缓慢降低趋势；此后由于大部分果肉沉降而趋于稳定，在瓶底部形成肉眼可见果肉颗粒层。

图1 金刺梨原汁果肉颗粒粒径分布Fig.1 Particle size distribution of cloudy chestnut rose juice

a-浊度变化;b-实物示例图2 金刺梨原汁在4～37 ℃条件下自然沉降中浊度变化及实物示例Fig.2 Turbidity changes and the pictures of cloudy chestnut rose juice during storage at 4～37 ℃

2.2 添加稳定剂对金刺梨原汁混浊稳定性的影响

果汁中常用的稳定剂有藻酸丙二醇酯、CMC-Na、黄原胶、果胶以及结冷胶[13]。其中黄原胶黏度较高，具有很好的耐酸性，在pH值为2.5～4的酸性环境下具有极好的溶解性和稳定性[14]；能与多种稳定剂兼容，并在一定程度上防止蛋白质达到等电点后发生沉降[15-16]。羧甲基纤维素钠在酸性条件下具有良好的水溶性，能够补偿蛋白质阴离子电荷以防止蛋白质沉降，但容易发生降解，因此可以作为胶体保护剂与黄原胶组合使用，从而能够更有效地防止饮料凝聚[17-18]。果胶在pH值为3.6～4.4的酸性体系中带负电荷，与蛋白质所带正电荷发生静电作用，从而达到稳定剂的效果。其黏度特性能达到天然果汁的逼真效果，具有较低黏性和较好假塑性，能够使果汁保持良好流动性[19]。本文所得金刺梨原汁pH值稳定在2.83～3.10，故拟采用黄原胶、CMC-Na和果胶以提高原汁稳定性。

2.2.1 添加单一稳定剂对金刺梨原汁稳定性的影响

由图3可得，添加胶体后金刺梨果汁的离心沉淀率均呈现先显著下降后显著上升的趋势(P<0.05)，稳定系数均呈现先显著上升后显著下降的趋势(P<0.05)。添加0.15% CMC-Na、0.10%黄原胶或0.15%果胶时，金刺梨原汁的混浊稳定性最佳，其稳定系数分别为0.596 3、0.586 7和0.633 8(图3-b)。在此范围内，随着稳定剂增多，离心沉淀率下降、稳定系数增大；这是由于添加稳定剂使得果汁黏度增加，并通过胶体的静电排斥和空间位阻作用增加其稳定性。超过最佳添加量后，胶体难以溶解，也会产生分层现象。故稳定剂的添加量应选择合适的范围。

a-离心沉淀率；b-稳定系数图3 添加黄原胶、CMC-Na、果胶量对金刺梨原汁稳定性的影响Fig.3 Effect of xanthan gum, sodium carboxymethyl cellulose and pectin on cloud stability of cloudy chestnut rose juice

2.2.2 复配稳定剂对金刺梨原汁稳定性的优化

表3、表4为复配稳定剂的L9(33)正交试验结果，可见在复配稳定剂中对金刺梨原汁的稳定系数影响顺序为：CMC-Na>果胶>黄原胶。最佳复配稳定剂所对应的配方为A1B2C2，即0.05%黄原胶、0.20% CMC-Na和0.20%果胶。

表3 L9(33)正交试验结果(稳定系数)Table 3 The cloud stability coefficient of L9(33) tests

由表4可知，对金刺梨原汁的黏度影响顺序是：黄原胶>果胶>CMC-Na。其最佳复配稳定剂所对应的配方为A1B1C1，即0.05%黄原胶、0.15% CMC-Na和0.15%果胶。

表4 L9(33)正交试验结果(黏度)Table 4 The viscosity of L9(33) tests

综合考虑稳定性及果汁黏度，确定最佳的稳定剂复配配方为0.05%黄原胶、0.20% CMC-Na以及0.20%果胶。添加复配稳定剂并于40 ℃下水浴加热搅拌10 min后所得果汁稳定性最佳，其稳定系数为0.675 5，离心沉淀率为2.24%，对应黏度为164.4 mPa·s，不会产生不适口感。

2.3 高压均质对金刺梨原汁混浊稳定性的影响

为解决金刺梨原汁果肉沉降分层的问题，本文进一步采取高压均质提高其稳定性。如图4所示，随均质压力增加、均质次数增多，金刺梨原汁稳定系数增加、离心沉淀率降低；并分别在20 MPa或2次后达到1个平衡期。在20 MPa下均质2次，原汁离心沉淀率为2.53%，稳定系数为0.530 7(图4-a)，表明果汁稳定性较好。随着均质压力增加、均质次数增加，果汁受到剪切作用变大，使得颗粒减小，从而可提高果汁的悬浮稳定性[20]。但继续增大均质压强或增加均质次数并不会继续提高果汁稳定性。这可能是由于均质过程果汁温度增加，导致剪切变稀，黏度下降，无法持续提高果汁的悬浮稳定性[21-22]。

a-均质压强；b-均质次数图4 均质压强(a，2次)和次数(b，20 MPa)对金刺梨原汁稳定性的影响Fig.4 Effects of homogeneous pressure for twice and number of it at 20 MPa on cloud stability of cloudy chestnut rose juice注：不同字母表示存在显著性差异(P<0.05)

2.4 金刺梨原汁贮藏稳定性试验验证

如图5所示，将添加前述优化复配稳定剂后的金刺梨原汁经高压均质(20 MPa、2次)与未经处理样品在4 ℃下避光保存10 d，结果发现，经过处理后的金刺梨原汁稳定性增强效果明显，主要表现在肉眼可见沉淀量减少，无明显分层现象。表明该高压均质联合复配稳定剂的处理可以提高金刺梨原汁贮藏期间的混浊稳定性，可为未来相关产品的贮运和深加工提供理论和技术参考。

a-未处理金刺梨原汁；b-复合处理后金刺梨原汁图5 未处理与复合处理后金刺梨原汁在4 ℃贮藏10 d后实物图Fig.5 Comparison of storage stability of untreated and compounded stabilizers-homogenization treated cloudy chestnut rose juice, at 4 ℃ for 10 d

3 结论

金刺梨原汁营养丰富，其加工不仅可以解决金刺梨季节性强、地域性集中等问题，还可以作为金刺梨汁、饮料和发酵饮品等产品的加工原料。但其不稳定，在4～37 ℃下放置1 h 后即产生沉淀并出现分层现象。本研究通过复配0.05%黄原胶、0.2% CMC-Na以及0.2%果胶，进一步经过20 MPa下2次高压均质处理，初步解决了金刺梨原汁不稳定的问题；其在4 ℃下贮藏10 d可保持较好的稳定性。

后续研究可充分研究金刺梨原汁中多酚-蛋白质复合物、单宁、内源酶(如果胶酶)等对其稳定的影响，并在此基础上减少稳定剂的使用，以期为高品质、原滋味金刺梨原汁的生产提供技术支持。