火龙果果汁澄清剂筛选及其澄清工艺的优化

张翔，耿丽晶

锦州医科大学（锦州 121001）

火龙果（pitaya）是一种热带和亚热带水果，火龙果的果肉中营养丰富，富含维生素、蛋白质、膳食纤维、钾、铁、钙和其他矿物质。果肉中的黑籽也含有大量的蛋白质、膳食纤维、酶，其中果肉中含有部分天然色素，相对于其他火龙果，红色果肉火龙果营养含量相对更多[2]。红火龙果果肉的独特着色使果肉具有丰富的味道，颜色鲜艳，营养丰富[7]。火龙果果肉通过精制用于治疗时，可以防止脑细胞退化，减少阿尔茨海默病的发病率。火龙果汁饮料是通过粉碎去皮的果肉制成的，可以保留果肉中的大部分营养成分。然而，火龙果汁在加工、储存、运输和销售的各个环节中容易出现很多问题，如沉淀、分层、变色、浑浊等现象，这些现象对果汁的稳定性和质量有很大影响，从而降低其价格[8-9]。因此找到合适的澄清剂，对火龙果汁的制备至关重要[10-12]。据报道，聚乙烯聚吡咯烷酮（polyvinylpyrrolidone，PVPP）[13-14]、果胶酶G、壳聚糖[15]、明胶[16]、皂土[17]均可作为果汁的澄清剂。试验为确定火龙果汁的澄清剂和澄清工艺，在5种澄清剂中进行筛选，以提高火龙果果汁稳定性和质量，为火龙果汁的进一步开发和应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验原料

火龙果（购自抚顺万达广场比优特超市）。

1.2 试验试剂

纤维素酶（河北创之源生物科技有限公司）；酒石酸钾钠（河北冠朗生物科技有限公司）；果胶酶（上海吉至生化科技有限公司）；壳聚糖（湖北兴银河化工有限公司）；明胶（河北成大明胶有限公司）；皂土（上海阿拉丁生化科技股份有限公司）；乙醇（广州刺水科技有限公司）；盐酸、浓硫酸（重庆川东化工有限公司）；甲醛（重庆吉元化学有限公司）；硫酸铜（广东净蓝水域有限公司）；氢氧化钠、葡萄糖、碳酸钠（上海敢诚化工科技有限公司）；邻苯二甲酸氢钾、抗坏血酸、乙酸偏磷酸（深圳金福源生物科技有限公司）。

1.3 主要仪器与设备

85-1C型磁力搅拌器（上海金鹏分析仪器公司）；C02B型电热保温干燥箱（重庆实验设备厂）；722G型可见分光光度计（济南博鑫生物技术有限公司）；VB0型手持糖度计（上海医联控温仪器厂）；AB204-N型电子分析天平（德立科技有限公司）；Centrifug810R型台式低温离心机（德国Eppendorf公司）；JYZ-E3榨汁机（九阳股份有限公司）；WYT型手持折光仪（成都光学仪器厂）。

1.4 试验方法

1.4.1 火龙果果汁的制备

选择新鲜火龙果，去除杂质，沥干，去皮，切成小块，搅拌。用双层医用纱挤压过滤，得到原汁。调整果汁浓度。加入适量饮用水，将火龙果原汁调至合适水平。通过添加一定比例的澄清剂，可以提高果汁的透光率。

1.4.2 澄清剂的配制

1.4.2.1 1%复合酶温度在40～50 ℃时，将0.5 g果胶酶、0.5 g纤维素酶溶解在50 mL蒸馏水中，得到1%溶液，备用。

1.4.2.2 1%果胶酶温度在40～50 ℃时，精确称取1.0 g果胶酶，溶解在50 mL蒸馏水中，得到1%溶液，备用。

1.4.2.3 1%壳聚糖

精确称取0.5 g壳聚糖，放入于100 mL容量瓶中，加入50 mL的0.2%柠檬酸水中，加热至完全溶解，冷却定容，备用。

1.4.2.4 1%明胶精确称取1.0 g明胶，溶解在50 mL蒸馏水中，24 h后，水浴温度在40 ℃时，冷却后，定容为100 mL。

1.4.2.5 1%皂土

精确称取1.0 g皂土，溶解在50 mL蒸馏水中，在60 ℃温度条件下进行膨胀，12 h后，稀释成10%，备用。

1.4.3 火龙果果汁指标的测定

波长的测定：取适量滤出的原汁，放入离心机中，在6 000 r/min条件下，进行10 min的离心，取适量上清液，用分光光度计测透光率，波长在320～680 nm[13]。

透光率测定：以0杯为参比，以1 cm比色杯为参照，在合适的波长下，测量红心火龙果汁的透光率，并用4 000 r/min离心10 min，将上清液提取出来，用蒸发水做空白对照，在600 nm处测量上清液的透光率T（%）。

蛋白质含量，参考GB 5009.5—2021《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》，采用凯氏定氮法进行测定；果胶物质含量，参考GB 2760—2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》，采用酒精法进行测定；可溶性固形物，参考GB/T 12143.1—88《食品安全国家标准食品中固形物的测定》，采用手持测糖仪进行测定；总酸含量，参考GB 12456—2021《食品安全国家标准 食品中总酸的测定》，采用酸碱滴定法进行测定；总糖含量，参考GB 5009.7—2016《国家标准食品中还原糖的测定方法》，采用直接滴定法进行测定。

1.4.4 不同澄清剂的处理

1.4.4.1 复合酶澄清剂

精确量取50 mL 1.4.1小节所制成的果汁，放入100 mL锥形瓶中，1.4.2.1所制成的复合酶中2种酶质量比1︰1；复合酶添加量依次为0.05，0.10，0.15，0.20，0.25和0.30 g/L；pH为其本身；时间依次为30，60，90，120，150和180 min；温度依次为35，40，45，50，55和60 ℃。在火龙果汁中加入复合酶以后，在70℃进行灭酶3 min，离心，测透光率。

1.4.4.2 果胶酶澄清剂

精确量取50 mL 1.4.1小节所制成的果汁，放入100 mL锥形瓶中，1.4.2.2所制成的果胶酶的添加量依次为0.05，0.10，0.15，0.20，0.25和0.30 g/L；pH为其本身；时间依次为30，60，90，120，150和180 min；温度依次为35，40，45，50，55和60 ℃。在火龙果汁中加入果胶酶以后，放入恒温水浴锅中，振荡5 min，放置24 h，取上清液测定透光率。

1.4.4.3 壳聚糖澄清剂

精确量取50 mL 1.4.1小节所制成的果汁，放入100 mL锥形瓶中，1.4.2.3所制成的壳聚糖的添加量依次为1.1，1.2，1.3，1.4，1.5，1.6，1.7和1.8 g/L；pH为其本身；温度依次为20，25，30，35，40，45和50 ℃；时间依次为40，50，60，70，80，90，100，110和120 min。在火龙果汁中加入壳聚糖以后，放入恒温水浴锅中，振荡5 min，放置24 h，取上清液测定透光率。

1.4.4.4 明胶和皂土2种澄清剂

精确量取50 mL 1.4.1小节所制成的果汁，放入100 mL锥形瓶中，1.4.2.4和1.4.2.5所制成的明胶和皂土的添加量依次为1，2，3，4，5和6 g/L；pH为其本身；温度依次为35，40，45，50，55和60 ℃；时间依次为5，10，15，20，25和30 min。在火龙果汁中加入澄清剂后，放入恒温水浴锅中，振荡5 min，放置24 h，取上清液测定透光率。

1.5 正交试验试验方法

通过单因素试验，选择效果最好的澄清剂壳聚糖，进行正交试验，得到最佳澄清工艺条件，使其优化，因素水平编码见表1。

表1 正交试验因素与水平设计

1.6 数据处理

采用Excel和SPSS软件对试验数据进行处理及方差分析。

2 结果与分析

2.1 火龙果汁测定波长的确定

如图1所示，火龙果汁经稀释10，20和30倍后，透光率在波长600 nm前逐步增加，在波长600 nm以上时，透光率均在90%或更高，并且逐步稳定，因此确定果汁最适测定波长为600 nm。

图1 不同波长的火龙果汁的透光率

2.2 5种澄清剂对火龙果汁的单因素影响

2.2.1 酶法澄清剂对火龙果汁透光率的影响

在果胶酶与复合酶中2种酶用量比1︰1，澄清时间均为70 min，温度40 ℃，pH为其本身的条件下，由图2可以看出，果胶酶用量0.05～0.20 g/L时，其透光率随着温度的升高而升高，果胶酶添加量超过0.20 g/L，透光率不再显著性增加（P＞0.05），趋于稳定后逐渐有所下降。这是由于：如果果胶酶加入量少，无法有效降解果胶；如果果胶酶太多，就会有一部分溶解在果汁中，导致透光度降低。复合酶含量小于0.20 g/L时，其澄清度随添加量的增加而显著增加（P＜0.05），超过0.20 g/L时，其透明度降低，这是由于在果汁中存在过多的复合酶，同时也会提高澄清的费用。所以，果胶酶和复合酶加入量均以0.2 g/L为宜。

图2 不同酶添加量对火龙果汁透光率的影响

在果胶酶与复合酶中2种酶用量比1︰1、酶添加量0.10 g/L、澄清温度40 ℃、pH为火龙果汁本身pH的条件下，从图3可以看出，时间50～60 min时，果胶酶和复合酶的澄清作用随着时间的推移而显著增加（P＜0.05）。60 min以后，果汁的透明度先降低后逐渐稳定，这是由于果汁中的营养成分比较丰富，如果时间过长，细菌的污染就会造成浑浊。因此，时间60 min对果胶酶和复合酶进行澄清最佳。

图3 不同酶的澄清时间对火龙果汁透光率的影响

如图4所示，在果胶酶与复合酶中2种酶用量比1︰1、添加量均为0.10 g/L、火龙果汁本身pH和时间70 min的条件下，果胶酶的最适温度为50 ℃，低温对酶活性有抑制作用，高温会使果胶酶的结构发生损伤，从而影响澄清效果。在40～45 ℃下，复合酶的澄清效果更好，45 ℃以后，复合酶的澄清效果不再显著增加（P＞0.05），从节能角度出发，以40 ℃为最佳工艺。

图4 不同酶的澄清温度对火龙果汁透光率的影响

2.2.2 壳聚糖澄清剂对火龙果果汁透光率的影响

2.2.2.1 壳聚糖添加量对火龙果汁透光率影响

壳聚糖添加量分别为1.0，1.1，1.2，1.3，1.4，1.5，1.6，1.7和1.8 g/L，进行70 min的澄清，温度25℃，pH为其本身，得出添加量对透光率的影响。在火龙果汁中加入不同量的壳聚糖，透光率的变化如图5所示。

图5 壳聚糖添加量对火龙果汁透光率的影响

随着壳聚糖的加入，火龙果果汁的透光度显著增加（P＜0.05），在达到峰值后又逐渐降低。其主要原因是：加入少量的壳聚糖，使胶质不能完全去除，仍需用壳聚糖吸附胶质；壳聚糖加入过多，过量的壳聚糖不会对胶体进行吸附，一部分壳聚糖会溶解在清澈的火龙果汁中，从而导致原本清澈的浆液再次变得浑浊。结果表明，壳聚糖添加量1.4～1.6 g/L最佳。

2.2.2.2 澄清时间对火龙果汁透光率影响

时间分别依次为40，50，60，70，80，90，100，110和120 min，壳聚糖添加量1.4 g/L，澄清温度25℃，pH为其本身，得出时间对透光率的影响。将火龙果果汁进行不同时间的澄清，透光率的变化如图6所示。在40～80 min范围内，透光率随着壳聚糖澄清时间增大而增加。澄清后的火龙果果汁的透光率也迅速提高。在80 min时，果汁的透光率最高。澄清时间超过80 min，随着壳聚糖澄清时间的增加，其透光率呈不显著增加（P＞0.05）。由于果汁中含有果胶等负电荷物质，因此，壳聚糖与果胶等具有负电荷的物质发生反应后，会形成一种絮凝物，这种絮凝物的沉降速率是有限制的，而且需要一段时间，因此，澄清度会降低，因此壳聚糖的最佳澄清时间是70～90 min。

图6 壳聚糖澄清时间对火龙果汁透光率的影响

2.2.2.3 澄清温度对火龙果汁透光率影响

澄清温度分别为20，25，30，35，40，45和50℃，壳聚糖添加量1.4 g/L，澄清时间70 min，pH为火龙果汁本身，得出温度对透光率的影响。将火龙果汁进行不同温度的澄清，透光率的变化如图7所示。

图7 壳聚糖澄清温度对火龙果汁透光率的影响

在20～30 ℃时，随着温度升高，澄清后果汁透光率也显著增加；在30 ℃条件下，果汁的透光率最高；在30 ℃以上，温度越高，透光率逐渐降低。壳聚糖是直链多糖，所以具有一定黏度，黏度受温度影响，从而影响絮凝效果，对透光率产生影响。结果表明，25～35 ℃是壳聚糖的最佳澄清温度范围。

2.2.3 明胶和皂土2种澄清剂对火龙果果汁透光率的影响

从图8～图10可以看出，明胶和皂土的添加量、澄清时间和温度3种因素对火龙果果汁透光率都有影响，但是透光率的数值很低，效果都不好，其透光率与原汁的透光率接近，对果汁的澄清没有显著作用（P＞0.05）。

图8 明胶和皂土添加量对火龙果汁透光率的影响

图9 明胶和皂土澄清时间对火龙果汁透光率的影响

图10 明胶和皂土澄清温度对火龙果汁透光率的影响

2.3 正交试验结果分析

采用单因素试验的结果对5种澄清剂的澄清作用进行概述，结果发现壳聚糖更有效、更容易使用、更便宜。根据单因素试验的结果进行正交试验，选择3个因素，即壳聚糖添加量、澄清时间和澄清温度，分别取3个水平，进行三水平三因素正交试验（表1）。正交试验结果与分析见表2。

表2 正交试验结果与分析

从表2可以看出，各因素对果汁的透光率的影响程度是A＞B＞C，其中A为壳聚糖添加量，B为澄清时间，C为澄清温度，根据k值分析其中A3B1C1为最佳，即壳聚糖添加量1.6 g/L，澄清时间70 min，澄清温度25 ℃。单因素最佳工艺条件为壳聚糖添加量1.5 g/L，澄清时间80 min，澄清温度30 ℃，其透光率95.1%。而最佳条件的正交试验结果是A3B1C3时火龙果汁的透光率为97.9%，结果显示，加入壳聚糖后，2种最佳条件相差0.1 g/L，但正交试验比单因素最佳澄清时间少10 min，果汁的透光率高出近3%，澄清效果比单因素试验结果要好，由此可得正交试验的最佳条件对火龙果汁的澄清效果更好。

2.4 方差分析

进一步探讨正交试验结果，进行方差分析，结果见表3。

表3 正交试验方差分析表

结果表明，FA＞F临界值（a=0.05），FB＞F临界值（a=0.05），即澄清剂添加量和澄清时间对果汁透光率有显著影响，FC＜F临界值（a=0.05），即澄清温度对果汁透光率的影响较小，说明结果与正交试验表的结论相同。

2.5 火龙果果汁澄清前后营养素含量变化

用壳聚糖对火龙果汁进行澄清处理，对蛋白质、果胶、可溶性固形物、酸、糖含量进行比较，并对澄清前后的火龙果果汁进行营养成分分析。在火龙果果汁的澄清前后，其主要成分变化情况如表4所示。

表4 火龙果果汁澄清前后营养素含量变化

在经过澄清的火龙果果汁中，蛋白质、可溶性固形物和总糖的含量基本保持不变，而总酸含量则发生显著变化，果胶几乎没有。因为壳聚糖与果汁中可溶性蛋白、果胶发生相互作用，使其产生絮凝物，从而改善果汁的澄清，不会对主要营养成分产生影响。

3 结论

在单因素试验中，壳聚糖比其他澄清剂具有更好的澄清力。正交试验和对照试验结果表明：壳聚糖添加量1.6 g/L、时间70 min、温度35 ℃时的澄清效果最好，得到的果汁清澈均匀，火龙果汁透光率大于95%。经过对照试验证明，澄清后的果汁能有效减少果胶、可溶性蛋白的含量，不会改变果汁中的蛋白质、可溶性固形物、总糖等主要营养成分，不会影响果汁的理化性能和抗氧化性能。