图1 壳聚糖加入量与经壳聚糖澄清后果汁的透光率关
Fig.1 The relationship between per cent transmittance of grapefruit juice after chitosan clarification and quantity of chitosan added
摘 要：研究壳聚糖澄清柚子汁的最优条件为：用脱乙酰度90 %的壳聚糖，以0.6 g/L加入量于柚子原果汁中，40℃保温30 min，果汁pH为自然pH，制得的清汁透光率达到98 %；贮藏试验结果表明低温有利于清汁的贮藏稳定，常温下整个试验贮藏期间果汁透光率都大于90 %，试验还表明壳聚糖对柚子汁的澄清不影响果汁的营养价值。
关键词：壳聚糖；柚子汁；澄清
果汁是水果直接压榨而得的稳定、混浊的胶体系统[1]。为了满足广大消费者的需求生产澄清果汁；传统的物理、化学或机械方法的澄清效果难尽如人意。特别是对能导致果汁产生混浊的聚合物如：果胶物质、淀粉、蛋白质、多酚物质及金属离子等去除效果不佳。目前，在果汁加工中可采用酶法处理、澄清剂澄清等方法结合果胶酶、明胶、单宁等来完成[2-4]；但这些方法操作繁琐费时或是澄清效果差、成本高等限制其广泛应用。
壳聚糖是天然高分子聚合物，在医药、材料、化工、食品和农业等方面受到广泛关注和应用[5]。作为唯一天然存在的碱性多糖，壳聚糖与酸或酸性化合物结合后，成为聚阳离子电解质，可与溶液中存在的带负电荷的蛋白质、纤维素、果胶相互作用而将它们絮凝下来，壳聚糖分子中的乙酰基可通过氢键吸附果汁中的某些酚类化合物[6-7]。由于壳聚糖优良的絮凝效果、来源广泛，且已被美国食品药物管理局（FDA）批准为食品添加剂；其作为澄清剂大大降低生产成本，提高了果汁食用安全性。
柚子富含多种人体所需的维生素及营养物质[8]，其汁方便饮用而备受人们喜爱。柚子汁澄清不仅要除去榨汁中的悬浮物质和沉淀物，同时还须把溶于原果汁中导致沉淀或浑浊的物质，诸如淀粉、果胶等除去，这样才能保证产品质量，有效延长产品保质期。有关壳聚糖在果汁澄清中的应用已有诸多报到[9-13]。但在柚子汁澄清中的应用少见报道。本文通过壳聚糖对柚子果汁澄清作用的研究，我们利用壳聚糖对柚子汁进行澄清试验，检验其有效性及澄清效果，并研究了澄清过程中对其果汁营养价值的影响。
1．1材料
壳聚糖：医药级，D D＝90 %，浙江玉环海洋生物化学公司；果胶酶、淀粉酶：上海医药公司：进口分装；柚子：市售；其余为生化试剂或分析纯试剂。
1．2仪器
美的榨汁机：美的电器公司；阿贝折射仪：上海第三分析仪器厂；TU－1901紫外可见分光光度计：北京普析公司；不锈钢手提式压力蒸汽灭菌锅：上海博迅实业有限公司医疗设备厂；HHS－2超级恒温水浴锅：上海医用仪表厂；1004型离心沉淀机：上海高真空器材厂。1．3方法
1．3．1 果汁透光率测定
取少量澄清果汁加入到1 cm比色杯中，以去离子水为参比，于640 nm下分光光度计测定透光率。果汁透光率以T %表示。
1．3．2 色泽测定[14]
取少量澄清果汁加入到1 cm比色杯中，以水为参比，于420 nm下分光光度计测定吸光度。果汁色泽以OD420nm表示。
1．3．3 VC测定[15]
采用2，6－二氯靛酚滴定法测定。
1．3．4 还原糖测定
采用费林试剂置换法测定还原糖。
1．3．5 蛋白质测定
采用微量凯氏定氮法。
1．3．6 可溶性固形物测定
采用阿贝折光仪来测定。
1．3．7 有效酸度（pH）
使用pHS－3型精密pH计。
1．3．8 果胶测定
采用比色法测定果胶含量。
1．3．9 柚子清汁加工工艺
柚子→去皮→压榨→过滤→混浊柚子果汁（原果汁）→保温→加入壳聚糖→搅拌→3 000 r/min离心20 min→倾倒出上部清液→柚子清汁。
2．1壳聚糖澄清柚子原果汁单因素实验
2．1．1 壳聚糖加入量与果汁透光率关系
将壳聚糖加入柚子原果汁中，在40℃保温20 min；考察壳聚糖加入量与澄清后柚子原果汁透光率的关系，结果如图1。
图1 壳聚糖加入量与经壳聚糖澄清后果汁的透光率关
Fig.1 The relationship between per cent transmittance of grapefruit juice after chitosan clarification and quantity of chitosan added
随壳聚糖加入量的增加，澄清后果汁的透光率提高，在壳聚糖加入量0.1g/L～0.4g/L范围内，随加入量的增加，透光率提高幅度大，加入量大于0.4g/L之后，透光率变化很小；壳聚糖加入量0.5 g/L时，透光率最高。因而，在以后的单因素试验中壳聚糖的加入量采用0.5 g/L。2.1.2保温时间与果汁透光率关系
在柚子原果汁中，壳聚糖加入量0.5 g/L，40℃保温，考察保温时间与壳聚糖澄清后果汁透光率关系。结果如图2。
图2 40℃保温时间与经壳聚糖澄清后果汁透光率关系
Fig.2 The relationship between per cent transmittance of grapefruit juice after chitosan clarification and time at 40℃
随保温时间的延长透光率逐渐提高，在保温20min时，澄清后果汁透光率最高；高于20 min时，随保温时间延长透光率反而有所下降。
2.1.3 果汁pH与果汁透光率关系
壳聚糖加入量0.5 g/L，40℃保温时间20 min条件下，考察果汁pH与果汁透光率关系。
由图3可知，当果汁pH在3～4范围内，果汁透光率最高，且透光率相对稳定。在pH小于3和大于4时，澄清后果汁的透光率较低。因而，在壳聚糖澄清柚子果汁时，可直接对压榨过滤后的果汁（此时果汁自然pH3.5）进行澄清处理。
由单因素试验结果可知：在果汁pH3.5，壳聚糖加入量0.5 g/L，40℃保温20 min条件下，采用脱乙酰度90 %壳聚糖澄清柚子果汁，澄清后果汁透光率最高。
图3 果汁pH与经壳聚糖澄清后果汁透光率关系
Fig.3 The relationship between per cent transmittance of grapefruit juice after chitosan clarification and pH of kiwifruit juice
2.2 壳聚糖澄清柚子原果汁的多因素分析
为了考察影响壳聚糖澄清柚子原果汁的关键因素，在单因素基础上进行多因素试验；对壳聚糖加入量、果汁pH、加入壳聚糖之后的保温温度、加入壳聚糖保温时间等因素采用三水平正交表L9（34）进行正交试验设计。因素水平见表1，正交试验结果及分析见表2。
表1 因素水平表
Table 1 Table of Factor and level
水平因素A壳聚糖加入量/（g/L）B保温温度/℃C保温时间/min D果汁pH 1 0.4 30 20 3.0 2 0.5 40 30 3.5 3 0.6 50 40 4.0
表2 正交试验结果
Table 2 Result of the orthogonal-designing experiment
试验号 A B C D 透光率/% 1 1 1 1 1 93.23 2 1 2 2 2 96.87 3 1 3 3 3 93.11 4 2 1 2 3 98.78 5 2 2 3 1 95.53 6 2 3 1 2 94.83 7 3 1 3 2 96.51 8 3 2 1 3 96.73 9 3 3 3 1 98.82 K1 283.21 288.52 284.79 287.58 T=864.41 K2 289.14 289.13 294.47 288.21 K3 292.06 286.76 285.15 288.62 k1 94.40 96.17 94.93 95.86 k2 96.38 96.38 98.16 96.07 k3 97.35 95.59 95.05 96.21 R 2.95 0.79 3.23 0.35
从表2可知：对柚子果汁澄清影响各因素的显著性大小分别为：CABD，即加入壳聚糖保温时间、壳聚糖加入量、加入壳聚糖之后的保温温度、果汁pH；综合分析以上试验及表中数据，D因素显著性最小，目为减小试验步骤，我们选取了最佳组合C2A3B2D2，即保温时间30 min、壳聚糖加入量0.6 g/L、保温温度T=40℃、pH3.5（即其自然pH）。用此最佳条件制得的柚子清汁的透光率达到98.90 %。
2．3壳聚糖澄清原果汁前后果汁中化学成分的变化
分别测定原果汁、澄清果汁的可溶性固形物、表观酸度、还原糖、蛋白质、VC、果胶等的含量，结果如表3。
表3 壳聚糖澄清柚子原果汁前后果汁中化学成分的变化
Table 3 The content of component of grapefruit juice before and after chitosan clarification treatment
注：“-”表示无测定结果。
成分 原果汁 澄清果汁 澄清前后降低量/%总可溶性固形物/Brix 13.8 13.6表观酸度（pH） 3.5 3.2还原糖/（mg/100 mL） 115 108 6.1蛋白质/（mg/100 mL） 3.9 1.2 69.2 VC含量/（mg/100 mL） 222 210 5.4果胶/（mg/100 mL） 9.7 - 100
对壳聚糖处理后的柚子果汁的主要成分分析发现，果汁中的总可溶性固形物、还原糖、VC含量基本没有变化，果胶已被除去，蛋白质的含量有所降低。这表明壳聚糖对柚子果汁的澄清过程对果汁的营养成分影响不大，只是通过电荷吸附和絮凝作用去除了导致果汁浑浊产生沉淀的果胶、部分蛋白质等物质。
2．4柚子果汁贮藏稳定性试验
饮料在放置过程中，由于受贮藏温度、饮料体系酸碱度等因素的影响，其稳定性可能会发生一定改变，从而影响产品的质量。
按最适澄清条件制备的清汁，罐装杀菌后分别在低温（4℃）、常温和37℃下放置，定期测果汁的透光率变化，试验结果见图4。
图4 不同温度贮藏时柚子清汁透光率的变化
Fig.4 The change of per cent transmittance of clarified grapefruit juice stored at different temperatures
从图4可知：低温下清汁贮藏25 d，透光率稍有下降，整个贮藏期间的透光率在97 %以上；常温下透光率有明显的下降，10 d以前透光率大于94 %，10 d以后透光率小于94 %，整个贮藏期间透光率都大于90 %；37℃贮藏期间，10 d内透光率下降幅度大，10 d后透光率变化趋向于平缓，透光率在78 %左右。可见贮藏温度越高，对柚子清汁透光率的影响越不利。贮藏温度升高，果汁中的分子运动加快，加快了果汁中蛋白质与酚类物质的相互作用以及酚类物质自身的氧化和缔合[16]，贮藏温度高，易形成混浊，澄清柚子果汁的透光率降低幅度越大。
壳聚糖澄清柚子压榨果汁后所得的清汁贮藏一定时间后，能产生二次沉淀，如何预防二次沉淀的产生，有待进一步研究。
2．5贮藏期间VC含量的变化
按最适澄清条件制备的清汁，罐装杀菌后分别在低温（4℃）、常温和37℃下放置，定期测果汁VC含量的变化。结果见图5。
图5 不同温度贮藏时柚子清汁中VC含量的变化
Fig.5 The changes in vitamin C concentration of clarified grapefruit juice stored at different temperatures
从图5可知：在不同温度贮藏期间，随贮藏时间的延长VC含量都降低，在最初的10 d内VC含量降低幅度大，之后VC含量降低幅度趋缓和；并且贮藏的温度越高VC含量降低的幅度越大。由此可见，高温不利于清汁的贮藏。VC含量降低是由于它在果汁中的降解[17]，在果汁贮藏初期，由于果汁中的溶氧及包装的顶隙气体影响，VC降解的主要途径是有氧降解；而当果汁中氧气完全消耗或低至某一浓度时，厌氧降解占主导，并且有氧降解的反应速率高于厌氧降解，也就是果汁在贮藏初期时的VC损失速率高于后期的损失速率。
2．6不同澄清方法澄清原果汁前后果汁透光率和色泽的比较
采用明胶－单宁法、果胶酶法、复合酶（果胶酶－淀粉酶）法和壳聚糖法对柚子原汁进行澄清，分别比较对果汁透光率和色泽的影响。试验结果见图6、图7。
由图6可知，4种方法都可以澄清柚子原果汁，但是它们澄清的效果不同，澄清后果汁透光率分别为98.2 %、97.3 %、95.8 %和95 %。
图6 不同方法澄清原果汁后果汁的透光率
Fig.6 Comparisons the chitosan clarification method with others methods
图7 不同壳聚糖澄清原果汁后果汁的色泽
Fig.7 Comparisons the chitosan clarification method with others methods
由图7可知，4种方法澄清原果汁后对果汁色泽的影响是不同的，壳聚糖法澄清后的果汁色泽浅，明胶－单宁法澄清后的果汁色泽较深。明胶－单宁法对明胶的用量需严格把握，如果过量不仅会妨碍聚集过程，而且能保护和稳定胶体，影响果汁成品的清澈性。酶法是先后加入果胶酶制剂与淀粉酶进行联合作用水解果胶物质，澄清的效果很好，但是果胶酶与淀粉酶与壳聚糖相比较成本较高。
通过单因素试验和多因素正交试验设计得出了壳聚糖澄清柚子压榨果汁（原果汁）的最优条件为：脱乙酰度90 %的壳聚糖用量0.6 g/L，40℃保温30 min， pH为自然pH；清汁透光率达到98 %；果汁澄清前后中的主要成分：总可溶性固形物、还原糖、VC含量基本没有变化，果胶基本除去，蛋白质有所降低。即壳聚糖对柚子果汁的澄清基本不影响果汁的营养价值。
参考文献：
[1] West B J, Jensen C J, Westendorf J, et al. A safety review of noni fruit juice[J].J Food Sci,2006,71(8):100-106
[2]徐金祥,刘秀凤,郑祖利,等.果汁、菜汁澄清方法的研究比较[J].食品科学,1997,18(6):31-33
[3]杨佩荣.酶法澄清枣汁的研究[J].冷饮与速冻食品工业,2004,10 (2):21-23
[4]胡小松,李积宏,崔雨材.现代果蔬汁加工工艺学[M].北京:中国轻工业出版社,1997:71-73
[5] Li Q, Dunn E T, Grandmaison E W,et al. Goosen.Applications and Properties of Chitosan[J]. J Bioact Compat Polym,1992,7(4):370-397
[6] Knorr D.Use of chitinous polymers in food: A challenge for food research and development[J].Food Technol,1984,38(1):85-97
[7]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
[8] Gebhardt S E. Nutritive value of foods[J].Br Med J,1994,32(2)18-26
[9] No H K, Meyers S P, Prinyawiwatkul W,et al. Applications of chitosan for improvement of quality and shelf life of foods: a review[J].J Food Sci, 2007,72(5):87-100
[10]王鸿飞,李元瑞,师俊玲.壳聚糖在猕猴桃果汁澄清中的应用研究[J].食品工业科技,1997,22(4):18-20
[11]付云霄,张桂.壳聚糖澄清梨汁的研究[J].食品工业科技,2012,33 (9):298-300
[12]李慧,李立祥,张芳,等.不同方法对黄精浸提夜澄清作用的研究[J].食品工业科技,2012,33(19):239-242
[13]王辰,严奉伟,黄学敏.壳聚糖对芹菜汁澄清效果的研究[J].现代食品科技,2006,22(4) :96-98
[14] Meydev S. Browing determination in citrus products[J]. J Agric Food Chem,1977,25(3):602-604
[15]白德美,殷爽.中国食品工业标准汇编[M].北京:中国标准出版社, 1997
[16] Robards K, Prenzler P D, Tucker G, et al. Phenolic compounds and their role in oxidative processes in Fruits[J]. Food Chem, 1999, 66 (4):401-436
[17] Handwerk R L, Coleman R L. Approaches to the Citrus Browning Problem. A Review[J]. J Agric Food Chem, 1988, 36(1):231-236
Studies on the Application of Chitosan to Clarification of Grapefruit Juice
Abstract：The chitosan used to be the clarification additive of grapefruit juice. By way of measuring with light transmission and absorbance，it was found that with the chitosan of deacetylation degree（DD=90 %），The optimum quantity of chitosan added in the juice to be the clarification additive was 0.6 g/L，The juice was treatedbook=113,ebook=119for 30 minute at 40℃.The pH value was the very pH of the original juice. After the components of the juice were detected，itwasshowedthat the nutrition such as total solubility solid contend，deoxidize sugar and Vc in the juice almost had no lost，pectin remove basically，protein reduce to some extent. And the juice had the good stability under the lower temperature. It was showed that the chitin has the lower cost on grapefruit juice clarification comparing with compound enzyme，pectin esterase and gelatin-tannins these three clarification methods.
Key words：chitosan；grapefruit juice；clarification
DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2016.04.028
基金项目：广西矿冶与环境科学实验中心资助项目（KH2012YB020）；广西壮药产业化工程院科研项目（2014GXZYCYH05）
收稿日期：2014-10-21