檸檬涼茶澄清工藝研究

陸 陽，黃 湛，車振明，古小露，馬 力，劉 平*

（西華大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，四川 成都 610039）

涼茶飲料在中國已有上百年的歷史，是一種寒涼清熱、生津止渴的茶飲料。食品類涼茶是指各種專供人食用或者飲用的成品和原料，以及按照傳統(tǒng)既是食品又是藥品的物品，但是不包括以治療為目的的物品[1]。隨著涼茶不斷的發(fā)展，已經(jīng)演變出了具有不同地方特色的涼茶品種。王琦等[2]以云南鳳尾茶、羅漢果、仙草、菊花為原料生產(chǎn)的新型鳳尾涼茶飲料。涼茶中含有生物堿、黃酮類等多種有效成分，鐵、鈣、鋅、鎂、硒等礦物質(zhì)元素和維生素B1、B2、C以及18種氨基酸[3-4]。

檸檬主要用于鮮食、烹調(diào)和美容、醫(yī)藥、香精香料、食品加工、釀造等行業(yè)。目前，我國檸檬大量出口到俄羅斯等國，但因產(chǎn)量快速增長，出現(xiàn)檸檬供大于求，幾乎每年都出現(xiàn)檸檬滯銷的問題[5]。檸檬通身是寶，枝葉花果均含有特殊芳香油。100 mL檸檬果汁含酸6.7～7.0 g、糖1.2～1.5 g、維生素C 50～65 mg，是制造飲料的理想原料[6]。檸檬汁中含有的苦味物質(zhì)主要是檸檬苦素類似物和黃酮類物質(zhì)[7]，其中抗癌活性最強(qiáng)的是檸檬苦素和諾米林，可抑制瘤和癌細(xì)胞活性。檸檬汁中果膠等脫去是加工澄清型果汁過程中一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，MAKTOUF S等[8-9]先采用真菌細(xì)胞分泌的果膠酶處理，其中酶濃度為600 U/L、作用溫度30 ℃、作用時(shí)間45 min，再采用截留分子質(zhì)量為15 ku的超濾膜處理，可獲得澄清度和黏度理想的檸檬汁。目前，國內(nèi)外澄清技術(shù)包括使用添加劑、采用過濾等手段，而添加劑分為分離劑、澄清劑、氧化劑、堿試劑、酶試劑；過濾分為尼龍布過濾、膜過濾、真空泵減壓分級過濾等。如不經(jīng)過澄清處理，檸檬涼茶在浸提后隨著溫度的降低，沉淀物逐漸形成，為保持涼茶的湯色和滋味，必須采用澄清處理，使之盡量少生成沉淀甚至避免沉淀物的形成[10]。

本研究開發(fā)了一種新的涼茶飲料，以檸檬為主料，多種中草藥為輔料，將檸檬汁與中藥汁進(jìn)行調(diào)配，研究果膠酶和殼聚糖的添加量以及澄清溫度和時(shí)間對檸檬涼茶的澄清效果的影響。并通過單因素試驗(yàn)和二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)優(yōu)化檸檬涼茶的澄清工藝，開發(fā)口感酸甜清爽的澄清型檸檬涼茶，為檸檬涼茶的生產(chǎn)提供理論依據(jù)及工藝參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

枸杞、菊花、金銀花、甘草、魚腥草、桑葉、薄荷、仙草、夏枯草、白砂糖：紅光東升大藥房；新鮮檸檬（尤力克）：產(chǎn)自四川省安岳縣；果葡糖漿：廣州市粒粒香食品有限公司；檸檬酸：鄭州龍生產(chǎn)品化工有限公司。

果膠酶（酶活力5.0×105U/g）、明膠、殼聚糖：成都科龍化學(xué)試劑廠；高錳酸鉀（KMnO4）、氫氧化鈉（NaOH）、鹽酸（HCl）均為分析純：成都科龍化學(xué)試劑廠；纖維素酶（酶活力300 U/g）：上海華津生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

TB-214型電子分析天平：北京塞多利斯天平有限公司；TD25-WS離心機(jī)：上海盧湘儀離心機(jī)儀器有限公司；1900pc型雙光束紫外可見光光度計(jì)：尤尼柯（上海）儀器有限公司；A610全自動(dòng)折光儀：濟(jì)南海能儀器股份有限公司；LDZX-75KB立式壓力蒸汽滅菌器：上海申安醫(yī)療器械廠；PHS-3C型酸度計(jì)：方舟科技有限公司；NDJ-8S數(shù)字黏度計(jì)：上海平軒科學(xué)儀器有限公司；SK-680C1榨汁機(jī)：中山市歐美特電器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 檸檬涼茶的制備

（1）檸檬汁的制備

新鮮檸檬→清洗→去皮→小型榨汁機(jī)榨汁→4層紗布過濾→檸檬原汁

（2）中藥汁的制備

中藥原料（按照一定比例混合）→清洗2～3遍→60 ℃烘干→按料液比1∶40（g∶mL）加水浸泡30 min→100 ℃熬制120 min→4層紗布過濾→中藥汁

（3）檸檬涼茶的加工工藝流程

操作要點(diǎn)：將中藥汁稀釋2倍，加入20 g/L的檸檬汁。加入50 g/L的白砂糖和30 g/L的果葡糖漿，用0.1%的檸檬酸調(diào)節(jié)糖酸比。經(jīng)果膠酶和殼聚糖復(fù)合澄清處理后，在

121 ℃滅菌15 min，冷卻得成品。

1.3.2 檸檬涼茶澄清工藝的單因素試驗(yàn)

單一澄清劑：以透光率為評價(jià)指標(biāo)，分別考察果膠酶、纖維素酶、殼聚糖和明膠對檸檬涼茶的澄清效果的影響。

復(fù)合澄清劑：以透光率為評價(jià)指標(biāo)，在單一澄清處理的基礎(chǔ)上，選擇兩兩復(fù)合處理，考察復(fù)合澄清劑對檸檬涼茶的澄清效果的影響。

1.3.3 檸檬涼茶澄清工藝優(yōu)化

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，確定檸檬涼茶透光率的主要影響因素及水平范圍進(jìn)行四元二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從而確定最佳組合[11-12]，試驗(yàn)因素水平編碼如表1所示。

表1 檸檬涼茶澄清工藝優(yōu)化二次正交旋轉(zhuǎn)回歸組合設(shè)計(jì)因素與水平Table 1 Factors and levels of quadratic regression orthogonal rotation design for clarification process optimization of lemon herbal tea

1.3.4 檸檬涼茶的分析檢測

透光率的測定：采用分光光度計(jì)在波長656 nm處測定透光率T（%），以蒸餾水作為空白[13-14]，以透光率表示檸檬涼茶澄清度。在一定條件下，透光率與檸檬涼茶澄清度呈正相關(guān)。

可溶性固形物含量測定采用全自動(dòng)折光儀進(jìn)行測定其可溶性固形物含量[15]；總酸含量的測定參照國標(biāo)GB/T 12456—2008《食品中總酸的測定》中的電位滴定法；還原糖的測定參照國標(biāo)GB/T 5009.7—2008《食品中還原糖的測定》中的高錳酸鉀法；黏度的測定采用NDJ-8S數(shù)字黏度計(jì)。

果膠物質(zhì)定性檢測采用酒精變形法[16]：用體積分?jǐn)?shù)為95%的乙醇與檸檬涼茶按體積比1∶1混合，裝入帶塞試管中，用手握緊試管，翻轉(zhuǎn)輕搖，靜置15 min后觀察是否有凝膠狀物質(zhì)出現(xiàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 單一澄清劑對檸檬涼茶澄清效果的影響

2.1.1 果膠酶及纖維素酶對檸檬涼茶澄清效果的影響

100 mL檸檬涼茶在45 ℃分別加入果膠酶（0、100 U/100 mL、200 U/100 mL、300 U/100 mL、400 U/100 mL、500 U/100mL）及纖維素酶（0、2U/100mL、4U/100mL、6U/100mL、8 U/100 mL、10 U/100 mL）水解75 min。考察酶對檸檬涼茶澄清效果的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 果膠酶(A)和纖維素酶(B)添加量對檸檬涼茶澄清效果的影響Fig.1 Effect of pectinase (A) and cellulose (B) addition on clarification of the lemon herbal tea

由圖1可知，透光率隨著果膠酶和纖維素酶添加量的增加均呈現(xiàn)先增大后緩慢下降的趨勢。這可能是因?yàn)槊赣昧可贂r(shí)，果膠等物質(zhì)分解不完全，澄清差；用量過多，酪蛋白又使果汁產(chǎn)生渾濁。黏度隨著酶量增加出現(xiàn)下降趨勢，但果膠酶處理的檸檬涼茶黏度下降幅度較大。涼茶初始黏度1.5 mPa·s，果膠酶、纖維素酶處理后黏度分別變?yōu)?.7 mPa·s、1.1 mPa·s，下降率分別為53.3%、26.7%。對比2種酶澄清效果可知，果膠酶在添加量為300 U/100 mL時(shí)透光率最高達(dá)到為75.2%，黏度為0.7 mPa·s；纖維素酶在添加量為4 U/100 mL時(shí)透光率最高，為73.05%，黏度為1.3 mPa·s。綜合來看，果膠酶澄清效果優(yōu)于纖維素酶。

2.1.2 殼聚糖及明膠對檸檬涼茶澄清效果的影響

100 mL檸檬涼茶在45 ℃分別加入（0、0.1 mL/100 mL、0.2mL/100mL、0.3mL/100mL、0.4mL/100mL、0.5mL/100mL）1%殼聚糖溶液及2%明膠溶液吸附沉降處理75 min?？疾鞖ぞ厶羌懊髂z對檸檬涼茶澄清效果的影響，結(jié)果見圖2。

由圖2可知，隨著殼聚糖及明膠添加量的增加，檸檬涼茶透光率均呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢，黏度均呈現(xiàn)下降的趨勢。這可能是因?yàn)椋吻鍎┑牧ｉg架橋和靜電相互作用的結(jié)果；用量少時(shí)，相互排斥吸附沉降；用量多時(shí)，澄清劑穩(wěn)定懸浮，使透光率下降。1%殼聚糖用量為0.4 mL/100 mL，檸檬涼茶透光率達(dá)到最大為85.7%，黏度為0.7 mPa·s；2%明膠0.2 mL/100 mL時(shí)，檸檬涼茶透光率達(dá)到最大為76.4%，黏度為1.1 mPa·s?？梢姎ぞ厶翘幚淼臋幟蕸霾柰腹饴瘦^高，且黏度更低，效果比明膠更好。

圖2 殼聚糖(A)和明膠(B)添加量對檸檬涼茶澄清效果的影響Fig.2 Effect of chitosan (A) and gelatin (B) addition on clarification of the lemon herbal tea

2.2 復(fù)合澄清劑對檸檬涼茶澄清效果的影響

100 mL檸檬涼茶在45 ℃分別加入1號(hào)（150 U/100 mL果膠酶+2 U/mL纖維素酶）、2號(hào)（150 U/100 mL果膠酶+0.2 mL/100 mL 1%殼聚糖）、3號(hào)（150 U/100 mL果膠酶+0.1mL/100mL2%明膠）、4號(hào)（2U/mL纖維素酶+0.2 mL/100mL 1%殼聚糖）、5號(hào)（2 U/mL纖維素酶+0.1 mL/100 mL 2%明膠）、6號(hào)（0.2 mL/100 mL 1%殼聚糖+0.1 mL/100 mL 2%明膠），澄清時(shí)間75 min，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 復(fù)合處理澄清劑對檸檬涼茶澄清效果的影響Fig.3 Effect of compound clarifying agent on clarification of the lemon herbal tea

由圖1、圖2可知，果膠酶、纖維素酶、殼聚糖、明膠單因素最大透光率分別為75.21%、73.05%、82.21%、72.89%。由圖3可知，試驗(yàn)2號(hào)透光率最大為85.25%，黏度為0.55 mPa·s。試驗(yàn)6號(hào)透光率最小為75.87%，黏度為0.96 mPa·s。

因此，用150 U/100 mL果膠酶+0.2 mL/100 mL 1%殼聚糖處理得到的檸檬涼茶透光率最高、黏度最低，澄清度較好、無雜質(zhì)。故使用果膠酶+殼聚糖來澄清檸檬涼茶。

2.3 果膠酶添加量的確定

100 mL檸檬涼茶在45 ℃分別加入50 U/100 mL、100 U/100 mL、150 U/100 mL、200 U/100 mL、250 U/100 mL果膠酶，再加入1%殼聚糖0.4 mL作用75 min?？疾旃z酶加入量對透光率的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 果膠酶添加量對檸檬涼茶透光率的影響Fig.4 Effect of pectinase addition on the light transmittance of the lemon herbal tea

由圖4可知，檸檬涼茶透光率在殼聚糖一定條件下隨著果膠酶質(zhì)量濃度增加而提高。果膠酶質(zhì)量濃度在150～300 U/100 mL范圍透光率較高且變化不大。選取150～300 U/100 mL作為二次回歸正交選擇試驗(yàn)質(zhì)量濃度范圍。

2.4 殼聚糖添加量的確定

100mL檸檬涼茶在45℃加入150 U/100 mL果膠酶，再分別加入0.10 mL/100 mL、0.20 mL/100 mL、0.30 mL/100 mL、0.40 mL/100 mL、0.50 mL/100 mL的殼聚糖（1%）作用75 min?？疾?%殼聚糖加入量對透光率的影響，結(jié)果見圖5。

圖5 殼聚糖對檸檬涼茶透光率和黏度的影響Fig.5 Effect of chitosan addition on the light transmittance of the lemon herbal tea

由圖5可知，檸檬涼茶透光率在果膠酶質(zhì)量濃度一定條件下隨著殼聚糖量增加而提高。1%殼聚糖量在0.30～0.50 mL/100 mL范圍透光率高且變化較小。選取0.30～0.50 mL/100 mL作為二次回歸旋轉(zhuǎn)正交試驗(yàn)添加量范圍。

2.5 澄清溫度對檸檬涼茶澄清效果的影響

向100 mL檸檬涼茶中加入150 U/100 mL果膠酶及0.3 mL/100 mL殼聚糖（1%），在不同溫度條件下保溫75 min，分別考察在20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃溫度條件下對檸檬涼茶透光率的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖6。

圖6 澄清溫度對檸檬涼茶透光率的影響Fig.6 Effect of clarification temperature on the light transmittance of the lemon herbal tea

由圖6可知，澄清處理溫度在20～30 ℃時(shí)，隨溫度上升，透光率快速上升；當(dāng)澄清溫度在30～50 ℃時(shí)，透光率變化不大且澄清效果較好；澄清處理溫度為40 ℃時(shí)，透光率最高為89.66%；處理溫度＞50 ℃時(shí)，透光率開始急劇下降。由圖6可知，澄清溫度30～50 ℃時(shí)為宜。

2.6 澄清時(shí)間對檸檬涼茶澄清效果的影響

100 mL檸檬涼茶在40 ℃加入150 U/100 mL果膠酶及0.3 mL/100 mL殼聚糖（1%）分別保溫處理10 min、30 min、50 min、70 min、90 min、110 min，考察澄清時(shí)間對檸檬涼茶透光率的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖7。

圖7 澄清時(shí)間對檸檬涼茶透光率的影響Fig.7 Effect of clarification time on the light transmittance of the lemon herbal tea

由圖7可知，澄清時(shí)間在10～30 min時(shí)，透光率較快增長；當(dāng)澄清處理時(shí)間在30～90 min時(shí)，透光率先緩慢上升；當(dāng)澄清時(shí)間為70 min時(shí)透光率最高為89.65%，當(dāng)澄清時(shí)間＞90 min，透光率快速下降。因此，澄清時(shí)間30～90 min為宜。

2.7 二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)優(yōu)化澄清工藝結(jié)果

二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表2，方差分析結(jié)果見表3。

表2 檸檬涼茶澄清工藝優(yōu)化二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of quadratic regression orthogonal rotation design for clarification optimization of lemon herbal tea

表3 二次多項(xiàng)模型及其各項(xiàng)的方差分析Table 3 Quadratic multinomial model and variance analysis of the results

由表3可知，因素X1、X2、X3在0.01水平上差異極顯著，X4在0.01水平上差異不顯著，且因素的F值越大，表明對試驗(yàn)指標(biāo)的影響越大，即影響檸檬涼茶澄清效果的主次順序?yàn)闅ぞ厶翘砑恿浚境吻鍦囟龋竟z酶添加量＞澄清時(shí)間。X12、X22、X32、X42、X1X2、X1X3、X1X4、X2X3、X2X4、X3X4對檸檬涼茶透光率的影響達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），說明各因素之間存在一定的互作效應(yīng)。觀察交互項(xiàng)的系數(shù)可知，X1X2、X3X4系數(shù)為正，說明正向變化能引起透光率的提高；X1X3、X1X4、X2X3、X2X4系數(shù)為負(fù)，說明方程拋物線開口向下，具有極大值點(diǎn)，能夠找到兩因素相互作用過程中最優(yōu)值。

利用DPS 7.05數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對結(jié)果分析得到檸檬涼茶澄清中的果膠酶添加量（X1）、殼聚糖添加量（X2）、澄清溫度（X3）、澄清時(shí)間（X4）與檸檬涼茶透光率（Y）的數(shù)學(xué)模擬回歸方程為：

在回歸方程中，X1、X4這兩個(gè)變量的系數(shù)為正數(shù)，說明這兩個(gè)變量的正向變化能引起透光率的增加；X2、X3的系數(shù)為負(fù)數(shù)說明方程的拋物線開口向下，具有極大值點(diǎn)，能夠找到最優(yōu)值。由表3可知，通過方差分析對失擬平方和進(jìn)行F檢驗(yàn)，得F1=0.973 21＜F0.01（10，11）=2.25，說明失擬項(xiàng)在α=0.1水平上不顯著，說明回歸方程擬合良好，未知因素對試驗(yàn)結(jié)果影響很小，可忽略。而F2=787.904 9＞F0.01（14，21）=3.03，說明回歸方程在α=0.1水平上極顯著，試驗(yàn)數(shù)據(jù)與所采用的二次數(shù)學(xué)模型是符合的。

2.8 模型的模擬與優(yōu)化

通過DPS軟件采用二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)分析可知，本試驗(yàn)為4因素5水平，將個(gè)處理帶入回歸方程可得檸檬涼茶透光率＞96.46%的方案有97個(gè)，這個(gè)97個(gè)處理在其相應(yīng)各試驗(yàn)因素取值分布的頻率見表4。

表4 檸檬涼茶透光率大于96.46%的各水平與頻率Table 4 Factors and frequency of experiment with the light transmittance of lemon herbal tea more than 96.46%

由表4可知，在置信區(qū)間為95%區(qū)間內(nèi)數(shù)據(jù)優(yōu)化程序得到：當(dāng)Y值為最大值時(shí)，4因素的水平在（-2，-2，1，1），即果膠酶添加量為150 U/100 mL、1%殼聚糖添加量為0.3 mL/100 mL、澄清溫度為45 ℃、澄清時(shí)間為75 min。在最優(yōu)條件下，得到檸檬涼茶透光率理論最大值為98.05%。

為了驗(yàn)證模型預(yù)測的準(zhǔn)確性，在最優(yōu)工藝條件下，重復(fù)5次試驗(yàn)驗(yàn)證取平均值，得到檸檬涼茶透光率為（97.98±0.10）%。結(jié)果表明，模型預(yù)測值與實(shí)測值吻合性良好，進(jìn)一步驗(yàn)證了該數(shù)學(xué)回歸模型的合理性。證明二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)對檸檬涼茶澄清度有較好的指導(dǎo)作用。

2.9 檸檬涼茶澄清前后有效成分變化

分別測定檸檬涼茶在使用復(fù)合澄清劑（150 U/100 mL果膠酶、1%殼聚糖0.3 mL/100 mL）處理前后，檸檬涼茶成分的變化，結(jié)果見表5。

表5 不同澄清劑處理對檸檬涼茶有效成分的影響Table 5 Effect of different clarifying agent on active ingredient of lemon herbal tea

由表5可知，比較處理前后檸檬涼茶中可溶性固形物含量、還原糖、總酸、VC含量變化較小，說明復(fù)合澄清劑處理對其影響可忽略。通過復(fù)合澄清劑處理后，果膠先經(jīng)過果膠酶分解，再經(jīng)殼聚糖吸附沉降被脫除。

3 結(jié)論

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)和二次多項(xiàng)模型方差分析，得到檸檬涼茶透光率（Y）與果膠酶添加量（X1）、殼聚糖添加量（X2）、澄清溫度（X3）、澄清時(shí)間（X4）的正交回歸模型方程為：Y=97.389 08+0.054 710X1-0.593 37X2-0.267 79X3+0.006 79X4-0.279 74X12-0.379 74X22-0.452 99X32-0.285 49X42+0.459 06X1X2-0.048 810X1X3-0.696 90X1X4-0.431 19X2X3-0.079 56X2X4+0.133 31X3X4；回歸方程擬合良好；影響檸檬涼茶澄清效果的主次順序?yàn)椋簹ぞ厶翘砑恿浚境吻鍦囟龋竟z酶添加量＞澄清時(shí)間。

同時(shí)得到檸檬涼茶澄清效果最佳工藝條件為果膠酶添加量150 U/100 mL、1%殼聚糖添加量為0.3 mL/100 mL、澄清溫度45 ℃、澄清時(shí)間75 min，最優(yōu)條件下，得到檸檬涼茶透光率理論最大值為98.05%。為了驗(yàn)證模型預(yù)測的準(zhǔn)確性，在此最優(yōu)工藝條件下，得到檸檬涼茶透光率為（97.98±0.10）%，結(jié)果表明模型預(yù)測值與實(shí)測值吻合性良好，進(jìn)一步驗(yàn)證了該數(shù)學(xué)回歸模型的合理性。

采用果膠酶和殼聚糖共同處理后，有效降低涼茶中果膠等大分子物質(zhì)，使其轉(zhuǎn)化成小分子物質(zhì)，使涼茶澄清透明、顏色金黃。通過復(fù)合處理，檸檬涼茶可溶性固形物、還原糖、總酸、VC變化小。本檸檬涼茶口感酸甜清爽、組織形態(tài)澄清、質(zhì)量穩(wěn)定。

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