D101樹脂對澄清柚汁脫苦的工藝條件優(yōu)化

唐 輝 鐘瑞敏 肖仔君 （韶關(guān)學院英東食品科學與工程學院，廣東 韶關(guān) 512005）

柚子（Citrus grandis）屬柑橘類果實，不僅含有人體所需的多種營養(yǎng)素和活性物質(zhì)，而且具有較高的藥用保健價值［1，2］。柚子屬于季節(jié)性水果，耐貯存性能差，對其進行深加工以延長銷售時間，同時賦予更高的附加值，已成為業(yè)內(nèi)共識［3，4］。

柚汁在制作過程中會出現(xiàn)過度苦味現(xiàn)象，嚴重影響風味和口感。研究［5，6］表明，柚汁中主要苦味物質(zhì)為檸檬苦素與柚皮苷，類檸檬苦素中最重要苦味源是檸堿，其在水溶液中的苦味閾值為1.0μg/mL，柚皮苷是一類黃酮化合物，在水溶液中的苦味閾值為20μg/mL。鐘曉婷等［7］研究發(fā)現(xiàn)，過度脫苦會引起柚汁中Vc含量大幅下降，大大降低營養(yǎng)價值。如何減少這些苦味物質(zhì)而又不至于改變柚汁的風味和營養(yǎng)價值是柚汁加工過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

去除柚汁中苦味物質(zhì)的方法主要有：β－環(huán)糊精屏蔽脫苦、酶法脫苦、吸附脫苦等［8］。β－環(huán)糊精包埋脫苦時間長，效率低，苦味物質(zhì)容易重新析出，效果并不顯著［9］。柚苷酶價格昂貴且活性較低，目前用于商業(yè)生產(chǎn)的柚苷酶產(chǎn)品還不夠成熟［10］。大孔樹脂屬多孔性交聯(lián)聚合物，性能穩(wěn)定，無毒，比表面積高，有良好的吸附能力，價格便宜且可循環(huán)使用［11］。筆者在預(yù)試驗中嘗試用普通大孔樹脂色譜柱進行脫苦，雖然脫苦效果很好，但柚汁的風味很差，幾乎沒有柚子的風味，所以還要用特制的大孔樹脂色譜柱進行脫苦才可以既保證脫苦率又保證柚子汁的風味。筆者［12］前期研究發(fā)現(xiàn)，非極性大孔樹脂D101較極性大孔樹脂HPD450具有更高的脫苦效果。本研究擬在前期研究［12］基礎(chǔ)上剔除對脫苦影響不明顯的搖床轉(zhuǎn)速因素，選擇樹脂添加量、脫苦時間、脫苦溫度、柚汁pH值為試驗因素進行單因素和正交優(yōu)化試驗，以柚汁的脫苦率為評價指標，進一步研究D101大孔樹脂對柚汁中苦味物質(zhì)的脫除。為更好地保留其營養(yǎng)物質(zhì)，增加Vc的損失率作為評價指標。旨在將柚汁中的苦味減少到可接受范圍，并盡可能的保留其營養(yǎng)物質(zhì)，從而為解決柚汁加工的關(guān)鍵工藝提供試驗依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

蜜柚：采購于韶關(guān)市場；

大孔樹脂：D101型，滄州寶恩化工有限公司；

柚皮苷標準品、檸檬苦素標準品：純度均在99.8%以上，廣州市齊云生物技術(shù)有限公司；

振蕩培養(yǎng)箱：SPX－250B－D型，上海博迅事業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；

可見分光光度計：Spectrumlab 22c型，上海棱光技術(shù)有限公司；

快速漩渦振蕩器：MM－2型，江蘇省姜堰市沈高康健生化器具廠；

手持糖度儀：B80型，上海文暢精密量儀有限公司。

1.2 方法

1.2.1 榨汁工藝

柚子→去皮去囊衣→榨汁（加入0.2%檸檬酸、50%蒸餾水）→酶解（果膠酶0.3%、酶解溫度45℃、酶解時間2h）→鈍酶（85℃、15min）→用三足式離心機過濾（添加0.3%硅藻土助濾）→澄清型柚汁→冷凍（－18℃冷凍冰柜）→待用（脫苦、調(diào)配）

1.2.2 大孔樹脂的活化方法 參照文獻［11］。

1.2.3 各種衡量指標的測定方法

（1）柚皮苷的測定：參照文獻［13］，運用戴維斯（Davis）方法，圖1為柚皮苷標準曲線，R2＝0.999 6。

（2）檸檬苦素的測定：參照文獻［14］，檸檬苦素標準曲線見圖2，R2＝0.999 5。

圖1 柚皮苷標準曲線Figure 1 Standard curve of naringin

圖2 檸檬苦素標準曲線Figure 2 Standard curve of limonoids

（3）脫苦率：參照文獻［12］，此脫苦率計算方法綜合考慮了檸檬苦素在水中的閾值為柚皮苷的20倍，將柚皮苷賦予權(quán)重為1，則檸檬苦素為20。按脫苦率式（1）計算：

式中：

T——柚汁中苦味物質(zhì)的脫苦率，%；

C柚——未脫苦原柚汁中的柚皮苷含量，μg/mL；

C1——脫苦后柚汁中柚皮苷含量，μg/mL；

C檸——未脫苦原柚汁中的檸檬苦素的含量，μg/mL；

C2——脫苦后柚汁中檸檬苦素的含量，μg/mL；

20——檸檬苦素苦味閾值權(quán)重倍數(shù)值。

（4）Vc的測定：根據(jù)GB 6195—1986，Vc含量采用2，6－二氯靛酚滴定法測定。Vc損失率按式（2）計算：

式中：

SVc——Vc損失率，%；

C1——脫苦后柚汁中Vc的含量，mg/100g；

C2——脫苦后柚汁中Vc的含量，mg/100g。

（5）可溶性固形物的測定：運用手持折光儀法［15］。

1.2.4 單因素試驗設(shè)計

（1）樹脂添加量單因素試驗：分別取D101樹脂添加量為1.0%，1.5%，2.0%，2.5%，3.0%，在樹 脂作用時間 5 min、吸附溫度40℃、柚汁pH 3.5的條件下進行脫苦，考察樹脂添加量對柚汁脫苦率、Vc損失率的影響，每個水平重復(fù)3次。

（2）樹脂作用時間單因素試驗：在樹脂添加量2%、吸附溫度40℃、柚汁pH 3.5的條件下，分別作用5，10，15，20，25 min，考察樹脂作用時間對柚汁脫苦率、Vc損失率的影響，每個水平重復(fù)3次。

（3）吸附溫度單因素試驗：選擇吸附溫度分別為20，30，40，50℃，在樹脂添加量為2%、樹脂作用時間15min、柚汁pH 3.5的條件下進行脫苦，考察吸附溫度對柚汁脫苦率、Vc損失率的影響，每個水平重復(fù)3次。

（4）柚汁pH值單因素試驗：調(diào)整柚汁pH值分別為2.5，3.5，4.5，5.5，在樹脂添加量為2%、樹脂作用時間15 min、吸附溫度30℃的條件下進行脫苦，考察柚汁pH值對柚汁脫苦率、Vc損失率的影響，每個水平重復(fù)3次。

1.2.5 正交優(yōu)化試驗 在單因素試驗的基礎(chǔ)上選擇對脫苦率和Vc損失率影響較大的因素進行正交優(yōu)化試驗，并以脫苦率、Vc損失率為評價指標。

1.2.6 驗證實驗 以優(yōu)化試驗結(jié)果進行3次脫苦驗證實驗，測定脫苦率、Vc損失率，加糖調(diào)配其可溶性固形物并進行感官評價。以驗證試驗結(jié)果的可靠性。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果

2.1.1 樹脂添加量對脫苦率、Vc損失率的影響 由圖3可知，樹脂添加量對脫苦率、Vc損失率都有明顯影響。隨著樹脂添加量的增加，脫苦率、Vc損失率都呈明顯增加趨勢。當樹脂添加量達2%左右時，柚汁脫苦率的增加趨勢放緩，繼續(xù)增加樹脂添加量，柚汁的脫苦率只有少量增加。Vc損失率在樹脂添加量達到2%以上時，有一個明顯的增加坡度。因此，樹脂添加量過多會使其營養(yǎng)成分損失較多，但過少的添加量并不能達到較好的脫苦效果［5］。這可能與D101的吸附性能有關(guān)，D101屬于非極性樹脂，對柚皮苷和檸檬苦素的吸附是發(fā)生在其顆?；钚晕稽c所構(gòu)成的表面上，影響其吸附效率的主要因素為樹脂的比表面積與孔徑的大小，樹脂添加量越多，比表面積越大，對果汁中柚皮苷和檸檬苦素等苦味物質(zhì)的吸附位點也越多，脫苦效果就越好，但當柚汁中苦味物質(zhì)被吸附到一定程度時，即便再增加樹脂添加量，脫苦率也呈緩慢增加的趨勢。另一方面，D101對營養(yǎng)物質(zhì)Vc的吸附率較苦味物質(zhì)的吸附低，這可能也與其吸附性能有關(guān)［16］。因此，本試驗選擇樹脂的最佳添加量為2%。

圖3 D101樹脂添加量對脫苦率、Vc損失率的影響作用Figure 3 Effects of including different amount of D101resin on the debittering rate and the loss rate of Vc

2.1.2 樹脂作用時間對脫苦率、Vc損失率的影響 由圖4可知，樹脂作用時間對脫苦率、Vc損失率均有影響，隨著樹脂作用時間的增加，柚汁脫苦率、Vc損失率呈增加趨勢。脫苦率的增加趨勢在開始時較急劇，當作用時間達到15min左右時，轉(zhuǎn)為緩慢增加趨勢。Vc損失率的增加趨勢在開始時也較為急劇，10min左右開始趨于平緩，但總體變化不大，變化量在10%左右。由此可知，若樹脂作用時間過長，Vc等營養(yǎng)物質(zhì)的損失將增加，會影響果汁的營養(yǎng)價值，此外柚汁的一些酸性營養(yǎng)成分與樹脂長時間接觸，亦會被大量吸附，導(dǎo)致柚汁pH值發(fā)生改變，易引發(fā)柚汁沉淀［6］。但樹脂作用時間若過短，則柚汁中苦味物質(zhì)脫除效果不佳。這可能是由于樹脂作用時間長，柚汁與樹脂接觸更充分，從而使柚皮苷和檸檬苦素在樹脂中進行充分的粒擴散和膜擴散，使樹脂吸附能力提高，但是如果吸附時間過長，吸附達到一定的程度，吸附量并不會顯著增加，且延長了操作周期，增加了成本［17］。綜合考慮，本試驗確定樹脂的最佳作用時間為15 min左右。

圖4 樹脂作用時間對脫苦率、Vc損失率的影響Figure 4 Effects of adsorption time of resin on the debittering rate and the loss rate of Vc

2.1.3 吸附溫度對脫苦率、Vc損失率的影響 由圖5可知，吸附溫度對Vc損失率影響較明顯，對脫苦率稍有影響。吸附溫度從20℃變化至50℃時，脫苦率稍有增加，但趨勢緩慢。Vc損失率變化趨勢明顯，當吸附溫度高于30℃時，Vc損失率急劇增加。Vc損失率影響較明顯可能是由于Vc的熱穩(wěn)定性較低，隨溫度升高，Vc熱分解作用增強［15］。吸附溫度對脫苦率也稍有影響，說明苦味物質(zhì)在樹脂上吸附是吸熱過程，升溫有利于吸附［16］。但溫度升高不利于產(chǎn)品品質(zhì)的保證，從圖5可以看出，在30℃前Vc損失率增加的趨勢較平緩，為了盡可能避免Vc損失率出現(xiàn)驟增現(xiàn)象，本試驗選擇最佳吸附溫度為30℃。

圖5 吸附溫度對脫苦率、Vc損失率的影響作用Figure 5 Effects of adsorption temperature of resin on the debittering rate and the loss rate of Vc

圖6 柚汁pH值對脫苦率、Vc損失率的影響Figure 6 Effects of Pommelo Juice’s pH on the debittering rate and the loss rate of Vc

2.1.4 柚汁pH值對脫苦率、Vc損失率的影響 由圖6可知，柚汁pH值對脫苦率的影響很小。當pH值從2.5變化至5.5時，脫苦率變化趨勢呈直線，說明柚汁pH值對脫苦率影響不明顯。但pH值的改變對Vc損失率有較大的影響，當柚汁pH值低于3.5時，Vc損失率較低，尤其當柚汁pH值為3.5左右時，Vc損失率有很小幅度的降低，當其值高于3.5時，隨著pH值的增加，Vc損失率急劇上升。柚汁pH值為3.5即為榨汁后柚汁的pH值，為了盡可能減少Vc的損失率，且從經(jīng)濟角度考慮，柚汁脫苦時的pH值最佳條件定為損失率最低點即pH值為3.5。

2.2 正交試驗結(jié)果與分析

通過單因素試驗結(jié)果可知，D101樹脂添加量、樹脂作用時間、吸附溫度、柚汁pH值對柚汁Vc的損失率均有不同程度的影響，但對柚汁脫苦率有影響的因素主要是樹脂添加量、樹脂作用時間、吸附溫度。為了進一步優(yōu)化脫苦工藝條件，以樹脂添加量、樹脂作用時間、吸附溫度為研究因素，以脫苦率、Vc損失率為評價指標，設(shè)計三因素三水平的正交試驗，試驗過程中柚汁的pH值確定為3.5。正交試驗因素水平見表1，試驗設(shè)計方案及結(jié)果見表2。

表1 正交試驗的因素水平表Table 1 The table of factor and level of orthogonal experiments

由表2可知，脫苦率的極差結(jié)果R值中RB＞RA＞＞RC，Vc損失率的極差結(jié)果R值中RA＞＞RC＞RB，考慮柚汁脫苦率越大越好，脫苦優(yōu)方案為A3B3C2，考慮Vc的損失率越小越好，脫苦優(yōu)方案為A1B1C1。但由表3、4可知，對柚汁脫苦率影響最大的因素是樹脂作用時間，且影響顯著（P＜0.05），但其對Vc損失率影響較小，為了提高其脫苦率且Vc損失率較低，應(yīng)取B3為脫苦作用時間的最佳水平。對柚汁Vc損失率影響最大的因素是樹脂添加量，影響顯著（P＜0.05），為了更好地保留Vc的含量，樹脂添加量的最佳水平取中間值A(chǔ)1。吸附溫度對脫苦率及Vc損失率的影響結(jié)果一致，影響不顯著（P＞0.05），從節(jié)約能源考慮，取C2為最佳的因素水平。綜合考慮脫苦率和Vc損失率的試驗結(jié)果，最適宜的工藝參數(shù)為A1B3C2，即樹脂添加量為1.7%，脫苦時間為18min，吸附溫度為30℃。

表2 正交試驗設(shè)計及結(jié)果Table 2 Orthogonal experiment design and experimental result

表3 柚汁脫苦率的方差分析表Table 3 Analysis of Variance table on the debittering rate

表4 柚汁Vc損失率的方差分析表Table 4 Analysis of Variance table on the loss rate of Vc

2.3 驗證實驗結(jié)果

為了進一步驗證正交試驗結(jié)果，進行了3次平行驗證實驗，實驗在D101樹脂添加量1.7%，樹脂作用時間18min，吸附溫度30℃，柚汁pH值3.5的條件下進行，以脫苦率、Vc損失率為指標，結(jié)果表明，3次實驗平均脫苦率為69.91%，平均 Vc損失率為25.62%。

3 結(jié)論

通過單因素試驗和正交試驗，得到D101大孔樹脂對澄清柚汁脫苦率的最佳工藝條件為樹脂添加量1.7%，樹脂作用時間18min，吸附溫度30℃，柚汁pH值3.5。該條件下實際測得的脫苦率為69.91%，Vc損失率為25.62%，脫苦效果較理想，且Vc損失率較低。

因本研究為實驗室研究，效果較理想，接下來可將其應(yīng)用于中試實驗。另外，在中試實驗和大規(guī)模生產(chǎn)中，此種搖床接觸式大孔樹脂脫苦存在生產(chǎn)效率低的問題，因此可考慮采用加壓式樹脂柱層析法等脫苦方式。

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