廣西巨峰葡萄汁微量元素及澄清工藝分析

沈冰 馬婷婷 張羽

摘要 [目的]測(cè)定巨峰葡萄汁中的微量元素，探討澄清工藝，為進(jìn)一步開發(fā)廣西巨峰葡萄的食用和藥用價(jià)值提供參考，也為該品種葡萄汁工業(yè)化生產(chǎn)中澄清技術(shù)的突破提供基礎(chǔ)材料。[方法]主要采用微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)測(cè)定巨峰葡萄原汁中13種人體必需微量元素，分別以果膠酶和明膠為澄清劑，透光率為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，輔以可溶性固形物含量，設(shè)計(jì)L9（3.3）正交試驗(yàn)優(yōu)化澄清工藝。[結(jié)果]巨峰葡萄原汁中尚未檢出Se和I元素，F(xiàn)e等11種元素標(biāo)準(zhǔn)方程均符合線性，R.2為0.996～1.000，F(xiàn)e含量最高，為8.810 mg/L，Cu和Mn次之，分別為2.340、2.200 mg/L。澄清試驗(yàn)中，果膠酶用量0.01 g/L，酶解溫度40 ℃，酶解時(shí)間60 min，在此條件下透光率為88.1%；明膠溶液濃度0.6 g/L，用量3 mL，作用時(shí)間120 min，可達(dá)最高透光率91.2%。[結(jié)論]巨峰葡萄汁可幫助人體補(bǔ)充必需微量元素，尤其是Fe、Cu、Mn和Zn等的良好來(lái)源，果膠酶和明膠均可起到良好的澄清效果。

關(guān)鍵詞 巨峰葡萄；電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）；微量元素；果膠酶；明膠；可溶性固形物含量；透光率

中圖分類號(hào) TS255.54 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2018）23-0139-05

Abstract [Objective]The research aimed to detect the trace elements in Kyoho grape juice and discuss the clarification process， in order to offer reference to edible and medicinal value and provide the basis material to clarification technology of Kyoho grape in Guangxi.[Method] Microwave digestioninductively coupled plasma mass spectrometry was mainly used to determine 13 essential trace elements of human body in Kyoho grape juice. Pectinase and gelatin were considered as clarifiers， as well as translucent rate was used as the main evaluation index and soluble solid content as secondary index， so as to design L9（3.3） orthogonal test to optimize clarification process. [Result]Se and I had not been detected in Kyoho grape juice. Standard equations of other 11 elements such as Fe was linear whose R.2 ranged between 0.996 and 1.000. The content of Fe was highest，which was 8.810 mg/L；Cu and Mn followed with contents of 2.340 and 2.200 mg/L. Clarification test showed when pectin enzyme dosage was 0.01 g/L， enzymolysis temperature was 40 ℃ and time was 60 min， the translucent rate was 88.10%.When gelatin solution concentration was 0.6 g/L， dosage was 3 mL and time was 120 min， the highest translucent rate reached 91.2%.[Conclusion]Kyoho grape juice can help human body to supplement the essential trace elements， especially the good sources of Fe， Cu， Mn and Zn. Pectinase and gelatin can help to provide good clarification effect.

Key words Kyoho grape；Inductively coupled plasma mass spectrometry （ICP-MS）；Trace elements；Pectinase；Gelatin；Soluble solid content；Translucent rate

巨峰葡萄，原產(chǎn)日本，屬中熟鮮食品種，1959年引入我國(guó)，因植株適應(yīng)性強(qiáng)、抗病性良好，很快在我國(guó)各地推廣栽培，在我國(guó)現(xiàn)有的葡萄品種中其栽培面積遙居全國(guó)之首[1-2]。南寧市地處廣西南部地區(qū)，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，適宜葡萄生長(zhǎng)，且一年兩收技術(shù)得以突破[3-4]，巨峰產(chǎn)量大，果實(shí)著色好、品質(zhì)優(yōu)，是食品生產(chǎn)加工的優(yōu)質(zhì)原料，除鮮食外，常用于榨汁飲用。未發(fā)酵葡萄汁中含有豐富的功能性成分，具有防治貧血、肝炎、降低血脂和軟化血管等醫(yī)療保健功效[5-7]，對(duì)慢性腎臟疾病患者的氧化DNA損傷具有保護(hù)作用[8]。

屈慧鴿[9]以小麥谷朊蛋白對(duì)霞多麗葡萄進(jìn)行澄清效果研究，結(jié)果表明，小麥谷朊蛋白為500 mg/L時(shí)，葡萄汁澄清透亮，但可溶性固形物、色價(jià)、酸度均明顯降低。阿衣滿古力·哈力哈拜等[10]以和田紅葡萄汁為原料，研究得到果膠酶澄清的最優(yōu)條件為果膠酶0.4 g/L、酶解溫度45 ℃、酶解時(shí)間150 min，可最大程度保留營(yíng)養(yǎng)成分。Magrol等[11]以馬爾貝克葡萄為原料，采用異丙醇固定化果膠酶-纖維素酶交聯(lián)酶聚體，以降低葡萄汁濁度。Nadaroglu等[12]從片球菌M17中分離出一種甘露聚糖酶，經(jīng)沉淀和離子交換純化后用于澄清葡萄汁，得到當(dāng)酶解時(shí)間為60 min、酶活為17 EU/L、溫度為60 ℃時(shí)可達(dá)最高透光率84.65%。Aponso等[13]采用果膠酶澄清以色列藍(lán)葡萄原漿，獲得最優(yōu)工藝為果膠酶2%、處理溫度40 ℃、處理時(shí)間2 h，且果膠酶對(duì)藍(lán)葡萄原漿理化性質(zhì)的影響不顯著。目前，尚缺乏巨峰品種葡萄汁含人體必須微量元素的系統(tǒng)性分析，對(duì)其適用于工業(yè)化生產(chǎn)的澄清工藝研究也較少，不利于廣西區(qū)域性特色資源的開發(fā)利用。筆者主要采用微波消解-電感耦合等離子質(zhì)譜法（ICP-MS）同時(shí)檢測(cè)巨峰葡萄汁中多種微量元素，并分別探討果膠酶與明膠的最優(yōu)澄清工藝，為進(jìn)一步開發(fā)廣西巨峰葡萄的食用價(jià)值和藥用價(jià)值提供參考，也為該品種葡萄汁工業(yè)化生產(chǎn)中安全、高效澄清技術(shù)的應(yīng)用推廣提供基礎(chǔ)材料。

1 材料與方法

1.1 供試材料

巨峰葡萄采自廣西壯族自治區(qū)南寧市明陽(yáng)工業(yè)園區(qū)，葡萄原汁及調(diào)配汁由廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院食品與生物技術(shù)系研制。

1.2 儀器和試劑

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（7700型，美國(guó)Agilent公司）；原子熒光光譜計(jì)（AFS-8220型，北京吉天儀器有限公司）；微波消解儀（WX-6000型，上海屹堯儀器科技發(fā)展有限公司）；超聲水浴鍋（SCQ-Y300A型，上海聲彥超聲波儀器有限公司）；分析天平（BSA6202S-CW型，德國(guó)賽多利斯公司）；數(shù)星恒溫水浴鍋（HH-S6型，金壇市醫(yī)療儀器廠）；手持式折光儀（WYT型，成都豪創(chuàng)光電儀器有限公司）；紫外可見分光光度計(jì)（UV-1800PC-DS2型，上海美普達(dá)儀器有限公司）；標(biāo)準(zhǔn)品Fe、Zn、Cu、Co、Mn、Cr、Ni、V、Mo、Sn均由北京世紀(jì)奧科生物技術(shù)有限公司提供；內(nèi)標(biāo)溶液.45Sc、.72Ge、.103Rh、.115In均由美國(guó)Agilent公司提供；氦氣、氬氣均由中山市鴻泰氣體有限公司提供，純度≥99.995%；鹽酸、硝酸、無(wú)水乙醇、高氯酸、雙氧水均由北京化工廠提供，優(yōu)級(jí)純；果膠酶由成都艾科達(dá)化學(xué)試劑有限公司提供，食品級(jí)；明膠由河南千志商貿(mào)有限公司，食品級(jí)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 微量元素分析方法。

采用微波消解-電感耦合等離子質(zhì)譜法同時(shí)測(cè)定巨峰葡萄原汁中的Fe、Zn、Cu、Co、Mn、Cr、

Ni、V、Mo、Sn元素，微波消解程序及ICP-MS工作參數(shù)分別如表1、表2所示；Se元素的測(cè)定應(yīng)用雙道原子熒光光譜法，儀器運(yùn)行條件見表3；根據(jù)氟離子選擇電極法測(cè)定樣品中的F元素；I元素的測(cè)定采用氧化還原滴定法。

1.3.2 澄清工藝優(yōu)化方法。

1.3.2.1 果膠酶對(duì)澄清效果的影響。

探討果膠酶用量、酶解溫度、酶解時(shí)間對(duì)巨峰葡萄調(diào)配汁澄清效果的影響，以樣品透光率[14]為主要指標(biāo)，并參考可溶性固形物含量[15]。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)L9（3.3）正交試驗(yàn)，確定以果膠酶為澄清劑的最優(yōu)澄清參數(shù)。正交試驗(yàn)水平和因素見表4。

1.3.2.2 明膠對(duì)澄清效果的影響。

分析明膠溶液濃度、添加量、作用時(shí)間對(duì)巨峰葡萄調(diào)配汁澄清效果的影響，以樣品透光率為主要指標(biāo)，并參考可溶性固形物含量。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)L9（3.3）正交試驗(yàn)，確定以明膠為澄清劑的最適澄清工藝。正交試驗(yàn)水平和因素見表5。

1.4 數(shù)據(jù)分析 采用SPSS 16.0設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，并做顯著性分析。測(cè)定結(jié)果均以3次平行試驗(yàn)的平均值表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 巨峰葡萄原汁微量元素分析

巨峰葡萄原汁含人體必需13種微量元素的測(cè)定結(jié)果如表6所示。由此可知，尚未檢出Se元素和I元素，其余Fe等11種元素的標(biāo)準(zhǔn)方程均符合線性，決定系數(shù)（R.2）為0.996～1.000，相關(guān)性良好，檢出限（LOD）為0.016～12.492 μg/L，相對(duì)偏差（RSD）為0.561%～8.128%，均小于10%，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[16]中的要求。在既定檢測(cè)范圍內(nèi)，巨峰葡萄原汁中Fe含量最高，為8.810 mg/L；其次為Cu，含量為2.340 mg/L；含量在0.1～1.0 mg/L的元素包括Zn、F、Ni，依次為0.943、0.235、0.131 mg/L；Sn、Cr、Mo元素的檢測(cè)值分別為0.064 6、0.054 7、0.029 7 mg/L；V元素和Co元素在巨峰葡萄原汁中的含量較低，分別為0.006 96和0.005 45 mg/L?？梢?，巨峰葡萄汁可幫助人體補(bǔ)充必需的微量元素，尤其是Fe、Cu、Mn和Zn等微量元素的良好來(lái)源。

2.2 巨峰葡萄調(diào)配汁澄清工藝分析

2.2.1 果膠酶對(duì)澄清效果的影響。

2.2.1.1 果膠酶用量的影響。

向試驗(yàn)樣品中分別添加0、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06 g/L的果膠酶，酶解溫度設(shè)為40 ℃，酶解時(shí)間30 min，離心后測(cè)定上清液的透光率和可溶性固形物含量，結(jié)果見圖1。從圖1可以看出，透光率呈現(xiàn)上升、穩(wěn)定、下降的總體趨勢(shì)，并在0.01 g/L時(shí)達(dá)到最大透光率，為81.3%。當(dāng)果膠酶用量為0.01 g/L時(shí)，可溶性固形物含量從2.9%降至2.2%，而后波動(dòng)不大，保持在2.0%以上。

2.2.1.2 酶解溫度的影響。

向試驗(yàn)樣品中添加0.01 g/L果膠酶，設(shè)定酶解溫度分別為30、40、50、60、70 ℃，酶解時(shí)間為30 min，離心后測(cè)定上清液的透光率和可溶性固形物含量，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，隨著溫度的升高，透光率呈現(xiàn)先緩慢上升后急劇下降的趨勢(shì)，在50 ℃時(shí)達(dá)最高點(diǎn)，為82.5%。這是因?yàn)闇囟容^低時(shí)，尚不能滿足果膠酶對(duì)果膠質(zhì)等物質(zhì)的最優(yōu)酶解作用，當(dāng)溫度進(jìn)一步升高，超過(guò)酶反應(yīng)的最適溫度時(shí)，果膠酶的酶活性降低，酶解作用效果變差，導(dǎo)致透光率急劇下降。隨著酶解溫度的升高，可溶性固形物含量波動(dòng)不明顯，均保持在2.0%或以上。

2.2.1.3 酶解時(shí)間的影響。

向試驗(yàn)樣品中添加0.01 g/L果膠酶，設(shè)定酶解溫度為50 ℃，酶解時(shí)間分別設(shè)定為20、30、40、50、60 min，離心后測(cè)定上清液的透光率和可溶性固形物含量，結(jié)果見圖3。從圖3可以看出，酶解時(shí)間為20～50 min時(shí)，透光率隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸上升，50 min時(shí)達(dá)最高點(diǎn)，為82.4%，繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間，透光率不再上升?？扇苄怨绦挝锖堪l(fā)生微小變化，試驗(yàn)中均保持在2.5%或以上。

2.2.1.4 正交試驗(yàn)。

表7為果膠酶對(duì)澄清效果影響的正交試驗(yàn)結(jié)果。由此可得，試驗(yàn)的最優(yōu)組合為A1B2C3，即果膠酶用量為0.01 g/L，酶解溫度為40 ℃，酶解時(shí)間為60 min時(shí)，可達(dá)到最優(yōu)的澄清效果。由極差分析可知，影響葡萄汁澄清效果因素的主次排序?yàn)锳、C、B，即果膠酶用量的影響最大，其次是酶解時(shí)間，最后是酶解溫度。由顯著性分析可知，果膠酶用量對(duì)澄清效果的影響顯著（Sig.=0.03<0.05），酶解溫度（Sig.=0.59）、酶解時(shí)間（Sig.=0.42）的影響均不顯著。

2.2.1.5 驗(yàn)證試驗(yàn)。

由于所得最優(yōu)組合的條件在正交的9組試驗(yàn)中并未涉及，需進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)所得葡萄汁透光率為88.1%，可溶性固形物含量為2.4%，透光率高于以上9組試驗(yàn)的結(jié)果，表明所得最優(yōu)組合正確。

2.2.2 明膠對(duì)澄清效果的影響。

2.2.2.1 明膠溶液濃度的影響。

分別向試驗(yàn)樣品中添加濃度分別為0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 g/L的明膠溶液，常溫下保持40 min，離心后分別測(cè)定上清液的透光率、可溶性固性含量，結(jié)果如圖4所示。試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，添加明膠溶液后，出現(xiàn)霧濁現(xiàn)象，有絮狀物生成，并收縮成網(wǎng)狀沉淀物沉淀到容器底部。從圖4可以看出，明膠溶液濃度在0～0.4 g/L時(shí)，隨著濃度的增加，透光率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，當(dāng)濃度達(dá)0.4 g/L時(shí)，透光率最大，為80.7%，濃度繼續(xù)增大時(shí)透光率不再上升反而下降?？扇苄怨绦挝锖縿t隨著明膠溶液濃度的增大呈現(xiàn)先下降后穩(wěn)定的趨勢(shì)，且下降幅度不大。

2.2.2.2 添加量的影響。

向試驗(yàn)樣品中添加0.4 g/L明膠溶液體積分別為0、1、2、3、4、5、6 mL，常溫下保持40 min，離心后分別測(cè)定上清液的透光率和可溶性固性含量，結(jié)果見圖5。由圖5可知，隨著添加量上升，透光率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，并在添加量為3 mL時(shí)達(dá)到最大，為83.2%?？扇苄怨绦挝锖孔兓幻黠@，均在2%左右波動(dòng)。

2.2.2.3 作用時(shí)間的影響。

向試驗(yàn)樣品中投入3 mL濃度為0.4 g/L的明膠溶液，常溫下作用時(shí)間分別設(shè)定為30、60、90、120、150 min，離心后分別測(cè)定上清液的透光率和可溶性固性含量，結(jié)果如圖6所示。從圖6可以看出，當(dāng)作用時(shí)間為30～90 min時(shí)，透光率顯著提高，90 min時(shí)達(dá)到最大透光率，為85.4%，作用時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，透光率出現(xiàn)一定程度下降，隨后保持平穩(wěn)?？扇苄怨绦挝锖孔兓⑿?，波動(dòng)不大。

2.2.2.4 正交試驗(yàn)。

以明膠作為澄清劑，優(yōu)化澄清工藝的正交試驗(yàn)結(jié)果見表8。從表8可以得出，最優(yōu)組合為A3B3C2，即明膠溶液濃度為0.6 g/L，添加量為3 mL，作用時(shí)間為120 min。由極差分析可知，各因素對(duì)透光率影響主次順序?yàn)锳、B、C，即明膠溶液濃度的影響最大，其次是添加量，作用時(shí)間的影響最小。可溶性固形物含量在正交試驗(yàn)中差異不大，較為穩(wěn)定。以透光率為指標(biāo)，對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析。結(jié)果表明，3個(gè)因素中，僅明膠溶液濃度對(duì)透光率有顯著性影響（Sig.=0.03<0.05），添加量（Sig.=0.26）、作用時(shí)間（Sig.=0.53）的影響則不顯著。

2.2.2.5 驗(yàn)證試驗(yàn)。以正交試驗(yàn)得到的最優(yōu)組合進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)所得透光率為91.2%，可溶性固形物含量為1.8%，與正交試驗(yàn)表中第9組試驗(yàn)的結(jié)果不存在顯著性差異，且均高于其他8組試驗(yàn)的結(jié)果。這表明正交試驗(yàn)結(jié)果較為穩(wěn)定，最優(yōu)組合正確。

3 結(jié)論與討論

微量元素是人體必需的營(yíng)養(yǎng)成分，也是巨峰葡萄汁保健功能的重要因素之一。由ICP-MS技術(shù)測(cè)得巨峰葡萄汁中Fe、Cu、Mn、Zn含量較高，分別為8.810、2.340、2.200、0.943 mg/L。Fe可促進(jìn)血紅蛋白合成，有助于機(jī)體中氧的運(yùn)輸；Cu的主要功能為輔助造血，可促進(jìn)血紅蛋白中Fe的合成，促進(jìn)Fe的吸收，是乳糖酶、酪氨酸酶、超氧化物歧化酶（SOD）重要的組成元素，參與多種代謝反應(yīng)；Mn可幫助人體形成連接組織、骨骼、凝血因子和性激素，在脂質(zhì)和糖類代謝、鈣吸收和血糖調(diào)控中也扮演著十分重要的角色；Zn參與人體中蛋白質(zhì)、糖類、脂質(zhì)和能量的代謝，有助于保持人體皮膚健康，對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育、提高人體免疫力、抵御疾病具有非常重要的意義。巨峰葡萄汁可幫助人體補(bǔ)充必需的微量元素，尤其是Fe、Cu、Mn和Zn等的良好來(lái)源。

結(jié)合單因素和正交試驗(yàn)，得到最優(yōu)澄清工藝為果膠酶用量0.01 g/L、酶解溫度40 ℃、酶解時(shí)間60 min，透光率為88.1%，可溶性固形物含量為2.4%；或明膠溶液濃度0.6 g/L、添加量3 mL、作用時(shí)間120 min，透光率為91.2%，可溶性固形物含量為1.8%。明膠是一種親水性膠體，可吸附葡萄汁中導(dǎo)致渾濁的酚類物質(zhì)、金屬離子和可溶性蛋白質(zhì)等，從而發(fā)生絮凝反應(yīng)，沉淀下來(lái)，以提高澄清效果。果膠酶與明膠均為良好的澄清劑，既可提高澄清度又可維持可溶性固形物含量，對(duì)樣品性質(zhì)影響不大，結(jié)合單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)優(yōu)化得到澄清工藝簡(jiǎn)單、高效、安全、可行，該參數(shù)可在巨峰葡萄汁工業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用。果膠酶和明膠的交聯(lián)作用及生產(chǎn)應(yīng)用推廣將成為下一步研究的重點(diǎn)。

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