瓶裝椰子汁沉淀的理化性質(zhì)和來源分析

鄧福明，趙瑞潔，王媛媛，張玉鋒，唐敏敏，宋菲，黃慧雯

（中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院椰子研究所產(chǎn)品加工研究室，海南省椰子深加工工程技術(shù)研究中心，國家重要熱帶作物工程技術(shù)研究中心椰子研發(fā)部，海南文昌 571339）

椰子汁是一種由成熟椰子果中的椰肉加工而來的一種植物蛋白飲料，經(jīng)過磨漿、配料、均質(zhì)、灌裝、殺菌制成椰子汁[1]。椰子汁不含膽固醇，含豐富的蛋白質(zhì)、必需氨基酸、礦物質(zhì)、維生素和不飽和脂肪酸， 易于被人體吸收，且具有顯著的保健功能，深受廣大消費(fèi)者的青睞和喜愛[2]。在我國植物蛋白飲料市場(chǎng)上，椰子汁具有舉足輕重地位。據(jù)2015年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國累計(jì)生產(chǎn)銷售植物蛋白飲料61.60億升，累計(jì)市場(chǎng)銷售額總計(jì) 729.28億元，其中椰子汁市場(chǎng)銷售額約209.30億元，約占植物蛋白市場(chǎng)份額的28.70%。然而，在椰子汁飲料生產(chǎn)加工和貯藏過程中經(jīng)常出現(xiàn)沉淀、酸敗變質(zhì)和油脂上浮等質(zhì)量問題，而沉淀問題是導(dǎo)致消費(fèi)者投訴的主要原因之一[3～5]。由于各企業(yè)生產(chǎn)的椰子汁沉淀的原因可能各不相同，同時(shí)對(duì)椰子汁沉淀的形成和來源尚不清楚，因此部分企業(yè)尚未找到有效的解決辦法。為了防止椰子汁在加工和貯藏過程中出現(xiàn)沉淀，有些企業(yè)加強(qiáng)了生產(chǎn)用水的質(zhì)量，有些企業(yè)通過增加過濾設(shè)施或減小濾網(wǎng)孔徑，以期減少或杜絕沉淀的發(fā)生，但效果不明顯。目前，大部分企業(yè)通過添加食品穩(wěn)定劑，如羧甲基纖維素或其鈉鹽、黃原膠、卡拉膠和微晶纖維素等[6]，取得一定的效果。雖然穩(wěn)定劑的使用在一定程度上解決了這一問題，但本質(zhì)上這一問題仍然存在，有時(shí)使用過多的穩(wěn)定劑，會(huì)顯著增加椰子汁飲料的粘度，也會(huì)對(duì)椰子汁的口感和色澤產(chǎn)生不利的影響。

因此，本文擬通過收集一家不改變?cè)幸又浞交蛟黾臃€(wěn)定劑用量生產(chǎn)的椰子汁的沉淀，通過顯微鏡觀察、粒度分析、化學(xué)組分測(cè)定、礦物元素分析和掃描電鏡觀察等方法，分析椰子汁沉淀的理化性質(zhì)，分析沉淀的產(chǎn)生原因和來源，為下一步椰子汁沉淀的消除和產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展提供理論和技術(shù)支撐。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

椰子汁，某食品有限公司提供；硫酸、鹽酸、乙醚和乙醇等化學(xué)試劑均為市售分析純。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 椰子汁沉淀收集和測(cè)定

沉淀收集：將規(guī)?；a(chǎn)的11瓶1.25 kg裝成品椰子汁直立放置 5～7 d，待沉淀完成后，打開瓶蓋，小心去除上層大部分椰子汁，留下部分椰子汁，攪拌并收集沉淀，集中倒入一個(gè)500 mL的燒杯中，再將集中后的沉淀倒入離心管，置于離心機(jī)中5000 r/min（Thermo Fisher, Heraeus Multifuge X1R），離心 5 min，倒出上部椰子汁，取出底部沉淀。

沉淀清洗：上述收集到的沉淀分為兩份，分別加入 0.2 mol/L 的 NaCl溶液100 mL 和蒸餾水 100 mL，充分分散均勻后再次置于離心機(jī)中5000 r/min，離心5 min，收集上清，集中底部沉淀。重復(fù)上述清洗步驟5次，收集第一次至第五次上清液和最終底部沉淀。

測(cè)定沉淀的最終重量和含水量；測(cè)定第一次至第五次上清液中總糖（硫酸-蒽銅法）、蛋白質(zhì)的含量（考馬斯亮藍(lán)法）和多酚（福林酚法）的含量。

1.2.2 椰子汁沉淀的宏觀形態(tài)觀察

采用倒置顯微鏡（XDS-1A，上海嚴(yán)豐精密設(shè)備有限公司）分別觀察椰子汁乳化顆粒和椰子汁沉淀顆粒的形態(tài)。目鏡倍數(shù)10/20，物鏡倍數(shù)為10、25和40倍。

1.2.3 椰子汁沉淀的粒度分析

使用粒度分析儀（Malvern，MS3000，主機(jī)MAL1156607，附件 MAL11413）分別測(cè)定椰子汁乳化顆粒和椰子汁沉淀顆粒的粒徑分布。

1.2.4 椰子汁沉淀的化學(xué)組分測(cè)定

椰子汁沉淀中的水分、蛋白、灰分、脂肪、粗纖維、可水解總糖、多酚含量分別采用GB 5009.3-2010、考馬斯亮藍(lán)法、GB 5009.4-2010、GB 5009.6-2003、GB/T 5515-2008、硫酸-蒽銅法、福林酚法[7]。

1.2.5 椰子汁沉淀的礦物元素分析

采用電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS，7700X，安捷倫公司）測(cè)定椰子汁沉淀的礦物元素組成。首先稱取0.25 g左右樣品于消解罐中（CEM MARS密閉微波消解儀，MARS 5），加入6 mL硝酸預(yù)消解1 h后加入2 mL雙氧水，上機(jī)進(jìn)行微波消解，微波消解后定容到100 g左右，上機(jī)檢測(cè)。

檢測(cè)參數(shù)為：射頻功率：1280 W；霧化室溫度：2 ℃；采樣深度：8 mm；冷卻器流速：1.47 L/min，載氣流速：1 L/min，輔助器流速：1 L/min。

1.2.6 掃描電子顯微觀察

采用掃描電子顯微鏡（JSM-IT300，日本電子）觀察椰子汁沉淀顆粒的微觀形態(tài)。

1.2.7 數(shù)據(jù)處理

所有試驗(yàn)重復(fù)三次，圖表中所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用均值±SD值表示，數(shù)據(jù)涉及的統(tǒng)計(jì)分析采用SPASS 17.0配對(duì)t檢驗(yàn)（p≤0.05）和最小顯著性差異（LSD）。

2 結(jié)果與分析

2.1 椰子汁沉淀的收集與測(cè)定

通過富集11瓶1.25 kg瓶裝椰子汁底部沉淀，獲得椰汁沉淀濕重7.8717 g，平均每瓶沉淀0.7156 g，占椰子汁總量的0.5724‰（濕基）。

通過烘干富集后的 7.8717 g沉淀（水分含量70.10%），獲得干沉淀 2.3615 g，占椰子汁總量的0.1717‰（干基）。

通過上述結(jié)果分析表明，從沉淀重量占椰子汁總重量的角度看，沉淀部分占比是微量的。

通過測(cè)定反復(fù)洗滌沉淀，收集上清液，測(cè)定上清液蛋白、可水解總糖和多酚含量情況如表1。

為了后續(xù)測(cè)定椰子汁沉淀的化學(xué)組分更加準(zhǔn)確，同時(shí)排除椰子肉中部分鹽溶性蛋白的影響，分別采用0.2 mol/L的氯化鈉溶液和蒸餾水清洗沉淀，以期測(cè)定沉淀中可溶性蛋白質(zhì)的含量。

通過表1的結(jié)果可知，采用0.2 mol/L的氯化鈉溶液和蒸餾水清洗后上清液中的蛋白、總糖和多酚含量沒有顯著差別，說明椰子汁沉淀中的蛋白質(zhì)、可水解總糖和多酚在這兩種溶液中的溶解度沒有顯著差別。

表1 椰子汁沉淀反復(fù)洗滌離心后上清液蛋白、總糖和多酚含量Table 1 Protein, total soluble sugar and polyphenol content of supernatants from precipitation of coconut juice after repeated washing

通過對(duì)前三次清洗后上清液中蛋白含量測(cè)定發(fā)現(xiàn)，第一次清洗后的上清液中的蛋白含量顯著高于第二次，第二次也顯著高于第三次，第四次以后未檢出蛋白質(zhì)。對(duì)于前第三次的檢出蛋白質(zhì)，主要有兩方面的原因，一是沉淀中附著椰子汁中的蛋白質(zhì)，二是沉淀中溶解出的部分可溶性蛋白質(zhì)，尤其是第一次上清液中的蛋白質(zhì)含量，絕大部分可能是椰子汁中的蛋白質(zhì)。通過對(duì)前三次清洗的上清液中總糖含量的測(cè)定同樣發(fā)現(xiàn)，第一次清洗的上清液中總糖的含量顯著高于第二次，第二次也顯著高于第三次，第四次以后未被檢出。對(duì)于前第三次檢出的總糖，也主要是沉淀中附著在椰子汁中的可溶性糖。多酚含量方面，除了第一次清洗后的上清液中檢測(cè)出多酚外，此后的上清液中均未檢出，一方面說明沉淀中的多酚含量少外，另一方面說明經(jīng)過清洗后的沉淀沒有多酚的殘留。

2.2 椰子汁沉淀的宏觀形態(tài)觀察

圖1 椰子汁沉淀形態(tài)和椰子汁乳化顆粒形態(tài)圖Fig.1 Appearance of the precipitation and emulsion particles of coconut juice

由圖1a可知，在瓶底椰子汁形成薄薄的一層棕褐色沉淀，粘稠、滑膩感、無特殊氣味。用少量椰汁攪拌懸浮均勻后，相比正常椰子汁，色澤灰暗（圖1b）。因此，在未找到徹底解決沉淀的辦法之前，單通過食品添加劑懸浮起來，雖不至于顯著影響椰子汁的口感，對(duì)于椰子汁中的色澤具有一定的負(fù)面影響。通過離心富集大量沉淀，發(fā)現(xiàn)沉淀呈灰暗色（圖 1c）。就沉淀顏色而言，果汁中的多酚類[8]、鞣酸類[9]和黃酮類物質(zhì)[10]也有可能是其中原因之一。但通過進(jìn)一步干燥得到灰白色沉淀，呈塊狀，質(zhì)地堅(jiān)硬，這與前人發(fā)現(xiàn)的大部分果汁沉淀的性質(zhì)不同[8～10]。因此推測(cè)椰子汁沉淀為多酚、鞣酸或黃酮類物質(zhì)的可能性不大。

通過顯微鏡觀察椰子汁乳化顆粒和沉淀顆?？芍榛w粒顯著比沉淀顆粒小，且形狀規(guī)整，均勻的分散在椰子汁中，而沉淀顆粒顯著比乳化顆粒大，形狀不規(guī)整，容易抱團(tuán)聚集在一起，這可能是導(dǎo)致椰子汁沉淀的重要原因。此外，沉淀顆粒的大小不一且不規(guī)整，因此也排除是由微生物引起的尸骸堆積。

2.3 椰子汁沉淀粒度分析

由表2可知，椰子汁中乳化顆粒粒徑90%在0.561 μm以下，50%在0.284 μm以下，10%在0.128 μm以下。而在椰子汁沉淀顆粒中，90%在184.00 μm以下，50%在41.90 μm以下，10%在3.86 μm以下，其顆粒粒徑與椰子汁乳化顆粒相比，沉淀顆粒的粒徑顯著偏高，且分布不均勻，最大與最小粒徑跨度較大，最大與最小粒度相差近30倍，這些結(jié)果與顯微鏡下觀察的結(jié)果一致。通常沉淀的顆粒越大，越容易沉淀，椰子汁中的沉淀顆粒比普通的甘薯淀粉(2.320～30.66 μm)[11]，綠豆淀粉(7.90～31.40 μm)[12]，甚至比馬鈴薯淀粉的顆粒(14.00～83.00 μm)[13]還要大。因此，較大的顆?？赡苁且又跉⒕A藏一段時(shí)間后容易發(fā)生沉淀的主要原因。

表2 椰子汁乳化顆粒和沉淀顆粒的粒徑分布Table 2 Particle size distribution of emulsion particles and precipitation particles of coconut juice

2.4 椰子汁沉淀化學(xué)組分分析

椰子汁沉淀和椰子汁的化學(xué)組成分析如表 3所示，與椰子汁相比，除蛋白質(zhì)與脂肪含量外，椰子汁沉淀的灰分、粗纖維和可水解總糖含量顯著偏高。沉淀中的灰分和粗纖維含量，構(gòu)成了沉淀中將近70%。這與杜忠貞1994年[3]報(bào)道的椰子汁中發(fā)生的蛋白質(zhì)類沉淀結(jié)果不一致。

灰分含量高，意味著沉淀中礦物元素含量偏高。粗纖維含量高，可能是由于椰漿過濾不徹底造成的椰肉細(xì)胞壁的殘留?？伤庑钥偺呛扛呖赡苁且又卸嗵穷愇镔|(zhì)造成的，這些均可能是造成椰子汁不穩(wěn)定的重要因素。因此，與其它果汁類相比，椰子汁沉淀的原因與之有很大的區(qū)別[8～10]。

2.5 椰子汁沉淀礦物元素組成分析

椰子汁沉淀和椰子汁中的礦物元素分析如表4和表5所示。可知無論是常量礦物元素還是微量礦物元素，椰子汁沉淀中的含量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于椰子汁中的含量。此外，沉淀中含有大量的Na、Mg、Fe、P、K和Ca等6種礦物元素，尤其是Mg、Fe、P和Ca等四種元素，其含量分別占沉淀的 1.64%、0.21%、5.10%和6.75%。通常情況下，這幾種礦物元素離子在一定條件下極易形成沉淀，如Mg(OH)2、Fe(OH)3、CaCO3、Ca2PO3、Ca2HPO3、Ca(OH)2和礦物磷酸鹽等，而 OH-、CO32-、PO33-、PO34-、HPO32-等是溶液中的常見的陰離子。

表3 椰子汁沉淀化學(xué)組分分析Table 3 Chemical composition analysis of precipitation of coconut juice

表4 椰子汁沉淀中常量礦物元素分析Table 4 Normal minerals analysis of precipitation of coconut juice

表5 椰子汁沉淀中微量礦物元素分析Table 5 Trace minerals analysis of precipitation of coconut juice

綜合上述結(jié)果，由鈣、磷元素構(gòu)成的礦物鹽類沉淀很可能是構(gòu)成椰子汁沉淀的最主要成分。此外，沉淀中還發(fā)現(xiàn)數(shù)十種其它礦物元素，如 Cr、Mn、Al、Ni、Cu、Zn、Rb、Sr和Ba等。這些礦物質(zhì)鹽類陽離子也很容易與相應(yīng)的陰離子發(fā)生反應(yīng)形成沉淀。在沉淀形成過程中，在沉淀顆粒間的電荷作用下，容易相互聚集成團(tuán)，容易附著一些蛋白質(zhì)和脂肪乳化顆粒。

2.6 掃面電鏡觀察

圖2 椰子汁沉淀顆粒的掃描電子顯微鏡圖Fig.2 Scanning electron microscope pictures of precipitation particles of coconut juice

圖2a、b、c和d是椰子汁沉淀顆粒干燥后的掃描電子顯微鏡圖。由圖2a和b可知，沉淀顆粒大部分呈不規(guī)則塊狀結(jié)構(gòu)，極少部分呈片狀，表面粗糙，顆粒較大（50 μm以上），其成分可能是礦物鹽和粗纖維。此外，還伴隨著許多細(xì)小顆粒，進(jìn)一步放大觀察發(fā)現(xiàn)（圖2c和d），這些細(xì)小的顆粒大部分呈球型，表面較為光滑，大小不一（10 μm以下），附著在大塊顆粒沉淀上，其成分可能是蛋白和脂肪的乳化顆粒，準(zhǔn)確的成分還有待進(jìn)一步研究。沉淀顆粒的大小分析結(jié)果與前面粒度分析的結(jié)果相一致。

3 討論

3.1 椰子汁沉淀主要是由在椰子汁生產(chǎn)過程中，主要包含榨汁、化料調(diào)配、均質(zhì)、罐裝、殺菌和貯藏等步驟[14]，期間需要加入大量的水、乳化劑、穩(wěn)定劑、甜味劑以及其它必要的食品添加劑，如甜味劑蔗糖，乳化劑蔗糖脂肪酸酯、單甘脂、酪朊酸鈉和穩(wěn)定劑羧甲基纖維素鈉、微晶纖維素等。這些添加劑均含有一定的灰分和雜質(zhì)。椰子汁沉淀物質(zhì)的來源較為復(fù)雜，且與水質(zhì)的好壞有關(guān)[5,15]。為了解決椰子汁沉淀問題，企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)人員采取過更換椰子汁包裝容器（紙盒與玻璃），提高均質(zhì)壓力，以及減少濾網(wǎng)孔徑等手段，均沒有取得顯著效果。結(jié)合椰子汁沉淀顆粒物化性質(zhì)分析結(jié)果，礦物鹽、粗纖維和可水解總糖構(gòu)成了沉淀的主要成分，其中38.53%是礦物鹽類沉淀，且檢測(cè)到Mg、Fe、P和Ca等容易形成沉淀的礦物元素含量偏高，特別是P和Ca元素，含量分別高達(dá)是5.10%和6.75%。綜合上述結(jié)果分析，推測(cè)椰子汁中礦物鹽類沉淀很可能主要由鈣、磷元素構(gòu)成的礦物鹽類沉淀，且可能是后期原料混合后溶液平衡體系的改變而聚集產(chǎn)生的。其中粗纖維成分，可能是椰漿過濾過程中未完全過濾掉的纖維類物質(zhì)，如椰肉破碎的細(xì)胞壁。至于可溶性總糖，可能是果膠類的多糖物質(zhì)。

3.2 前面通過對(duì)沉淀顆粒的粒度分析發(fā)現(xiàn)，沉淀中90%，50%和10%的沉淀顆粒分別在184.00 μm，41.90 μm和3.86 μm以下。目前，椰子汁生產(chǎn)過程中最小的濾網(wǎng)孔徑不超過120目，即124 μm左右，無法阻止比之更細(xì)小的沉淀顆粒（如2.2測(cè)定結(jié)果所示），繼續(xù)減小濾網(wǎng)的孔徑雖然有可能阻截部分沉淀顆粒，但是隨著濾網(wǎng)孔徑的減小，管路中過濾所需的壓力會(huì)顯著增加，過濾的速度也顯著降低，直接影響生產(chǎn)效率。因此，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，通過減小過濾的孔徑來阻止沉淀的產(chǎn)生可操作性不強(qiáng)。而迄今普遍的做法是，通過添加一些穩(wěn)定劑將沉淀懸浮起來[6,16]，這一定程度上解決了沉淀的問題，但是可能對(duì)椰子汁的口感和色澤造成一定的影響。

4 結(jié)論

礦物鹽、粗纖維和可水解總糖構(gòu)成了沉淀的主要成分，沉淀中含有大量Mg、Fe、P和Ca等容易形成沉淀的礦物元素。推測(cè)椰子汁中礦物鹽類沉淀很可能主要由鈣、磷元素構(gòu)成的礦物鹽類沉淀，粗纖維成分沉淀可能是椰漿過濾過程中未完全過濾掉的椰肉細(xì)胞壁?？扇苄钥偺强赡苁枪z類的多糖物質(zhì)。要徹底解決椰子汁沉淀問題，分析椰子汁沉淀的化學(xué)成分和來源是第一步工作，研究椰子汁沉淀形成原因和發(fā)生機(jī)理將是下一步重點(diǎn)工作。