柑桔果汁可溶性固形物含量測(cè)定的影響因素及優(yōu)化

牛英，范七君，劉冰浩，陳傳武，劉萍，丁萍

（廣西柑桔育種與栽培工程技術(shù)研究中心/廣西特色作物研究院，廣西桂林 541004）

可溶性固形物含量指果汁中可溶性物質(zhì)的總含量，其中絕大部分是可溶性糖，還有極少量的有機(jī)酸、維生素、蛋白質(zhì)、游離氨基酸、精油和配糖化合物等。柑桔屬于可溶性糖分積累型，果實(shí)汁胞中積累的可溶性糖絕大部分是蔗糖、葡萄糖和果糖，占果實(shí)可溶性固形物的70%～85%，因此，可溶性固形物含量能很好地反映柑桔果實(shí)的含糖量。目前全球范圍內(nèi)常采用5 個(gè)參數(shù)衡量柑桔果實(shí)的成熟度，包括可溶性固形物（TSS）、總酸（TA）、固酸比（TSS/TA）、出汁率和轉(zhuǎn)色情況[1]。

很多行業(yè)，如食品、醫(yī)療、紡織、化工、機(jī)械加工等需要采用比較簡(jiǎn)單的方法迅速檢測(cè)相關(guān)物質(zhì)的含量和濃度[2-3]。為此，國(guó)內(nèi)外研制和生產(chǎn)了各種專(zhuān)有用途的小型折光儀，如糖量計(jì)[4-5]、葡萄糖量計(jì)[6]、鹽度計(jì)[7]等。其中，糖量計(jì)廣泛應(yīng)用于食品、果汁等行業(yè)。近年，出現(xiàn)了越來(lái)越多高準(zhǔn)確度等級(jí)的糖量計(jì)[8]；由于便于攜帶、操作簡(jiǎn)單，目前常用手持式糖量計(jì)來(lái)測(cè)定果汁中可溶性固形物的含量[9-12]?？扇苄怨绦挝锖繙y(cè)定的準(zhǔn)確性受儀器性能、操作方法和果汁處理方式等方面的影響。本研究從儀器性能的校準(zhǔn)、更換待測(cè)液方式和果汁的處理方式等方面對(duì)柑桔果汁可溶性固形物的測(cè)定方法進(jìn)行優(yōu)化，探索更適合柑桔果汁可溶性固形物含量的測(cè)定方法，確保測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1 材料與方法

1.1 糖度計(jì)的校準(zhǔn)

待校準(zhǔn)糖度計(jì)為日本愛(ài)宕（Atago）手持式數(shù)顯糖度計(jì)PAL-1，測(cè)量范圍為0～53%，準(zhǔn)確度為±0.2%；廣州速為（suwei）手持式刻度糖量計(jì)LB32T，測(cè)量范圍為0～32%，最小刻度為0.2%。

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)“手持糖量（含量）計(jì)及手持折射儀檢定規(guī)程”（JJG 820-1993）[13]，用質(zhì)量法準(zhǔn)確配置5%、10%、15%、20%、25%、40%的蔗糖和葡萄糖溶液作為校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)液。各梯度標(biāo)準(zhǔn)液用待校準(zhǔn)糖度計(jì)各平行測(cè)定5 次，去掉最大值和最小值。重復(fù)3 次。

1.2 不同更換待測(cè)液方式對(duì)測(cè)定準(zhǔn)確度和精確度的影響

以10%、15%的蔗糖標(biāo)液、4 份柑桔鮮榨果汁為樣品，分別用蒸餾水沖洗、軟紙巾拭干棱鏡后加樣測(cè)定（方式1）和蒸餾水沖洗、待測(cè)樣品潤(rùn)洗棱鏡2 次后加樣測(cè)定（方式2）2 種方式測(cè)定樣品。以上樣品手持式數(shù)顯糖度計(jì)PAL-1 和手持式刻度糖量計(jì)LB32T 各測(cè)定5 次，去掉最大值和最小值。3 次重復(fù)。

1.3 柑桔果汁存放方式對(duì)測(cè)定準(zhǔn)確度的影響

現(xiàn)配10%、15%的蔗糖標(biāo)液、鮮榨柑桔果汁2 份。設(shè)置A（1h 內(nèi)測(cè)定）、B（常溫放置7h 后測(cè)定）、C（冷藏h 后測(cè)定）、D（冷藏7h、室溫回溫2h 后測(cè)定）4 種存放方式。每個(gè)處理測(cè)定5 次，去掉最大值和最小值。重復(fù)3 次。

1.4 柑桔果汁過(guò)濾方式對(duì)測(cè)定準(zhǔn)確度的影響

將3 份柑桔樣品的果肉用榨汁機(jī)勻漿后各平均分為4 等份，分別用4 層紗布、120 目、150 目和300 目尼龍濾袋包裹擠汁，用糖度計(jì)測(cè)定各個(gè)處理的可溶性固形物含量。每個(gè)處理測(cè)定5 次，去掉最大值和最小值。重復(fù)3 次。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

用EXCEL 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 手持式糖量計(jì)的校準(zhǔn)

由表1 可以看出，手持式數(shù)顯糖度計(jì)PAL-1 的零度示值的均值、標(biāo)準(zhǔn)差和示值誤差均為0，表明PAL-1的零度穩(wěn)定，無(wú)漂移現(xiàn)象；手持式刻度糖度計(jì)LB32T的零度示值的均值、標(biāo)準(zhǔn)差和示值誤差分別為0.11%、0.09%和0.11%，表明LB32T 的零度示值有一定程度的漂移和示值誤差，但在儀器性能參數(shù)允許的范圍內(nèi)。即2 個(gè)儀器的零度正常。

用蔗糖濃度梯度溶液對(duì)PAL-1 和LB32T 校準(zhǔn)的示值標(biāo)準(zhǔn)差分別在0.04%～0.08%和0.04%～0.11%之間，在2 種糖度計(jì)規(guī)定的準(zhǔn)確度±0.2%范圍內(nèi)；示值誤差均在-0.07%～0.11%和-0.07%～0.11%之間，示值與真值間誤差較小，在2 種糖度計(jì)規(guī)定的準(zhǔn)確度±0.2%范圍內(nèi)。即2 個(gè)糖度計(jì)均具有良好的精確度和準(zhǔn)確度，可正常使用。

用葡萄糖濃度梯度溶液對(duì)2 個(gè)糖度計(jì)校準(zhǔn)的示值標(biāo)準(zhǔn)差分別在0.07%～0.12%和0.05%～0.11%之間，即示值的重復(fù)性良好；示值誤差分別在-0.03%～-0.54%和-0.01%～-0.42%之間，示值小于真值，且葡萄糖溶液濃度越大，示值與真值的誤差越大。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因?yàn)镻AL-1 和LB32T 的標(biāo)準(zhǔn)曲線是用標(biāo)準(zhǔn)蔗糖溶液和其所對(duì)應(yīng)的折射率擬合的。由于同樣質(zhì)量分?jǐn)?shù)的葡萄糖溶液的折射率要小于蔗糖溶液的折射率[13]，所以葡萄糖溶液的示值低于真值。即以蔗糖溶液為校準(zhǔn)溶液的糖量計(jì)，用葡萄糖溶液校準(zhǔn)時(shí)需要進(jìn)行折射率與對(duì)應(yīng)葡萄糖液濃度的校正。

表1 不同濃度標(biāo)準(zhǔn)液對(duì)2 種糖度計(jì)的檢定 單位：%

2.2 更換待測(cè)液方式對(duì)測(cè)定準(zhǔn)確度的比較

由表2 看出，10%、15%2 種蔗糖標(biāo)液，用2 種更換待測(cè)液方式的測(cè)定結(jié)果，示值都在10±0.2%、15±0.2%范圍內(nèi)，即2 種更換待測(cè)液方式都有優(yōu)良的準(zhǔn)確度。以2 種更換待測(cè)液方式測(cè)定4 種柑桔鮮榨果汁，測(cè)定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差在0%～0.12%之間；方式2 和方式1間的示值差在-0.02%～0.11%之間，均在儀器的準(zhǔn)確度（±0.2%）范圍內(nèi)。即對(duì)于PAL-1 和LB32T 2 種糖量計(jì)，用2 種更換待測(cè)液方式測(cè)定柑桔果汁的可溶性固形物含量無(wú)明顯差異，均能達(dá)到優(yōu)良的準(zhǔn)確度和精確度。方式1：用蒸餾水沖洗、柔軟紙巾拭干棱鏡后加樣測(cè)定為手持式糖度計(jì)常規(guī)的操作方法；方式2：用蒸餾水沖洗、待測(cè)樣品潤(rùn)洗2 次后加樣測(cè)定，可以減少對(duì)棱鏡的擦拭次數(shù)，有利于保護(hù)棱鏡不受損傷，且操作更為簡(jiǎn)單快捷，所以推薦使用第2 種更換待測(cè)液方式。

表2 2種更換待測(cè)液方式對(duì)2 種糖度計(jì)測(cè)定精確度和準(zhǔn)確度的影響 單位：%

2.3 柑桔果汁存放方式對(duì)測(cè)定準(zhǔn)確度的影響

用PAL-1 和LB32T 分別測(cè)定10%、15%蔗糖溶液的糖度和2 份柑桔鮮榨果汁可溶性固形物含量（表3）。結(jié)果表明，配制、鮮榨后1h 內(nèi)（處理A）和室溫放置7h 后（處理B），PAL-1 測(cè)定的示值差在-0.11%～0.13%之間，LB32T 測(cè)定的示值差在-0.11%～0 之間，均在儀器的準(zhǔn)確度（±0.2%）范圍內(nèi)；配制和鮮榨后1h 內(nèi)（處理A）和冷藏放置7h、室溫回溫2h 后（處理D），2 個(gè)糖度計(jì)測(cè)定的示值差分別為0.07%、0.07%、-0.02%、-0.03%和-0.11%、-0.17%、0.02%、-0.04%，均在儀器測(cè)量的準(zhǔn)確度（±0.2%）范圍內(nèi)。表明常溫放置和冷藏保存7h 對(duì)蔗糖溶液的糖度和柑桔鮮榨果汁的可溶性固形物含量沒(méi)有明顯影響。即測(cè)定柑桔鮮榨果汁可溶性固形物含量時(shí)，如果不能在鮮榨后立即測(cè)定，可在當(dāng)天適當(dāng)延后。

對(duì)于未回溫到室溫的冷藏果汁，PAL-1 和LB32T的測(cè)定結(jié)果不太一致。對(duì)于手持式數(shù)顯糖度計(jì)PAL-1，室溫回溫時(shí)間對(duì)蔗糖溶液的糖度和柑桔果汁可溶性固形物含量的示值影響較大；冷藏后回溫時(shí)間越短，溶液的液溫越低，測(cè)得的示值越大，與真值（以處理A 為真值）的誤差越大。10%、15%的蔗糖溶液、柑桔汁1 和柑桔汁2 等4 個(gè)樣品，冷藏放置7h、室溫回溫0.5h 后（處理C），PAL-1 測(cè)定的示值誤差分別為0.30%和0.33%、0.27%、0.20%，示值誤差大于儀器的準(zhǔn)確度（±0.2%）范圍。對(duì)于手持式刻度糖量計(jì)LB32T，室溫回溫時(shí)間對(duì)測(cè)量示值影響較較小；冷藏放置7h、室溫回溫0.5h 后（處理C），測(cè)定的示值誤差分別為-0.10%和-0.10%、0.02%、0.02%，示值誤差小于儀器的準(zhǔn)確度（±0.2%）范圍。結(jié)果表明，手持式刻度糖量計(jì)對(duì)溫度的敏感度較低，手持式數(shù)顯糖度計(jì)對(duì)溫度的敏感度較高；推測(cè)原因可能與檢測(cè)棱鏡的面積及待測(cè)液在棱鏡上的分布有關(guān)，手持式刻度糖量計(jì)檢測(cè)棱鏡面積大，待測(cè)液在棱鏡表面呈薄層鋪開(kāi)，在檢測(cè)過(guò)程中容易快速恢復(fù)到室溫；手持式數(shù)顯糖度計(jì)檢測(cè)棱鏡的面積小，且溶液集中在檢測(cè)凹槽內(nèi)，不容易很快恢復(fù)到室溫。所以，用手持式數(shù)顯糖度計(jì)測(cè)定冷藏、冷凍溶液或果汁可溶性固形物含量時(shí)，溶液和果汁必須回溫到與糖度計(jì)所處的環(huán)境溫度一致時(shí)，才能測(cè)得準(zhǔn)確的數(shù)值。

表3 柑桔果汁存放方式對(duì)糖度計(jì)測(cè)定準(zhǔn)確度的影響 單位：%

2.4 柑桔果汁過(guò)濾方式對(duì)測(cè)定準(zhǔn)確度的影響

用PAL-1 和LB32T 分別測(cè)定3 份柑桔、4 種過(guò)濾方式鮮榨果汁的可溶性固形物含量（表4）。結(jié)果表明，4 層紗布、120 目、150 目、300 目尼龍濾袋4 種過(guò)濾方式的示值標(biāo)準(zhǔn)差在0～0.08%之間，即4 種過(guò)濾方式測(cè)得的示值都具有優(yōu)良的精確度；以4 層紗布的示值為標(biāo)準(zhǔn)值，120 目、150 目、300 目尼龍濾袋3 種過(guò)濾方式與其的示值誤差在0～0.10%之間，在儀器測(cè)定的準(zhǔn)確度（±0.2%）范圍內(nèi)，即4 種過(guò)濾方式測(cè)定的果汁可溶性固形物含量無(wú)明顯差異。

3 討論

3.1 糖度計(jì)的種類(lèi)、特點(diǎn)及校準(zhǔn)方法

目前測(cè)定果汁可溶性固形物含量的常用儀器主要是手持?jǐn)?shù)顯糖度計(jì)和手持糖度折光儀。同阿貝折光儀、手持折射儀一樣，這2 種儀器的測(cè)定原理也是利用光的折射現(xiàn)象，即光線通過(guò)2 種不同密度的介質(zhì)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生折射，且折射率與介質(zhì)的濃度線性正相關(guān)。

表4 柑桔果汁過(guò)濾方式對(duì)糖度計(jì)測(cè)定準(zhǔn)確度的影響 單位：%

最初的阿貝折射儀和手持折射儀測(cè)定糖液的濃度和可溶性固形物含量時(shí)，先讀取糖液或果汁的折射率，再查詢(xún)對(duì)應(yīng)的折射率表和溫度修正表，通過(guò)轉(zhuǎn)換得到糖液的質(zhì)量濃度和果汁的可溶性固形物含量[13]。手持式糖度折光儀和手持式數(shù)顯糖度計(jì)通過(guò)擬合標(biāo)準(zhǔn)蔗糖溶液和其所對(duì)應(yīng)的折射率的標(biāo)準(zhǔn)曲線[5]，測(cè)定時(shí)可直接讀取糖液百分濃度和果汁的可溶性固形物含量，且具有溫度校正功能；手持式糖度折光儀測(cè)量時(shí)通過(guò)目鏡讀取相應(yīng)的刻度值，手持式數(shù)顯糖度計(jì)測(cè)定時(shí)直接讀取顯示屏上的數(shù)值；兩者都具有攜帶方便、讀數(shù)直觀、操作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，為目前測(cè)定糖度和果汁可溶性固形物含量的常用儀器。

要確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，測(cè)定前必須對(duì)儀器進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)。使用頻率高、性能良好的新購(gòu)儀器，可按儀器自身要求的校準(zhǔn)時(shí)限進(jìn)行，比如PAL-1 手持式數(shù)顯糖度計(jì)要求每年校準(zhǔn)1 次。使用年限較長(zhǎng)的儀器，要合理縮短校準(zhǔn)時(shí)間；使用頻率低、受到撞擊或保存不當(dāng)?shù)膬x器，使用前要進(jìn)行校準(zhǔn)。糖度計(jì)的檢定、校準(zhǔn)一般包括儀器外觀的完好性、儀器零部件的可操作性和零點(diǎn)漂移、示值漂移、重復(fù)性（儀器測(cè)量的精確度）和示值誤差（儀器測(cè)量的準(zhǔn)確度）等主要的性能參數(shù)；糖度計(jì)的校準(zhǔn)溶液一般為蔗糖和葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液，一般選取儀器量程的20%、50%和80%處的濃度值作為校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)溶液[11,13]。手持式數(shù)顯糖度計(jì)PAL-1 出廠校準(zhǔn)報(bào)告使用的校準(zhǔn)溶液為0%、30%和50%的蔗糖溶液，即該糖度計(jì)的量程的最小值、中間值和最大值。對(duì)于讀取折射率的手持折光儀，蔗糖和葡萄糖都可以作為其校準(zhǔn)溶液[13]。對(duì)于專(zhuān)有用途的折光儀，則需要用儀器對(duì)應(yīng)的特定介質(zhì)為校準(zhǔn)物質(zhì)，如以測(cè)定蔗糖濃度為對(duì)象的手持糖度計(jì)用蔗糖標(biāo)準(zhǔn)溶液校準(zhǔn)，以測(cè)定葡萄糖濃度為對(duì)象的葡萄糖量計(jì)用葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液校準(zhǔn)。本研究中PAL-1 和LBT-32 為測(cè)定蔗糖濃度的專(zhuān)用糖度計(jì)，所以蔗糖標(biāo)準(zhǔn)溶液為其校準(zhǔn)溶液。

3.2 更換待測(cè)液方式

手持式刻度糖度計(jì)（LBT32）測(cè)定時(shí)待測(cè)液滴在折光棱鏡上，蓋上蓋板后通過(guò)目鏡讀取刻度值；手持式數(shù)顯糖度計(jì)測(cè)定時(shí)待測(cè)液滴于折光棱鏡的樣品槽。折光棱鏡的完好性直接影響測(cè)定的精確度和準(zhǔn)確度。所以，測(cè)定樣品時(shí)，要求蒸餾水清洗鏡面，用鏡頭紙、脫脂棉或柔軟紙巾輕輕拭干后加樣測(cè)定；擦拭鏡面時(shí)嚴(yán)禁用力，也要避免脫脂棉等的毛體遺留在鏡面上；被測(cè)試樣中不應(yīng)有硬塊物質(zhì)，以免不小心使鏡面出現(xiàn)劃痕，無(wú)法使用[14]。實(shí)驗(yàn)室測(cè)定時(shí)，有時(shí)涉及到大量樣品的檢測(cè)，如果按照上述方法，不僅測(cè)定速度緩慢，而且不利于保護(hù)棱鏡鏡面。本研究對(duì)比了蒸餾水沖洗棱鏡后用軟紙巾拭干和蒸餾水沖洗后用待測(cè)液潤(rùn)洗2 遍的更換待測(cè)液的方式，結(jié)果表明，2 種方法都具有良好的精確度和準(zhǔn)確度；后者不僅減少了對(duì)棱鏡的擦拭次數(shù)，有利于保護(hù)棱鏡不受損傷，而且能提高測(cè)定速度，所以推薦后者為更換待測(cè)液的較佳方式。另外，蒸餾水沖洗后用待測(cè)液潤(rùn)洗要保證潤(rùn)洗充分，不出現(xiàn)因表面張力在棱鏡上殘留的水滴；對(duì)于讀數(shù)式手持糖度計(jì)，每次測(cè)定時(shí)不僅要處理檢測(cè)棱鏡表面，而且要清潔擦干蓋板。由于儀器和環(huán)境的不穩(wěn)定性，多個(gè)樣品測(cè)定時(shí)，每個(gè)樣品測(cè)定前調(diào)零并用蔗糖標(biāo)液標(biāo)定，是保證測(cè)定準(zhǔn)確度的有效措施。

3.3 果汁存放方式

水果的品質(zhì)分析通常包括可溶性固形物含量、還原糖含量、轉(zhuǎn)化糖含量、可滴定酸和維生素C 含量等指標(biāo)的同時(shí)測(cè)定，如果人手不足，每個(gè)指標(biāo)不可能在擠汁后立即測(cè)定。本研究表明，室溫放置和冷藏保存7h對(duì)蔗糖標(biāo)準(zhǔn)溶液的糖度和柑桔鮮榨果汁的可溶性固形物含量沒(méi)有明顯影響；即測(cè)定柑桔鮮榨果汁可溶性固形物含量時(shí)，如果不能在鮮榨后立即測(cè)定，可在當(dāng)天適當(dāng)延后測(cè)定。

溶液的折射率與溫度成反比，溫度越低，折射率越大；溫度越高，折射率越小[11,13,15]?？勺詣?dòng)溫度補(bǔ)償?shù)臄?shù)顯糖度計(jì)和可調(diào)零校正的刻度糖度計(jì)，對(duì)溫度的校準(zhǔn)功能都是基于儀表與待測(cè)溶液處于同一個(gè)環(huán)境溫度進(jìn)行的。對(duì)于冷藏或冷凍果汁，如果回溫時(shí)間不充分，果汁溫度較環(huán)境溫度低，測(cè)得的示值會(huì)偏大；且果汁溫度越低，示值偏差越大。所以，冷藏、冷凍溶液或果汁必須回溫到與糖度計(jì)所處的環(huán)境溫度一致時(shí)，才能測(cè)得準(zhǔn)確的數(shù)值。

3.4 果汁制備方式

使用折射儀測(cè)定水果可溶性固形物含量時(shí)，樣液中應(yīng)沒(méi)有氣泡、懸浮的果肉顆?；蚱渌麞|西。勻漿中的果肉顆粒等進(jìn)入樣液中，會(huì)導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果顯著低于其他取汁方法[16]。飲料通用分析方法（GB/T12143-2008）規(guī)定，半黏稠制品(果漿、菜漿類(lèi))將試樣充分混勻,用4層紗布擠出濾液,棄去最初幾滴,收集濾液供測(cè)試用；含懸浮物制品(果粒果汁類(lèi)飲料)將待測(cè)樣品置于組織搗碎機(jī)中搗碎,用4 層紗布擠出濾液,棄去最初幾滴,收集濾液供測(cè)試用[17]。與單層濾紙擠汁法、雙層擦鏡紙擠汁法相比紗布可以清洗后重復(fù)使用，低碳、環(huán)保[16]。本研究中120 目、150 目、300 目尼龍濾袋同4 層紗布擠汁相比，測(cè)得的可溶性固形物含量沒(méi)有明顯差異，且果汁過(guò)濾程度更好，操作更簡(jiǎn)單，使用后的尼龍濾袋更容易清洗和晾干。

影響可溶性固形物含量測(cè)定結(jié)果的因素很多，不管是儀器校準(zhǔn)、操作方法、樣品處理、還是測(cè)定環(huán)境，都要多加觀察和分析，才能得到準(zhǔn)確可靠的測(cè)量結(jié)果。