澄清生姜汁的制備及品質(zhì)研究

摘 要：為了提高姜汁的品質(zhì)和穩(wěn)定性，改善其外觀、口感，保留有效成分，本試驗(yàn)研究了酶添加量、酶解溫度、酶解時(shí)間對(duì)安丘生姜汁澄清效果的影響，以透光率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)單因素和正交試驗(yàn)優(yōu)化姜汁的澄清工藝，并對(duì)生姜汁的澄清效果、活性成分和體外抗氧化活性進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，姜汁的最佳澄清工藝為果膠酶添加量0.050%、酶解溫度45 ℃、酶解時(shí)間1.5 h，在此條件下，姜汁的透光率為98.47%。澄清后的生姜汁色澤較好，無(wú)沉淀出現(xiàn)，且總酸、可溶性固形物、粗多糖、總酚含量分別為2.01 g/L、2.50%、53.80 mg/g、3.27 mg/g。澄清生姜汁的DPPH·清除率、ABTS+·清除率和總還原力分別較未澄清的生姜汁提高了15.67%、9.35%和40.00%，表現(xiàn)出良好的抗氧化活性，為姜汁飲料及其工業(yè)化提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：姜汁；果膠酶；澄清；活性成分；抗氧化

中圖分類號(hào)：R283 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1008-1038（2025）01-0013-07

DOI：10.19590/j.cnki.1008-1038.2025.01.003

Preparation and Quality Study of Clarified Ginger Juice

HU Fuxia1， GUI Mengxue2， MA Chao1， FAN Qi1， PAN Jianhe3， ZHANG Ming1*

（1. Jinan Fruit Research Institute， All China Federation of Supply amp; Marketing Co-operatives， Jinan 250014， China;

2. Shandong Agriculture and Engineering University， Zibo 255300， China; 3. Anqiu Linfu Food Co.， Ltd.，

Weifang 262102， China）

Abstract： In order to improve the quality and stability of ginger juice， and to enhance its appearance， taste， and retention of active components， this study investigated the effects of enzyme dosage， enzyme hydrolysis temperature， and enzyme hydrolysis time on the clarification of Anqiu ginger juice. The transparency was used as the evaluation index to optimize the clarification process of ginger juice through single factor and orthogonal experiments. The clarification effect， active ingredients， and antioxidant activity of raw ginger juice were analyzed and evaluated. The results showed that the optimal clarification process of ginger juice was as follows： Pectinase addition of 0.050%， enzymatic hydrolysis temperature of 45 ℃， enzymatic hydrolysis time of 1.5 h， and the light transmittance of ginger juice was 98.47%. The contents of total acid， soluble solids， crude polysaccharides and total phenols in the clarified ginger juice were 2.01 g/L， 2.50%， 53.80 mg/g and 3.27 mg/g. In vitro antioxidant experiments showed that the clarified ginger juice on DPPH·， ABTS+· and total reducing power also significantly increased by 15.67%， 9.35% and 40.00% compared to unclarified ginger juice， showing good antioxidant activity， which provided a theoretical basis for ginger beverage and its industrialization.

Keywords： Ginger juice; pectinase; clarification; active ingredients; antioxidant

生姜（Zingiber officinale Roscoe）又名姜根、鮮生姜、白蠟元等，是姜科多年生草本植物姜的新鮮根莖。生姜在我國(guó)普遍種植，主要分布在江蘇、山東、浙江、福建等地，種植歷史悠久[1]。生姜含有蛋白質(zhì)、氨基酸、糖類、維生素和礦物質(zhì)等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)還含有姜酮、姜烯酚、姜辣素等活性成分，具有發(fā)汗解表、溫中散寒、和胃止嘔、促進(jìn)消化等功效[2-4]?，F(xiàn)代研究表明，生姜還具有抗氧化、抗炎、抗腫瘤、抑菌及增強(qiáng)免疫力等作用，是一種不可多得的食品、藥品和保健品的天然原料[5-6]。

目前，生姜加工產(chǎn)品主要為姜片、姜絲、姜糖、姜粉和姜汁等。其中，姜汁加工主要為傳統(tǒng)手工榨汁和機(jī)械化榨汁，制備的姜汁體系復(fù)雜，且渾濁有沉淀，嚴(yán)重影響其色澤、風(fēng)味和口感[7-8]。果膠酶是澄清果汁生產(chǎn)中必不可少的酶，通過(guò)催化果膠的分解作用，打破果汁中果膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低果汁的黏度，從而加速液體的流動(dòng)性，從而提高果汁的出汁率和澄清度[9]。在此過(guò)程中，果膠酶能夠有效降解果汁中的果膠成分，減少果汁中果膠引起的渾濁現(xiàn)象，并促進(jìn)固體雜質(zhì)的沉降，從而使得果汁更加澄清。果膠酶通過(guò)對(duì)混濁生姜汁進(jìn)行酶解制成澄清生姜汁，可以保持體系的穩(wěn)定，提高姜汁的口感和質(zhì)感，更利于姜汁飲料的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)；同時(shí)，還可以去除汁液中的固體雜質(zhì)和懸浮物，減少微生物和霉菌的滋生和繁殖，從而延長(zhǎng)姜汁的保存期。本研究以安丘生姜為原料，采用果膠酶對(duì)生姜汁進(jìn)行澄清處理，研究了酶添加量、酶解溫度、酶解時(shí)間對(duì)姜汁澄清效果的影響，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)確定了姜汁的最佳澄清工藝。并將原汁與澄清生姜汁的澄清效果、活性成分及抗氧化能力進(jìn)行對(duì)比，為生姜的加工利用和姜汁的開(kāi)發(fā)提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

生姜，由安丘臨福食品有限公司提供。

果膠酶，山東隆科特酶制劑有限公司；福林酚試劑，上海源葉生物科技有限公司；無(wú)水乙醇、無(wú)水碳酸鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、三氯化鐵，天津市凱通化學(xué)試劑有限公司；氫氧化鈉，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)制藥有限公司；鐵氰化鉀、三氯乙酸，天津市永大化學(xué)試劑有限公司；濃硫酸，煙臺(tái)遠(yuǎn)東精細(xì)化有限公司；苯酚，天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司；以上試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

STEPHAN UM5破碎機(jī)，江蘇省金壇市正基儀器有限公司；ME204E萬(wàn)分位電子天平，梅特勒托利多儀器（上海）有限公司；TDL-5-A低速離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠；N4紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海儀電分析儀器有限公司；SB-1100水浴鍋，上海愛(ài)朗儀器有限公司；阿貝折射儀，上海光學(xué)儀器廠；FD-2真空冷凍干燥機(jī)，上海比朗儀器制造有限公司；EYELA N-1100旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海儀電分析儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 姜汁制備

生姜經(jīng)挑選后洗凈去皮，切成1.5 cm左右的碎塊。將碎塊與其質(zhì)量50%的蒸餾水混合在一起，加0.5%的維生素C護(hù)色，在破碎機(jī)中高速搗碎成姜糊狀，用2層100目的尼龍濾布過(guò)濾[10]，所得姜汁即為鮮榨姜汁，然后用檸檬酸將姜汁pH調(diào)至4.0，備用。

1.3.2 單因素試驗(yàn)

取50 mL、pH 4.0的姜汁抽提液，在果膠酶添加量0.1%、酶解溫度50 ℃的條件下，處理1 h。酶解結(jié)束后迅速升溫至92 ℃，水浴10 min進(jìn)行滅酶處理，然后3 000 r/min離心10 min，取上清液在650 nm下測(cè)定透光率[11-12]。

在固定其他單因素的基礎(chǔ)上，果膠酶添加量設(shè)置為0.010%、0.025%、0.050%、0.100%、0.200%、0.300%，酶解溫度設(shè)置為40、45、50、55、60 ℃，酶解時(shí)間設(shè)置為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h，以生姜汁的透光率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行單因素試驗(yàn)。

1.3.3 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以生姜汁的透光率為響應(yīng)值，對(duì)果膠酶添加量（A）、酶解溫度（B）、酶解時(shí)間（C）三個(gè)因素進(jìn)行三因素三水平正交試驗(yàn)，確定生姜汁的最佳澄清工藝。正交試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

1.4 理化指標(biāo)測(cè)定

1.4.1 透光率

用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定650 nm波長(zhǎng)下果膠酶處理的澄清姜汁的透光率，評(píng)價(jià)姜汁的澄清效果。

1.4.2 總酸

取25 mL澄清姜汁樣品，置于250 mL容量瓶中，用無(wú)CO2的水定容，搖勻備用。取50 mL樣品，置于250 mL三角瓶中，加入2～4滴酚酞指示劑，用0.1 mol/L氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定，至30 s內(nèi)微紅色不褪色，記錄消耗的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積[13]?？偹岷扛鶕?jù)公式（1）計(jì)算。

X/（g·L-1）=×1 000" （1）

式中，X為試樣中總酸的含量，g/L；c為氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的濃度，mol/L；V1為滴定試液時(shí)消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，mL；V2為空白實(shí)驗(yàn)時(shí)消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，mL；K為酸的換算系數(shù)，g/mmoL；F為試液的稀釋倍數(shù)；M為吸取試樣的體積，mL。

1.4.3 可溶性固形物含量

采用阿貝折光儀測(cè)定可溶性固形物含量[14]。

1.4.4 粗多糖含量

取10 mL澄清姜汁，加入20 mL 50%乙醇，50 ℃提取30 min，然后在4 000 r/min下離心10 min，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將上清液濃縮到原體積的1/3，加入4倍體積的95%的乙醇，過(guò)夜后，放置在電爐上將乙醇蒸發(fā)至無(wú)醇味，收集沉淀，冷凍干燥得澄清姜汁粗多糖[15]。澄清姜汁粗多糖含量根據(jù)公式（2）計(jì)算。

粗多糖含量/（mg·g-1）=×1 000（2）

式中，m1為凍干后多糖的質(zhì)量，g；m2為澄清姜汁的質(zhì)量，g。

1.4.5 多酚

參照Cui等[16]的方法，以沒(méi)食子酸標(biāo)準(zhǔn)品為對(duì)照品，測(cè)定樣品在765 nm處的吸光度，以沒(méi)食子酸標(biāo)準(zhǔn)品的濃度x（mg/mL）為橫坐標(biāo)，吸光度y為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到回歸方程：y=12.813x+0.012 8，R2=0.999 6。

取5 mL澄清姜汁，加入50%乙醇20 mL，在50 ℃下提取30 min，然后4 000 r/min離心10 min，取上清液置于50 mL容量瓶中，得到多酚提取液。取1 mL多酚提取液于具塞試管中，加入1.0 mL福林酚試劑，充分混勻后靜置15 min，隨后加入3.0 mL、7.5% Na2CO3，定容至10 mL，混勻，室溫下反應(yīng)1 h，于765 nm處測(cè)定吸光度。利用標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算澄清姜汁多酚的濃度，并按照公式（3）計(jì)算澄清姜汁中多酚濃度，以沒(méi)食子酸計(jì)。

多酚濃度/（mg·g-1）＝"（3）

式中，c為多酚濃度，mg/mL；V為提取液體積，mL；N為稀釋倍數(shù)；M為樣品質(zhì)量，g。

1.5 抗氧化能力的測(cè)定

1.5.1 DPPH·清除能力

參考韋學(xué)豐等[17]的方法稍作修改。將2.0 mL澄清生姜汁與2.0 mL DPPH溶液（0.2 mol/L）加入試管中，充分混勻后避光靜置30 min，在517 nm處測(cè)定吸光度A1。按照上述方法，加入2.0 mL澄清生姜汁和2.0 mL無(wú)水乙醇，測(cè)吸光度A2；加入2.0 mL DPPH溶液和2.0 mL去離子水，測(cè)吸光度A0，以維生素C作為陽(yáng)性對(duì)照。DPPH·的清除率根據(jù)公式（4）計(jì)算。

DPPH·清除率/％=（１－）×１００（4）

1.5.2 ABTS+·清除率

參照Adhikari等[18]稍作修改。配制7 mmol/L ABTS和2.45 mmol/L K2S2O8溶液，等比例混合后在25 ℃下避光反應(yīng)12～16 h。在734 nm下用無(wú)水乙醇稀釋至吸光度為0.70±0.01，配制成ABTS工作液。將3.0 mL澄清生姜汁和3.0 mL ABTS工作液加入試管中，充分混勻后避光反應(yīng)10 min，在734 nm處測(cè)定吸光度，記為A1。按照上述方法，加入3.0 mL澄清生姜汁和3.0 mL無(wú)水乙醇，測(cè)其吸光度，記為A2；加入3.0 mL ABTS溶液和3.0 mL去離子水，測(cè)其吸光度，記為A0，以維生素C作為陽(yáng)性對(duì)照。ABTS+·的清除率根據(jù)公式（5）計(jì)算。

ABTS+·清除率/％=（１－）×１００（5）

1.5.3 總還原力

參考孫昕[19]稍作修改。將1.0 mL樣品溶液與2.5 mL磷酸緩沖液、2.5 mL 1%鐵氰化鉀混勻，在50 ℃水浴中加熱20 min后冷卻至室溫。然后加入2.5 mL 10%三氯乙酸，并將混合物以3 000 r/min離心10 min。取2.5 mL上清液與2.5 mL蒸餾水、0.5 mL 0.1% 三氯化鐵充分混合，靜置10 min，在700 nm處測(cè)吸光度，以維生素C作為陽(yáng)性對(duì)照。

1.6 數(shù)據(jù)處理

使用SPSS 17.0進(jìn)行單因素方差分析（ANOVA），所有試驗(yàn)重復(fù)3次，數(shù)據(jù)以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差”的形式表示，P＜0.05差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 生姜汁澄清工藝單因素試驗(yàn)

2.1.1 酶添加量對(duì)姜汁澄清效果的影響

由圖1可知，酶添加量對(duì)生姜汁透光率的影響較大，隨著酶添加量的增加，姜汁透光率呈先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)酶添加量為0.05%時(shí)，透光率達(dá)到最高，為97.00%。這可能是因?yàn)楣z酶可以水解果膠類物質(zhì)，使體系中其它膠體物質(zhì)失去果膠的保護(hù)作用而析出沉淀，從而實(shí)現(xiàn)姜汁澄清[20]；而繼續(xù)增加酶的添加量，姜汁的透光率開(kāi)始下降，說(shuō)明過(guò)量的果膠酶不僅不能增加果膠的水解速率、提高生姜汁的澄清度，并且生產(chǎn)成本增大。因此，果膠酶的最適酶添加量為0.05%。

2.1.2 酶解溫度對(duì)姜汁澄清效果的影響

由圖2可知，隨著溫度的升高，姜汁透光率先增大后減小。當(dāng)酶解溫度50 ℃時(shí)，透光率達(dá)到最大，這可能是由于果膠酶的活性隨著溫度的升高而提高。當(dāng)溫度超過(guò)50 ℃后，澄清效果呈下降的趨勢(shì)，因?yàn)闇囟冗^(guò)高會(huì)破壞酶的空間結(jié)構(gòu)，從而使酶的活性降低甚至失活，故姜汁的澄清度降低[21]。因此，本試驗(yàn)中酶解溫度以50 ℃為宜。

2.1.3 酶解時(shí)間對(duì)姜汁澄清效果的影響

由圖3可知，果膠酶酶解時(shí)間小于2 h時(shí)，姜汁的透光率隨著酶解時(shí)間的延長(zhǎng)呈上升趨勢(shì)，由91.93%升至98.29%，表明在酶水解開(kāi)始時(shí)，姜汁有較多的果膠類物質(zhì)，酶解反應(yīng)較快，使姜汁的膠體穩(wěn)定性被破壞，懸浮顆粒被沉積，姜汁的透明度大大提高。當(dāng)溫度超過(guò)2 h后，姜汁的透光率反而下降，在2.5 h時(shí)透光率降至95.60%，原因可能是酶解時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致多酚等物質(zhì)氧化褐變，造成澄清度降低。因此，酶解時(shí)間以2 h為宜。

2.2 生姜汁澄清工藝正交優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果及分析

如表2所示，各因素對(duì)姜汁澄清效果的影響大小排序?yàn)锳（酶解溫度）＞B（酶添加量）＞C（酶解時(shí)間）。由表3的方差分析結(jié)果可知，酶添加量和酶解溫度對(duì)姜汁的澄清度影響效果較為顯著（P＜0.05）。澄清生姜汁的最優(yōu)澄清條件為A2B1C1，即果膠酶添加量為0.050%、酶解溫度為45 ℃、酶解時(shí)間為1.5 h。在此條件下，進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，澄清姜汁的透光率為98.50%，表明該工藝重復(fù)性良好，具有一定的可行性。

2.3 理化指標(biāo)分析

2.3.1 生姜汁澄清前后品質(zhì)評(píng)價(jià)

通過(guò)對(duì)生姜汁澄清前后品質(zhì)分析（見(jiàn)表4），用果膠酶法制備的生姜汁澄清效果明顯，透光率明顯提高，姜味較濃郁并且澄清姜汁穩(wěn)定，沒(méi)有沉淀生成。

2.3.2 原汁和澄清生姜汁的基本成分對(duì)比

不同產(chǎn)地、不同品種、不同成熟度生姜的基本成分均有差異。由表5可知，原汁中的總酸含量為1.21 g/L，而澄清姜汁中含有2.01 g/L的總酸，原因可能是果膠酶處理過(guò)程中會(huì)釋放羧酸和半乳糖醛酸，降低姜汁的pH，導(dǎo)致澄清生姜汁中的總酸有所提高。姜汁經(jīng)過(guò)澄清處理后，可溶性固形物的含量由2.00%升高到2.50%，這可能是果膠酶使組織中不溶性的果膠物質(zhì)分解為可溶性的果膠物質(zhì)，提高了可溶性固形物的含量。粗多糖的含量由44.60 mg/g提高到53.80 mg/g，可能是果膠的水解產(chǎn)物中包含了未完全水解的多糖類物質(zhì)，以及果膠酶處理導(dǎo)致的溶液中其他成分溶解性的改變。原汁中多酚的含量為2.56 mg/g，而澄清姜汁中多酚含量為3.27 mg/g，果膠酶水解果膠，破壞了植物細(xì)胞的細(xì)胞壁和胞間層，使得原本被包裹在細(xì)胞內(nèi)的多酚類化合物得以釋放到汁液中。多酚具有抗氧化和抗炎作用，有助于保護(hù)人體細(xì)胞免受自由基損害。姜汁中的總酚含量越高，其抗氧化和抗炎的能力也越強(qiáng)。綜上所述，澄清生姜汁的營(yíng)養(yǎng)成分比原汁多，在食品加工等行業(yè)有廣闊的應(yīng)用前景。

2.4 抗氧化能力

以1 mg/mL的維生素C溶液作為對(duì)照，分別對(duì)原汁和澄清姜汁的DPPH·清除能力、ABTS+·清除能力和總還原力進(jìn)行測(cè)定。由表6可以看出，原汁、澄清生姜汁的DPPH·清除率、ABTS+·清除率、總還原力分別為72.13%、32.08%、0.575和83.40%、35.08%、0.805，表明原汁和澄清姜汁均具有較好的抗氧化能力，且澄清姜汁抗氧化能力更好，但兩者抗氧化能力均弱于同濃度下的維生素C。綜上，本實(shí)驗(yàn)制備的澄清姜汁具有一定的抗氧化能力，適宜生產(chǎn)保健作用的功能性飲料。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)以生姜為原料制備澄清生姜汁，通過(guò)單因素和正交試驗(yàn)，得到了生姜汁的最優(yōu)澄清工藝為酶添加量0.050%、酶解溫度45 ℃、酶解時(shí)間1.5 h。在此條件下，澄清生姜汁的透光率可達(dá)98.50%，澄清度高，無(wú)沉淀出現(xiàn)，且澄清姜汁中總酸含量為2.01 g/L、可溶性固形物含量為2.50%、總酚含量為3.27 mg/g、粗多糖含量為53.80 mg/g?？寡趸Y(jié)果表明，澄清生姜汁的DPPH·清除率、ABTS+·清除率、總還原力較原汁分別提高了15.67%、9.35%、40.00%，說(shuō)明澄清生姜汁的抗氧化能力顯著高于原汁。澄清生姜汁的制備分析了生姜汁中活性成分的生物活性，探索了其在食品加工中的應(yīng)用領(lǐng)域和可能性，為后期新型生姜制品的開(kāi)發(fā)提供了新思路和理論依據(jù)。

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