甘薯浓缩汁生产过程中-澄清工艺的研究.pdf

FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY食 品 科 技2010 年 第 35 卷 第 4 期甘薯是旋花科甘薯属的一个重要栽培品种，又名红薯、白薯、地瓜、番薯、山芋或红苕等。甘薯产量仅次于水稻、小麦和玉米，是我国重要的粮食作物。目前，甘薯在我国的种植面积约占全世界的 70%，年产量在 1 亿 t 以上，占全世界总产量的 80%。甘薯被世界卫生组织评为最佳蔬菜，甘薯既含有丰富维生素，又是抗癌能手，为所有蔬菜之首。我国是甘薯种植大国，甘薯资源丰富且价格较低，开发甘薯饮料不仅能促进饮料市场的繁荣，也是人们日益提高的健康意识的需要。考虑到红薯的采摘和储存的时间限制，浓缩甘薯汁研制为甘薯饮料投入产业化生产具有重要意义。本实验是甘薯在一定的条件下经过液化、糖化后，经过过滤，进而研究影响澄清的方法，以期达到最佳的澄清工艺参数。在甘薯汁浓缩过程中，常常出现浑浊或沉淀现象，严重影响甘薯浓缩汁的感官和品质，通过多次试验，发现造成甘薯浓缩汁浑浊的主要原因是甘薯汁中含有大量Study on the clarification process of sweet potatoconcentrated juiceLUO Cang-xue,LI Zheng-hao(Life Science and Engineering College,Shaanxi University of Science and Technology,Xian 710021)Abstract:In order to solve floccule and precipitation of sweet potato concentrated juice process.The ex-periment based on the Response Surface Methodology for pectinase experimental design,the optimumtechnological conditions for pectinase.Through adding diatomite,cellulose enzyme,gelatin,diatomite andultrafiltration method,remove the composition,caused by turbidity transmittance,then get to measure the bestclarification conditions.Key words:sweet potato concentrated juice;pectinase;ultrafiltration;clarification罗仓学，李政浩(陕西科技大学生命科学与工程学院，西安 710021)摘要：为了解决甘薯浓缩汁生产过程中絮状物和沉淀，通过对果胶酶的响应曲面法的实验设计，得出果胶酶的最佳工艺条件。再通过添加硅藻土、纤维素酶、明胶、硅藻土和超滤等方法，除去引起浑浊的成分，以透光率为衡量指标，进而得到最佳澄清条件。关键词：甘薯浓缩汁；果胶酶；超滤；澄清中图分类号：TS 275.5文献标志码：A文章编号：1005-9989(2010)04-0084-04甘薯浓缩汁生产过程中澄清工艺的研究收稿日期：2009-06-06基金项目：2009 年陕西省自然科学基金项目(2009B07)。作者简介：罗仓学(1959)，男，教授，研究方向为食品加工及资源综合开发利用。食品开发84FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY食 品 科 技2010 年 第 35 卷 第 4 期的果胶。文中针对造成甘薯浓缩汁混浊的主要原因，利用响应曲面法，研究了果胶酶应用甘薯汁生产的澄清工艺，再次通过影响甘薯汁浑浊和沉淀有悬浮颗粒和大分子如蛋白质等物质，加入澄清剂和超滤的对比试验，确定了最佳澄清方法，从而优选出合适的工作条件。1材料与方法1.1材料与试剂甘薯：秦薯四号，西北农林科技大学甘薯基地；果胶酶；酸性蛋白酶；纤维素酶；明胶(粉末状)；硅藻(粉末状)。1.2仪器与设备UV-754 型紫外-可见分光光度计：上海第三分析仪器厂；LXJ-2 型高速离心机：上海医用分析仪器厂；RE-52AA 型旋转蒸发仪：上海亚荣生化仪器厂；JA1203 型电子分析天平：上海精密科学天平厂；循环水多用真空泵：SHB-3，郑州杜普仪器厂；水浴锅：郑州长城科工贸有限公司；雷磁 PHS-3C 精密 pH 计：上海精密科学仪器有限公司；阿贝折射仪：2WA-J 上海光学仪器五厂；PELLICONRXL FILTER 超滤机：Milipore 公司。1.3工艺流程原料挑选清洗打浆液化糖化 过滤澄清精滤真空浓缩杀菌冷却检验甘薯浓缩汁1.4实验方法1.4.1果胶酶的澄清方法取 100 mL 甘薯汁于200 mL 烧杯中，加入果胶酶，在不同温度和 pH值条件下，搅拌均匀，在不同的时间后，70 酶灭活，真空抽滤，取滤液进行澄清度的测定，以确定果胶酶最佳工艺条件。1.4.2澄清度波长的选择利用 760CR 双光速紫外分光光度计，甘薯汁在 200800 nm 范围内进行吸光度扫描，以蒸馏水为参比，并据此确定甘薯汁澄清度的测定波长。在 540 nm 处，甘薯汁有最大透过率。1.4.3酒精试验在试管中加入酒精或甲醇，然后取 5 mL 果汁加入试管中，将管口堵住，上下轻轻倒转 35 次，使内容物混合后，可根据沉淀絮凝片的大小数量及沉淀的快慢来判断果胶的降解程度一般混合 30 s 后，发生少量凝聚现象就认为已经进行了有效的果胶脱除。1.4.4澄清剂和超滤对澄清度对比实验经过果胶酶最佳澄清后，再分别加入硅藻土、明胶、纤维素酶、酸性蛋白酶和超滤，通过检测透光率和静置观察对比试验，确定合理的方法。2结果与分析2.1果胶酶的响应面优化实验设计及结果响应面分析因素水平的选取，根据 Box-Benhnken 中心实验设计原理，实验设计及分析结果如表 1表 3 所示，Design-Expert7.0 对实验数据进行分析得多元二次回归方程为：透光率(%)=90.04+0.4A+0.45B+1.73C+2.14D-0.90AB-0.48AC+0.57AD+1.07BC+0.67BD-0.52CD-1.54A2-2.24 B2-1.73C2-1.93D2因 Pr|t|值大于 0.05 不显著,小于 0.05 的显表 1响应面试验设计及结果序号水浴温度/pH 值添加量/mL水浴时间/min透光率/%1353.250.97586.9242.541.252.589.63503.250.93085.14502.50.952.586.95503.250.652.584.6642.53.250.952.5917353.250.652.583.1842.53.250.952.590.29503.251.252.589.3103540.952.587.61142.53.250.952.589.21242.53.250.63083.41342.52.50.97586.51442.540.97589.315353.250.93084.716353.251.252.589.71742.52.50.652.584.7185040.952.586.31942.53.251.27588.52042.540.652.582.62142.53.250.952.590.42242.540.93083.72342.52.51.252.587.42442.53.250.67589.725352.50.952.584.62642.52.50.93083.62742.53.250.952.589.42842.53.251.23084.329503.250.97589.6食品开发85FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY食 品 科 技2010 年 第 35 卷 第 4 期著，小于 0.01 的极显著。由表 2 可以看出，模型P 值=0.0006 影响极其显著，失拟项 P 值=0.0865，影响不显著。2.2响应曲面果胶酶在甘薯汁的添加量，水浴温度、pH值和水浴时间都会影响果汁的澄清度，图 1图6为甘薯汁果胶酶澄清实验因素的两两因素的响应曲面。由图 1图 6 可以看出，酶的添加量、水浴温度、pH 值和水浴时间低时，他们之间两因素的交互作用对透光率的影响低。随着数值的增大，他们之间两因素的交互作用对透光率的影响不断提高，但是程度有所不同，添加量对透光率影响最大，其次是时间、pH 值和温度。当达到所设定的较大值时，透光率都有所不同程度的下降。利用 Design-Expert7.0 对实验数据进行分析得到果胶酶的最佳组合：温度 43.12，pH 值 3.46，表 2回归模型方差分析变异来源平方和自由度均方F 值P 值模型167.831411.996.530.0006残余差25.72141.84失拟项23.52102.354.290.0865误差2.1940.55总误差193.5528R2=0.8671AdjR2=0.7343表 3回归方程系数估计表模型系数系数估计自由度标准偏差常数项90.0410.61A-温度0.4310.39B-pH 值0.4510.39C-添加量1.7310.39D-时间2.1410.39AB-0.910.68AC-0.4810.68AD0.5810.68BC1.0810.68BD0.6810.68CD-0.5310.68A2-1.5410.53B2-2.2410.53C2-1.7310.53D2-1.9310.53图 1水浴温度和 pH 值对透光率的影响透光率/%水溶温度/90.188.67587.2585.82584.44.003.633.25pH 值2.882.5035.0038.7542.5046.2550.00图 2水浴温度和添加量对透光率的影响90.588.9透光率/%87.385.784.11.201.050.900.750.6035.0038.7542.5046.2550.00水溶温度/添加量/mL图 3水浴温度和水浴时间对透光率的影响90.989.22587.5585.87584.275.0063.7552.5041.2530.00 35.0038.7542.5046.2550.00水浴时间/min水溶温度/透光率/%图 4pH 值和添加量对透光率的影响90.688.87587.1585.42583.71.201.050.900.750.60 2.502.883.253.634.00pH 值值添加量/mL透光率/%图 5pH 值和水浴时间对透光率的影响90.989.0587.285.3583.575.00透光率/%水浴时间/min63.7552.5041.2530.002.502.883.253.634.00pH 值食品开发86FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY食 品 科 技2010 年 第 35 卷 第 4 期添加量 1.05 mL，时间 64.88 min，透光率为 91.14%。2.3澄清剂和超滤的澄清效果对比由图 7 中可以看出，硅藻土澄清的效果比明胶、纤维素酶和酸性蛋白酶的澄清效果好，达到94.5%，但超滤效果最好，达到了 98.8%。同时对他们澄清后的甘薯汁进行了加热杀菌，脱气等工艺，静置 30 d 后观察，使用澄清剂后澄清的，都有不同程度的少量沉淀，而经过超滤后的甘薯汁没有沉淀。经过超滤后虽然色泽稍微变浅但风味没有变化。3结论果胶酶的最佳组合：温度 43.12、pH 值3.46、添加量 1.05 mL、时间 64.88 min，透光率为91.14%。4 种因素对透光率都有不同程度的影响，添加量对透光率影响最大，其次是时间、pH 值和温度。澄清剂和超滤的澄清效果对比中，利用超滤技术对透光率的澄清效果最好。参考文献：1周玲.甘薯与保健J.中国食物与营养,1998,(6):47-482蔡惠林.重视甘薯的益寿抗癌功能及其产品的开发J.中国食物与营养,1997,(4):21-223王章宏,李洪民,钮福祥.甘薯的营养及化学组成的再认识J.中国甘薯,1994,(7):214-2184范垂芳,霍庆增.甘薯食品加工与高产栽培技术问答M.科学普及出版社,1994,4-8:17-765陈志成.薯类精深加工利用技术.化学工业出版社,2003:155-1706Koji,Ishi gue,Miyazaki.Retro gradation of Sweet potatoJ.Starch,2000,52(1):13-177刘汉文,丁志香,颜洪.酶法小麦粗淀粉生产高麦芽糖浆工艺研究J.食品科学,1999,(3):42-448Operation Manual for the Series 3 Rapid Visco AnalyserNew port Scientific Pty Ltd,19959Thermo cline and Thermo view RVA Data Collection andAnalysis Software Newport Scientificpry.Ltd,199510Lee S,Yang k H,Wang S.Use of response surface analysis in selective bioconversion of starch waste water toacetic acid using a mixed culture of anaerobesJ.ProcessBiochemistry,2004,39(9):1131-113511费荣昌.试验设计与设计处理(第 4 版)M.江苏:无锡江南大学出版社,2001图 6添加量和水浴时间对透光率的影响91透光率/%88.72586.4584.17581.975.0063.7552.5041.2530.000.600.750.901.051.20水浴时间/min添加量/mL图 7澄清剂和超滤的澄清效果对比图100989694929088透光率/%8吴丹.山药多糖提取工艺优化及结构分析D.杭州:浙江大学硕士学位论文,2004:7-89Omidiji O,Okpuzor J.Time Course of PPO-Related Browning of YamsJ.Journal of the Science of Food and Agriculture,1996,70(2):190-19610赵喜亭,王会珍,李明军,等.无硫护色剂对鲜切铁棍山药片酶促褐变的影响及其 PPO 特性研究J.食品工业科技,2008,29(2):46-5111顾林,鲁茂林,姜军,等.山药多酚氧化酶酶学特性及褐变控制研究J.食品与机械,2006,22(6):26-2912黄绍华,胡晓波,王震宙.山药中多酚氧化酶的活性测定及其护色研究J.食品与发酵工业,2005,31(6):27-2913李晓莉,沈金玉,黄家音.山药多酚氧化酶特性研究J.精细化工,2005,22(7):527-52914Chen Y T,Kao W T,Lin K W.Effects of pH on the totalphenolic compound,antioxidative ability and the stabilityof dioscorin of various yam cultivarsJ.Food Chemistry,2008,107(1):250-257(上接第 83 页)食品科技Http:/www.e-注：1 为 硅藻土；2 为明胶；3 为纤维素酶；4 为酸性蛋白酶；5 为超滤。12345!食品开发87