葡萄汁澄清工艺的研究

杨 旭，屈小玄，郭庆贺，兰雪萍，吕远平

（四川大学食品工程系，四川成都610065）

葡萄中含有多种果酸、矿物质、维生素和人体必需氨基酸[1]，营养价值很高。研究表明，葡萄含有白藜芦醇、花青素、多酚类等生物活性物质[2]，具有抗菌、抗过敏、抗癌、抗贫血、降低胃酸、抗动脉粥样硬化、利尿、美容等多种生理活性[3-4]。

近年来，葡萄被广泛应用于加工葡萄酒、葡萄汁、葡萄干以及糖水罐头等。但是在葡萄汁的生产和储存过程中，常出现沉淀浑浊等现象，严重影响了其感官品质和稳定性。葡萄汁产生沉淀的原因主要为三个方面：一是由果胶引起的浑浊，二是由其中多酚类物质的不稳定性引起，三是酒石酸的析出[5]。目前解决沉淀主要是通过过滤、吸附、超滤[6]等物理方法，以及添加朊蛋白[7]、蜂蜜[8]、果胶酶[9]、蛋白酶、植物黑素[10]等化学、生物方法。亲水性的胶体如明胶、羧甲基纤维素钠以及黄原胶，可通过吸附作用与葡萄汁中的可溶性蛋白、多酚、金属离子等物质发生絮凝反应，再通过离心、过滤等物理澄清法可将其除去，从而达到很好的澄清和稳定效果，在石榴、苦荞[11]、百合[12]等饮料中被广泛使用。然而，它们作为澄清剂和稳定剂，对于葡萄汁的澄清效果却很少被报道。从成本、来源、过程控制等多方面来看，亲水性胶体对葡萄汁的澄清均具有良好的研究价值和市场前景。

本实验选用果胶酶、明胶、羧甲基纤维素钠、黄原胶这四种澄清剂，研究葡萄汁的最佳澄清工艺，为生产提供理论依据，以提高葡萄汁在生产和储存中的稳定性。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

葡萄品种为红宝石 产于贵州省毕节地区黔西县；羧甲基纤维素钠（食品级） 河南天润生物科技有限公司；黄原胶（食品级） 河南百福食品添加剂有限公司；明胶、果胶酶（10万U/g，食品级） 郑州馨香源食品添加剂有限公司。

HR1848榨汁机 珠海飞利浦家庭电器有限公司；TU-1901紫外可见分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司；LD4-2A低速离心机 北京医用离心机厂；HWS-26电热恒温水浴锅 上海齐欣科学仪器有限公司；WAY-2S阿贝折射仪 上海索光光电技术有限公司；GZX-GF101-2-BS电热恒温鼓风干燥箱 上海跃进医疗器械有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程 原料→挑选→清洗→破碎→榨汁→300目滤布过滤→含20%原汁的葡萄汁→加入不同澄清剂进行澄清处理（羧甲基纤维素钠、黄原胶、明胶、果胶酶）→离心分离→微孔过滤→灭菌→澄清葡萄汁。

1.2.2 澄清剂选择实验 将葡萄进行挑选、清洗，加入打浆机破碎打浆，得到的汁液过滤后，用蒸馏水按1∶4的料液比稀释为含有20%原汁的葡萄汁。在葡萄汁自然pH3.89条件下，分别加入羧甲基纤维素钠、黄原胶、明胶、果胶酶对葡萄汁进行澄清处理。其中，羧甲基纤维素钠、黄原胶和明胶的添加量均为0.06%，在常温下（20℃）搅拌处理40min[13]；果胶酶的添加量为0.04g/L，在40℃下酶解40min。离心、过滤后，测定葡萄汁的透光率和可溶性固形物含量。

1.2.3 明胶对葡萄汁的澄清实验 以明胶的添加量（0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%、0.06%、0.07%、0.08%、0.09%、0.10%、0.11%、0.12%）为单因素，在常温下（20℃）对浓度为20%葡萄汁处理40min，离心过滤后分别测定葡萄汁的透光率、可溶性固形物含量以及单位明胶沉淀量。由于明胶的澄清机理是与葡萄汁中的多酚、金属离子等不稳定物质发生絮凝而产生沉淀，因此，单位明胶沉淀量也应该作为评价明胶澄清效果的重要指标，从而确定出明胶的最适添加量。

1.2.4 果胶酶对葡萄汁的澄清实验

1.2.4.1 果胶酶添加量对葡萄汁澄清的影响 以果胶酶的添加量（0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07g/L）为单因素，在40℃下对浓度为20%葡萄汁酶解60min，离心过滤后分别测定葡萄汁的透光率和可溶性固形物含量，确定适宜的果胶酶添加量范围。

1.2.4.2 酶解温度对葡萄汁澄清的影响 以果胶酶的酶解温度（20、30、40、50、60、70℃）为单因素，果胶酶添加量为0.04g/L，对浓度为20%葡萄汁酶解60min，通过测定透光率和可溶性固形物含量来考察其对澄清工艺的影响。

1.2.4.3 酶解时间对葡萄汁澄清的影响 以果胶酶的酶解时间（20、30、40、50、60、70、80min）为单因素，果胶酶添加量为0.04g/L，在40℃下对浓度为20%葡萄汁进行酶解，同样以透光率和可溶性固形物含量为指标来选择适宜的酶解时间范围。

1.2.4.4 正交实验 在单因素实验的基础上，以葡萄汁的透光率为评价指标，设计正交实验，正交实验因素水平表见表1。

表1 正交实验的因素和水平Table 1 Factors and levels of orthogonal array design

1.2.5 明胶和果胶酶复合对葡萄汁的澄清实验 葡萄汁中先添加0.06%的明胶，常温下搅拌处理40min，过滤后再加入0.03g/L的果胶酶，40℃下酶解30min。

葡萄汁中果胶酶的添加量为0.03g/L，40℃下酶解30min，灭酶过滤后再加入0.06%的明胶，常温下搅拌处理40min。

在葡萄汁中分别加入0.06%的明胶和0.03g/L的果胶酶，40℃下处理30min。

以处理后的葡萄汁的透光率和可溶性固形物含量为测定指标，比较确定适宜的复合澄清处理方式。

1.2.6 测定项目

1.2.6.1 透光率最适波长测定 采用紫外分光光度计法[14]，在200～800nm波长范围内进行光谱扫描，以测定不同波长下葡萄汁的透光率。

1.2.6.2 透光率测定 以蒸馏水为空白对照，采用紫外分光光度计法[15-16]，在682nm下测定透光率。同条件下，葡萄汁的透光率越大，表示葡萄汁的澄清度越高。此为衡量葡萄汁澄清效果的最主要指标。

1.2.6.3 可溶性固形物含量测定 采用折光法（GB/T 12143-2008)[17]。由于澄清处理会使葡萄汁中的可溶性蛋白、维生素等营养成分和风味成分损失，导致其可溶性固形物含量降低。因此，在考察不同澄清剂对葡萄汁的澄清效果时，应在保证其可溶性固形物含量的基础上选择最佳的澄清效果。

1.2.6.4 沉淀量测定 采用离心分离法得到沉淀，将其烘干后称重[18]，用于单位明胶沉淀量的计算。

2 结果与分析

2.1 澄清剂选择结果

通过紫外分光光度法，确定出葡萄汁透光率的最适检测波长为682nm。表2为四种不同澄清剂对葡萄汁的澄清结果。明胶、羧甲基纤维素钠、黄原胶三种澄清剂在同样添加量下，以透光率为指标可见，明胶和果胶酶处理的的澄清效果最好，透光率分别达到了75.78%和74.29%。羧甲基纤维素钠和黄原胶澄清效果较差。明胶可与葡萄汁中的多酚进行结合，从而絮凝沉淀，因此可以解决由于多酚类不稳定物质所引起的沉淀问题。但是在澄清处理过程中，絮凝沉淀可能夹裹携带葡萄汁中部分营养和风味物质，造成他们的损失。这可以从辅助评价指标可溶性固形物含量来反映，添加明胶后的葡萄汁测定结果为1.75%，较其他三种澄清剂处理的可溶性固形物含量为最低。果胶酶能分解果胶，有效降低葡萄汁粘度，解决由于果胶所引起的沉淀问题。它的澄清效果虽然比明胶低，但其对可溶性固形物的保留较好。此外，与明胶和果胶酶相比，黄原胶加入葡萄汁会明显增加其黏度，从而影响澄清葡萄汁的口感；而羧甲基纤维素钠的成本相比于明胶和黄原胶较高。综合考虑以上几个评价指标，选用明胶和果胶酶为澄清剂做进一步的研究。

表2 四种不同澄清剂对葡萄汁的澄清结果Table 2 Effect of four clarificants on grape juice

2.2 明胶对葡萄汁的澄清效果

图1为葡萄汁可溶性固形物含量、透光率和单位明胶沉淀量随明胶添加量的变化曲线。由图1可以看出，随着明胶添加量的增加，葡萄汁的透光率逐渐增加。当明胶的添加量为0.07%时，透光率达到最大75.95%，随后，明胶量继续增加，透光率逐渐减小，这可能是由明胶过量造成的。同时结合单位明胶沉淀量的测定结果，当明胶添加量为0.06%时，单位明胶沉淀量为最大，达2.22g/g。由明胶与多酚的反应模式可知，在低浓度明胶溶液中，众多的多酚分子在蛋白质表面结合形成单分子疏水层，单位明胶沉淀量随明胶浓度增加而加大。当明胶浓度较大时，明胶分子间产生交联，提供给多酚分子结合的表面积降低，因而随明胶一起沉淀的单位明胶沉淀量反而减少[18]。

结果表明当明胶添加量为0.07%时，其透光率最大，澄清效果最好，而添加量为0.06%时的单位沉淀量最大。此时，根据可溶性固形物含量测定结果，明胶添加量为0.06%时的可溶性固形物含量较0.07%时更高，表示其对可溶性固形物的保留效果更好。综合考虑，确定明胶的适宜添加量为0.06%。此时，葡萄汁透光率可达75.78%，可溶性固形物含量为1.75%。

图1 明胶添加量与葡萄汁可溶性固形物含量、透光率以及单位明胶沉淀量的关系Fig.1 Effect of gelatin dosage on soluble solids content，transmittance and unit amount of precipitation in grape juice

2.3 果胶酶对葡萄汁的澄清效果

图2为可溶性固形物含量和透光率随果胶酶添加量的变化曲线。葡萄汁的透光率随着果胶酶用量的增加而逐渐增大，当果胶酶用量为0.03g/L时，其透光率达到最大，为75.34%，此时的可溶性固形物含量为2.75%。随后，果胶酶用量继续增加，透光率基本不变。确定果胶酶的适宜添加量范围为0.02～0.04g/L。

果胶酶处理温度的单因素实验结果（图3）表明，葡萄汁的透光率随着果胶酶处理温度的不断升高，呈现出先增加后下降的趋势。开始时，果胶酶活性随着温度的升高逐渐增加，透光率逐渐增大。当温度为40℃时，酶活达到最高，此时的透光率为74.92%，可溶性固形物含量为2.44%。处理温度继续升高，葡萄汁的透光率逐渐下降，这可能是果胶酶活性降低造成的。确定果胶酶处理的适宜温度范围为30～50℃。

图2 果胶酶添加量与葡萄汁可溶性固形物含量、透光率的关系Fig.2 Effect of pectinase dosage on soluble solids content and transmittance of grape juice

图3 酶解温度与葡萄汁可溶性固形物含量、透光率的关系Fig.3 Effect of temperature on soluble solids content and transmittance of grape juice

图4为酶解时间的单因素实验结果。葡萄汁的透光率随着酶解时间的延长，呈现出先增加后下降的趋势。开始时，酶解时间不断增加，葡萄汁的透光率也随之增大。当酶解时间达到40min时，此时透光率达到最大，为77.09%，可溶性固形物为2.58%。随着酶解时间的延长，透光率反而降低。这可能是因为在果胶酶处理前，葡萄汁并未进行灭菌处理，酶解时间过长，引起葡萄汁中微生物的发酵，从而造成透光率的下降[10]。确定果胶酶处理的适宜时间范围为30～50min。

图4 酶解时间与葡萄汁可溶性固形物含量、透光率的关系Fig.4 Effect of hydrolysis time on soluble solids content and transmittance of grape juice

在单因素实验结果的基础上，进行了三因素三水平的正交实验，结果见表3。结果表明，各因素对葡萄汁透光率影响的的主次顺序为：酶解时间＞酶解温度＞果胶酶添加量，酶解的最佳组合为A2B2C1，即果胶酶添加量为0.03g/L，酶解温度为40℃，酶解时间为30min。经过验证实验，组合A2B2C1的透光率为79.29%，比表3中所有组合的透光率均高，说明此组合合理可行。表4为正交实验的方差分析，结果验证了各因素对葡萄汁透光率影响的主次顺序。F检验结果表明果胶酶添加量、酶解温度、酶解时间这三个因素对透光率的影响都不显著，这可能是由于实验误差以及误差自由度太小使得检验的灵敏度低，从而掩盖了考察因素的显著性。

表3 L9（34）正交实验结果与分析Table 3 Results and analysis of orthogonal array design

表4 正交实验结果的方差分析Table 4 Variance analysis of orthogonal array design

2.4 明胶和果胶酶复合对葡萄汁的澄清效果

在明胶和果胶酶复合澄清处理葡萄汁的实验中，对考察的不同处理次序的三种情况进行比较。结果显示，三种处理方式下葡萄汁的可溶性固形物含量基本不变，先进行果胶酶处理后进行明胶处理的葡萄汁的透光率最高，澄清效果最好。这可能是因为当先进行明胶澄清处理后，残留的少量明胶由于本身具有的胶体体系特性，会对原有的胶体体系产生一定的保护和稳定作用，从而影响果胶酶的处理效果；当同时加入明胶和果胶酶进行澄清处理时，为了保证果胶酶的作用效果，处理温度为40℃，此时有部分明胶溶于葡萄汁中，导致葡萄汁的后浑浊[19]。因此，采用先加果胶酶后加明胶的方式进行复合处理。

将果胶酶澄清、明胶澄清、明胶和果胶酶复合澄清的葡萄汁三者进行对比，结果如表5所示。明胶和果胶酶复合澄清的葡萄汁的透光率达到84.92%，而果胶酶澄清的葡萄汁透光率为79.29%，明胶处理的葡萄汁透光率为75.78%。从可溶性固形物含量来看，复合处理的葡萄汁的可溶性固形物含量为2.38%，介于果胶酶和明胶单独处理之间，说明其在较好的保留了葡萄汁中的部分营养和风味成分的基础上提高了澄清效果。综合两个指标，果胶酶和明胶复配使用的澄清效果更为理想。

表5 明胶和果胶酶复合使用对葡萄汁的澄清效果Table 5 Clarification effect of gelatin and pectinase used together on grape juice

近年来，葡萄汁由于其良好的口感和丰富的营养受到广泛的关注，而生产和贮藏过程中出现的沉淀问题也成为研究热点。刘崑等人以葡萄汁的透光率为指标研究了壳聚糖对葡萄汁的澄清工艺[20]；晋艳曦等人比较研究了五种不同植物来源的蜂蜜对红葡萄汁的澄清效果，以透光率和浊度为指标进行分析测定[8]；屈慧鸽对小麦谷朊蛋白作为澄清剂的澄清效果进行了研究，以沉淀量为主要指标确定最佳的添加量[7]；吴汉东研究比较了果胶酶和壳聚糖对葡萄汁的澄清效果[2]。本研究则是从作用机理、成本等方面考虑，选用了果胶酶、明胶、羧甲基纤维素钠和黄原胶这四种不同的澄清剂，对其澄清效果进行了研究。与以往的研究相比，增加了可溶性固形物含量为考察指标，对明胶添加量进行分析时，增加了单位明胶沉淀量为指标，有助于科学的进行判断，以选取最适的添加量和处理条件。同时，本研究不仅仅是对不同澄清剂的澄清效果进行比较，还对澄清效果较好的澄清剂的复合使用进行了考量，从而确定出葡萄汁澄清的最佳工艺。

实验表明，果胶酶和明胶均具有良好的澄清效果，两者复配使用能够解决果胶和单宁等引起的沉淀问题。在工业生产中，两种澄清剂具有生产周期快、成本较低、制备简单等特点，且在澄清过程中条件易于控制，因此，具有良好的应用前景。

3 结论

对葡萄汁澄清工艺的研究实验结果表明，明胶的添加量为0.06%时，葡萄汁透光率可达75.78%，可溶性固形物含量为1.75%，单位明胶沉淀量为2.22g/g。单因素实验基础上的正交实验确定了果胶酶澄清的最佳工艺条件为：果胶酶添加量0.03g/L，酶解时间30min，酶解温度40℃，此时透光率可达79.29%。将明胶与果胶酶复配使用，透光率可达84.92%，可溶性固形物为2.38%。因此，将其作为葡萄汁澄清的最佳工艺。本研究能够为实际的工业生产提供理论依据和工艺参数。

[1]周广文，胡佳羽，李小乐，等.重庆不同品种葡萄营养成分和原花青素含量分析[J].中国农学通报，2012，28（31）：181-185.

[2]吴汉东.不同澄清剂对澄清效果的研究[J].食品工业，2013，34（3）：147-149.

[3]李丹，田莹.葡萄汁抗氧化作用的研究[J].安徽农业科学，2010，38（3）：1429-1431.

[4]陈树俊.葡萄的营养与保健[J].农产品加工，2008（10）：18-19.

[5]王伟军，李延华，张兰威.葡萄汁降酸及澄清技术研究与应用现状[J].中国酿造，2010，218（5）：16-19.

[6]刘延林.超滤及果胶酶处理生产澄清型葡萄汁[J].西北农业大学学报，1998，26（1）：104-107.

[7]屈慧鸽.小麦谷朊蛋白对霞多丽葡萄汁澄清效果的研究[J].食品科学，2008，29（11）：210-212.

[8]晋艳曦，许时婴，王璋.蜂蜜对红葡萄汁的澄清效果[J].食品工业，2001(2)：5-6.

[9]姜守军，周广麟.果胶酶澄清葡萄汁的工艺研究[J].安徽农业科学，2007，35（4）：1109-1110.

[10]王爱军.关于葡萄汁澄清问题的探讨[J].食品研究与开发，1999，20（4）：60-61.

[11]祁海平，崔凯凯，闫志农，等.4种常用澄清剂对黑苦荞饮料品质的影响[J].食品科学，2012，33（23）：133-137.

[12]韩峰，翁忠岚.鲜百合饮料的工艺研究[J].食品工业科技，2003（6）：42-45.

[13]马齐，秦涛，王丽娥，等.酶法澄清石榴果汁的研究[J].食品科技，2007（1）：144-146.

[14]刘崑，杨玲辉，闫迎春.果胶酶澄清葡萄汁的工艺研究[J].中国农学通报，2011，27（5）：447-451.

[15]王鸿飞，李和生.果胶酶对草莓汁澄清效果的研究[J].农业工程学报，2003，19（3）：161-164.

[16]艾合买提江·艾海提，邢军，刘军，等.石榴汁饮料制作工艺的改进[J].新疆大学学报，2004，11（1）：411-413.

[17]中国国家标准化委员会.GB/T 12143-2008中国标准书号[S].北京：中国标准出版社，2008.

[18]张磊，吕远平.果汁涩味脱除工艺的研究[J].饮料工业，2009，12（8）：19-21.

[19]刘进杰，陈从贵，张莉，等.果胶酶与明胶对马蹄汁澄清效果的影响[J].食品科技，2002(12)：56-58.

[20]刘崑，高婷婷，杨柳.壳聚糖对葡萄汁的澄清作用[J].食品与发酵工程，2011，37（3）：118-121.