陶瓷膜超滤设备用于生产桑果复合澄清饮料的研究

罗通彪等

摘要：为了探讨陶瓷膜超滤设备在桑果、桑叶、金银花复合澄清饮料生产上的应用效果，研究了不同孔径陶瓷膜柱对桑果中多糖和蛋白质的截留效果。结果表明，200 nm陶瓷膜柱对多糖的截留率为14.96%，对蛋白质的截留率为26.98%；20 nm陶瓷膜柱对多糖的截留率为22.99%，对蛋白质的截留率为98.41%，因此认为20 nm陶瓷膜柱更有利于多种原料复合果汁饮料的澄清。并利用正交试验筛选出最佳饮料配方为桑果汁20%、桑叶汁30%、金银花汁10%，制作出了符合要求的桑果、桑叶、金银花复合澄清饮料。

关键词：陶瓷膜；超滤；桑果；桑叶；金银花；澄清饮料

中图分类号：TQ051 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）17-4274-03

植物复合饮料近年越来越受到人们的欢迎，不仅可以将不同的植物合理搭配，为人体提供更全面的营养，也更容易被人体所吸收，具有广阔的市场前景。

桑果含有丰富的糖、酸、多种维生素、氨基酸、黄酮类、微量元素等，尤其是硒的含量为百果之首。现代医学研究表明，桑果具有清除活性氧自由基，调节机体免疫功能，降血脂，抗诱变等作用[1]。桑叶富含18种氨基酸、多种维生素、必需脂肪酸、碳水化合物及矿物质[2]，还富含黄酮类、鞣酸、香精油等功能成分，具有疏风、清热、凉血、明目之功效和很好的药理保健作用[3]。金银花作为传统中草药，含有多糖、绿原酸、有机酸、多酚类和挥发油等成分，具有抗肿瘤、抗氧化、抗菌消炎、保肝护肝和清热解毒等功效[4]。以上3种植物原料都是原卫生部公布的既可作为食品又可作为药品[5]，是生产天然植物饮料、开发功能食品的优质原料。本研究以桑果、桑叶为主要原料，复配以金银花等食品辅料，将其开发成天然、营养、保健型饮料，既符合现代人的消费理念，又可延伸产业链条，促进蚕桑产业的持续发展。

由于3种原料中含有大量的果胶、多酚、蛋白质、绿原酸等，生产和贮藏过程中容易发生浑浊或沉淀，因此如何尽量保持原料的营养成分，同时又不影响产品的澄清度是一个技术难点。陶瓷膜超滤技术已有用于果汁澄清方面的报道，用陶瓷膜超滤的果汁不仅比利用明胶、硅藻土、果胶酶过滤果汁的澄清效果好，而且比巴氏灭菌果汁的口感纯正[6]。张和禹等[7]的研究证实在膜孔径0.5 μm、操作压力0.15 MPa的条件下，桑椹汁的透光率可达68.2%，色泽与风味良好，细菌及芽孢的去除率分别达95.5%、98.7%，在0～4 ℃下冷藏3个月仍清澈透明、无异味，口感比传统方法过滤产品有明显改善。多糖是桑叶、桑果中主要的一种大分子营养物质，具有免疫调节、抗肿瘤、抗氧化、降血糖、降血脂等多种重要生理活性[8]，蛋白质是造成浑浊的主要原因，因此本研究以桑果多糖、蛋白质含量为指标，考察不同孔径陶瓷膜对桑果营养成分的保留和浑浊成分的去除情况，并通过配方筛选最终制作出复合澄清饮料。

1 材料与方法

1.1 试验材料及试剂

鲜桑果（采于四川省南充市），干桑叶、金银花（购于同仁堂药店），苯酚、浓硫酸、浓盐酸、葡萄糖均为分析纯，FOSS蛋白质测定专用凯尔特催化片Cu3.5（相当于10.5 g K2SO4和1.2 g CuSO4·5H2O），果胶酶（食品级），1%硼酸，40%氢氧化钠，指示剂（0.1%溴甲酚绿、0.1%甲基红溶液）。

1.2 主要仪器设备

陶瓷膜过滤设备（600 L/h）为美国PALL TFF-1P，使用的陶瓷膜柱为200 nm和20 nm，13 μm滤筒（滤芯： PALL MBS1001RKH2）；Unic 4802s双光束紫外可见分光光度计[尤尼柯（上海）仪器有限公司]；KQ-500DE型超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）；3K15离心机（Sigma）；BT224s电子天平（Sartorius）；DK-88型电热恒温水槽（上海精宏实验设备有限公司）；凯氏定氮仪FOSS 2300。

1.3 试验方法

1.3.1 桑果汁的加工方法 原料挑选→清洗→打浆→酶处理→榨汁→13 μm滤筒过滤→桑果汁。

1.3.2 桑叶汁的浸提方法 桑叶→适度破碎→加20倍去离子水，80 ℃水浴浸提40 min→加16倍去离子水，80 ℃水浴浸提30 min→合并2次浸提液，以13 μm滤筒过滤→桑叶汁。

1.3.3 金银花汁的浸提方法 金银花→适度破碎→加40倍去离子水，浸泡30 min 后80 ℃水浴浸提20 min→加20倍去离子水，80 ℃浸提20 min→合并2次浸提液，以13 μm滤筒过滤→金银花汁。

1.3.4 陶瓷膜设备的操作参数 将200 nm的陶瓷膜柱安装至过滤系统，按照操作规程升温至50～55 ℃，升温过程至少将陶瓷膜清洗3遍（注意升温速度不大于8 ℃/min）；达到温度后将暂存罐中的桑果汁泵入物料罐内，开启P1，5 s后开启P2，保持过膜压力3.0 bar进行超滤。完成后先用50～60 ℃热水连续清洗5 min，然后用80 ℃碱液清洗30 min，再用50～60 ℃热水清洗15 min。更换20 nm膜柱进行超滤操作，步骤及参数同上，复合饮料的超滤操作亦同上。

1.3.5 桑果、桑叶汁中蛋白质含量的测定 桑果、桑叶汁中蛋白质含量按GB 5009.5-2010凯氏定氮法（自动测定仪）测定。精确称量5.0 g桑果浓缩汁到250 mL的消化管中，在消化管中加入3片凯尔特催化片，加入15 mL浓硫酸，将消化管静置一段时间后再进行消化。设置消化模块温度为150 ℃，将消化管就位，打开水抽气泵或排废装置，消化30 min后将温度升高到420 ℃，继续消化75 min。消化管连同排废罩一起取出，冷却15 min，用50 mL去离子水稀释冷却的消化液。在接收瓶内加入40 mL硼酸接收液。加入80 mL 40% NaOH到消化液中。选用安全模式来避免剧烈反应。仪器自动用0.1 mol/L盐酸标准滴定液滴定。滴定液的浓度要求精确到小数点后4位。每批样品均设置空白对照。

1.3.6 桑果、桑叶汁中多糖含量测定 桑果、桑叶汁中多糖含量测定采用硫酸-苯酚法。

1）标准曲线的制作。a.称取250 mg烘干葡萄糖于250 mL容量瓶中，加去离子水定容配制成1 mg/mL的葡萄糖溶液；b.分别取1、2、3、4、5、6 mL葡萄糖溶液于50 mL容量瓶中，加去离子水定容制成浓度为0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.12 mg/mL的标准溶液；c.6种标准溶液分别取1 mL于具塞试管中，加入0.5 g/L苯酚溶液1 mL，迅速摇匀，再加入5 mL浓硫酸，迅速摇匀，放入42 ℃的水浴锅中水浴15 min，拿出冷却，于紫外-可见分光光度计400～600 nm波长范围内进行扫描，经波长扫描，得最大波长为487 nm，记录其在此波长下的吸光度。以葡萄糖浓度（x）为横坐标，吸光度（y）为纵坐标制作标准曲线，结果见图1。

2）桑果汁中多糖含量的测定：将桑果汁稀释1 000倍后，按照上述步骤“1）”中第三步进行操作。利用标准曲线计算出用于测定的桑果汁中多糖含量，再乘以稀释倍数即可计算出原桑果汁中的多糖含量。

桑叶汁中多糖含量的测定：将桑叶汁稀释100倍后，按照上述步骤“1）”第三步进行操作。利用标准曲线计算出用于测定的桑叶汁中多糖含量，再乘以稀释倍数即可计算出原桑叶汁中的多糖含量。

1.3.7 复合饮料配方优化及感官评分标准 桑果、桑叶及金银花复合饮料按配方调配完成后，由经过培训的5人进行品尝，按表1的评分标准进行打分。

2 结果与分析

2.1 不同孔径陶瓷膜柱对桑果汁中多糖和蛋白质的截留效果

200 nm和20 nm陶瓷膜柱对桑果汁中多糖和蛋白质的截留效果如表2所示。由表2可知，经过200 nm膜柱超滤后，多糖可保留85.04%，而经过20 nm膜柱超滤后，损失仅增加8.03%，对其多糖营养和保健功能的影响较小。对于蛋白质，经过200 nm膜柱超滤后，蛋白质仅截留26.98%，而经过20 nm膜柱超滤后，截留率达到了98.41%，对防止蛋白质引起的浑浊具有明显的效果。

2.2 复合饮料的最佳配方研究

采用正交试验来确定复合饮料的最佳配方。通过检索资料和前期预试验，以桑果汁、桑叶汁和金银花汁的添加比例设置3因素3水平的正交试验，正交试验因素与水平见表3，设计及结果见表4。由表4极差分析可知，对复合饮料风味影响因素的主次顺序为A、B、C，最优水平为A2B3C1。该配方即为6号配方，和感官评分结果吻合。因此确定桑果、桑叶、金银花复合饮料的最佳配方为桑果汁20%、桑叶汁30%、金银花汁10%。

2.3 复合饮料的质量安全指标

灌装瓶采用通用的透明PE饮料瓶，瓶身及瓶盖以0.02%二氧化氯浸泡消毒，然后以85 ℃以上的热水流动冲洗干净，放入经紫外消毒的房间晾干备用（最好先扣盖）。称取配方总重量1.5%的蔗糖加入纯水中，煮沸后晾凉，然后和桑果汁、桑叶汁、金银花汁按最佳配方量进行调配，用20 nm的陶瓷膜柱进行过滤。滤液直接灌装入饮料瓶中。经第三方检测，复合饮料的主要质量安全指标如表5所示。得到的复合饮料香气、滋味良好，具有桑果正常的紫红色，澄清度好，透光率达到了68.8%，各项卫生指标达到了国家相关标准要求。

3 结论

对于3种原料的榨汁和浸提工艺的研究比较多，工艺比较成熟，因此没有再进行重复性研究，而是把重点放在了陶瓷膜过滤工艺和复合饮料的最佳配方研究方面。

200 nm陶瓷膜超滤可除去胶体和部分蛋白质，对生产单一桑果汁具有良好的澄清效果；但对于生产桑果、桑叶、金银花复合饮料，由于原料成分更加复杂，以20 nm陶瓷膜超滤为佳。以此工艺生产的桑果、桑叶、金银花复合饮料，质量稳定，澄清度好，各项卫生指标均达到国家标准，为蚕桑产业综合利用做出了有益尝试。

参考文献：

[1] 王 萍，张云霞，刘敦华，等.桑椹的营养保健功能及功能性成分研究进展[J].中国食物与营养，2008（8）：57-59.

[2] 白旭华.桑叶的营养与药用价值及开发应用[J].云南热作科技，2001，24（2）：37-38.

[3] 王蔚新，祝艳梅. 桑叶金银花复合保健饮料的研制[J].食品研究与开发，2013，34（7）：65-68.

[4] 周才碧，张敏星，陈文品.金银花功能成分及饮料开发的研究进展[J].饮料工业2014，17（1）：44-46.

[5] 中华人民共和国卫生部.卫生部关于进一步规范保健食品原料管理的通知[EB/OL]. http：//www.nhfpc.gov.cn/sps/s3593/200810/bc239ea3d226449b86379f645dfd881d.shtml.

[6] 郑佳俐，柯范生，陈丽娇.无机陶瓷膜澄清荔枝汁工艺的研究[J].福建农业学报，2008，23（3）：310-313.

[7] 张和禹，王亚男，魏国清，等.陶瓷膜超滤技术应用于桑椹汁的澄清与除菌加工[J].蚕业科学，2010，36（1）：148-151.

[8] 邢东旭，廖森泰，邹宇晓，等.桑叶多糖的抗氧化作用研究[J].广东蚕业，2008，42（1）：36-39.