柑桔果汁可溶性固形物含量测定的影响因素及优化

牛英，范七君，刘冰浩，陈传武，刘萍，丁萍

（广西柑桔育种与栽培工程技术研究中心/广西特色作物研究院，广西桂林 541004）

可溶性固形物含量指果汁中可溶性物质的总含量，其中绝大部分是可溶性糖，还有极少量的有机酸、维生素、蛋白质、游离氨基酸、精油和配糖化合物等。柑桔属于可溶性糖分积累型，果实汁胞中积累的可溶性糖绝大部分是蔗糖、葡萄糖和果糖，占果实可溶性固形物的70%～85%，因此，可溶性固形物含量能很好地反映柑桔果实的含糖量。目前全球范围内常采用5 个参数衡量柑桔果实的成熟度，包括可溶性固形物（TSS）、总酸（TA）、固酸比（TSS/TA）、出汁率和转色情况[1]。

很多行业，如食品、医疗、纺织、化工、机械加工等需要采用比较简单的方法迅速检测相关物质的含量和浓度[2-3]。为此，国内外研制和生产了各种专有用途的小型折光仪，如糖量计[4-5]、葡萄糖量计[6]、盐度计[7]等。其中，糖量计广泛应用于食品、果汁等行业。近年，出现了越来越多高准确度等级的糖量计[8]；由于便于携带、操作简单，目前常用手持式糖量计来测定果汁中可溶性固形物的含量[9-12]。可溶性固形物含量测定的准确性受仪器性能、操作方法和果汁处理方式等方面的影响。本研究从仪器性能的校准、更换待测液方式和果汁的处理方式等方面对柑桔果汁可溶性固形物的测定方法进行优化，探索更适合柑桔果汁可溶性固形物含量的测定方法，确保测定结果的准确性。

1 材料与方法

1.1 糖度计的校准

待校准糖度计为日本爱宕（Atago）手持式数显糖度计PAL-1，测量范围为0～53%，准确度为±0.2%；广州速为（suwei）手持式刻度糖量计LB32T，测量范围为0～32%，最小刻度为0.2%。

按照国家标准“手持糖量（含量）计及手持折射仪检定规程”（JJG 820-1993）[13]，用质量法准确配置5%、10%、15%、20%、25%、40%的蔗糖和葡萄糖溶液作为校准标准液。各梯度标准液用待校准糖度计各平行测定5 次，去掉最大值和最小值。重复3 次。

1.2 不同更换待测液方式对测定准确度和精确度的影响

以10%、15%的蔗糖标液、4 份柑桔鲜榨果汁为样品，分别用蒸馏水冲洗、软纸巾拭干棱镜后加样测定（方式1）和蒸馏水冲洗、待测样品润洗棱镜2 次后加样测定（方式2）2 种方式测定样品。以上样品手持式数显糖度计PAL-1 和手持式刻度糖量计LB32T 各测定5 次，去掉最大值和最小值。3 次重复。

1.3 柑桔果汁存放方式对测定准确度的影响

现配10%、15%的蔗糖标液、鲜榨柑桔果汁2 份。设置A（1h 内测定）、B（常温放置7h 后测定）、C（冷藏h 后测定）、D（冷藏7h、室温回温2h 后测定）4 种存放方式。每个处理测定5 次，去掉最大值和最小值。重复3 次。

1.4 柑桔果汁过滤方式对测定准确度的影响

将3 份柑桔样品的果肉用榨汁机匀浆后各平均分为4 等份，分别用4 层纱布、120 目、150 目和300 目尼龙滤袋包裹挤汁，用糖度计测定各个处理的可溶性固形物含量。每个处理测定5 次，去掉最大值和最小值。重复3 次。

1.5 数据统计分析

用EXCEL 进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 手持式糖量计的校准

由表1 可以看出，手持式数显糖度计PAL-1 的零度示值的均值、标准差和示值误差均为0，表明PAL-1的零度稳定，无漂移现象；手持式刻度糖度计LB32T的零度示值的均值、标准差和示值误差分别为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误差，但在仪器性能参数允许的范围内。即2 个仪器的零度正常。

用蔗糖浓度梯度溶液对PAL-1 和LB32T 校准的示值标准差分别在0.04%～0.08%和0.04%～0.11%之间，在2 种糖度计规定的准确度±0.2%范围内；示值误差均在-0.07%～0.11%和-0.07%～0.11%之间，示值与真值间误差较小，在2 种糖度计规定的准确度±0.2%范围内。即2 个糖度计均具有良好的精确度和准确度，可正常使用。

用葡萄糖浓度梯度溶液对2 个糖度计校准的示值标准差分别在0.07%～0.12%和0.05%～0.11%之间，即示值的重复性良好；示值误差分别在-0.03%～-0.54%和-0.01%～-0.42%之间，示值小于真值，且葡萄糖溶液浓度越大，示值与真值的误差越大。出现这种现象的原因为PAL-1 和LB32T 的标准曲线是用标准蔗糖溶液和其所对应的折射率拟合的。由于同样质量分数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。即以蔗糖溶液为校准溶液的糖量计，用葡萄糖溶液校准时需要进行折射率与对应葡萄糖液浓度的校正。

表1 不同浓度标准液对2 种糖度计的检定 单位：%

2.2 更换待测液方式对测定准确度的比较

由表2 看出，10%、15%2 种蔗糖标液，用2 种更换待测液方式的测定结果，示值都在10±0.2%、15±0.2%范围内，即2 种更换待测液方式都有优良的准确度。以2 种更换待测液方式测定4 种柑桔鲜榨果汁，测定结果的标准差在0%～0.12%之间；方式2 和方式1间的示值差在-0.02%～0.11%之间，均在仪器的准确度（±0.2%）范围内。即对于PAL-1 和LB32T 2 种糖量计，用2 种更换待测液方式测定柑桔果汁的可溶性固形物含量无明显差异，均能达到优良的准确度和精确度。方式1：用蒸馏水冲洗、柔软纸巾拭干棱镜后加样测定为手持式糖度计常规的操作方法；方式2：用蒸馏水冲洗、待测样品润洗2 次后加样测定，可以减少对棱镜的擦拭次数，有利于保护棱镜不受损伤，且操作更为简单快捷，所以推荐使用第2 种更换待测液方式。

表2 2种更换待测液方式对2 种糖度计测定精确度和准确度的影响 单位：%

2.3 柑桔果汁存放方式对测定准确度的影响

用PAL-1 和LB32T 分别测定10%、15%蔗糖溶液的糖度和2 份柑桔鲜榨果汁可溶性固形物含量（表3）。结果表明，配制、鲜榨后1h 内（处理A）和室温放置7h 后（处理B），PAL-1 测定的示值差在-0.11%～0.13%之间，LB32T 测定的示值差在-0.11%～0 之间，均在仪器的准确度（±0.2%）范围内；配制和鲜榨后1h 内（处理A）和冷藏放置7h、室温回温2h 后（处理D），2 个糖度计测定的示值差分别为0.07%、0.07%、-0.02%、-0.03%和-0.11%、-0.17%、0.02%、-0.04%，均在仪器测量的准确度（±0.2%）范围内。表明常温放置和冷藏保存7h 对蔗糖溶液的糖度和柑桔鲜榨果汁的可溶性固形物含量没有明显影响。即测定柑桔鲜榨果汁可溶性固形物含量时，如果不能在鲜榨后立即测定，可在当天适当延后。

对于未回温到室温的冷藏果汁，PAL-1 和LB32T的测定结果不太一致。对于手持式数显糖度计PAL-1，室温回温时间对蔗糖溶液的糖度和柑桔果汁可溶性固形物含量的示值影响较大；冷藏后回温时间越短，溶液的液温越低，测得的示值越大，与真值（以处理A 为真值）的误差越大。10%、15%的蔗糖溶液、柑桔汁1 和柑桔汁2 等4 个样品，冷藏放置7h、室温回温0.5h 后（处理C），PAL-1 测定的示值误差分别为0.30%和0.33%、0.27%、0.20%，示值误差大于仪器的准确度（±0.2%）范围。对于手持式刻度糖量计LB32T，室温回温时间对测量示值影响较较小；冷藏放置7h、室温回温0.5h 后（处理C），测定的示值误差分别为-0.10%和-0.10%、0.02%、0.02%，示值误差小于仪器的准确度（±0.2%）范围。结果表明，手持式刻度糖量计对温度的敏感度较低，手持式数显糖度计对温度的敏感度较高；推测原因可能与检测棱镜的面积及待测液在棱镜上的分布有关，手持式刻度糖量计检测棱镜面积大，待测液在棱镜表面呈薄层铺开，在检测过程中容易快速恢复到室温；手持式数显糖度计检测棱镜的面积小，且溶液集中在检测凹槽内，不容易很快恢复到室温。所以，用手持式数显糖度计测定冷藏、冷冻溶液或果汁可溶性固形物含量时，溶液和果汁必须回温到与糖度计所处的环境温度一致时，才能测得准确的数值。

表3 柑桔果汁存放方式对糖度计测定准确度的影响 单位：%

2.4 柑桔果汁过滤方式对测定准确度的影响

用PAL-1 和LB32T 分别测定3 份柑桔、4 种过滤方式鲜榨果汁的可溶性固形物含量（表4）。结果表明，4 层纱布、120 目、150 目、300 目尼龙滤袋4 种过滤方式的示值标准差在0～0.08%之间，即4 种过滤方式测得的示值都具有优良的精确度；以4 层纱布的示值为标准值，120 目、150 目、300 目尼龙滤袋3 种过滤方式与其的示值误差在0～0.10%之间，在仪器测定的准确度（±0.2%）范围内，即4 种过滤方式测定的果汁可溶性固形物含量无明显差异。

3 讨论

3.1 糖度计的种类、特点及校准方法

目前测定果汁可溶性固形物含量的常用仪器主要是手持数显糖度计和手持糖度折光仪。同阿贝折光仪、手持折射仪一样，这2 种仪器的测定原理也是利用光的折射现象，即光线通过2 种不同密度的介质时，会产生折射，且折射率与介质的浓度线性正相关。

表4 柑桔果汁过滤方式对糖度计测定准确度的影响 单位：%

最初的阿贝折射仪和手持折射仪测定糖液的浓度和可溶性固形物含量时，先读取糖液或果汁的折射率，再查询对应的折射率表和温度修正表，通过转换得到糖液的质量浓度和果汁的可溶性固形物含量[13]。手持式糖度折光仪和手持式数显糖度计通过拟合标准蔗糖溶液和其所对应的折射率的标准曲线[5]，测定时可直接读取糖液百分浓度和果汁的可溶性固形物含量，且具有温度校正功能；手持式糖度折光仪测量时通过目镜读取相应的刻度值，手持式数显糖度计测定时直接读取显示屏上的数值；两者都具有携带方便、读数直观、操作简单、价格低廉的优点，为目前测定糖度和果汁可溶性固形物含量的常用仪器。

要确保检测结果的准确性，测定前必须对仪器进行检定或校准。使用频率高、性能良好的新购仪器，可按仪器自身要求的校准时限进行，比如PAL-1 手持式数显糖度计要求每年校准1 次。使用年限较长的仪器，要合理缩短校准时间；使用频率低、受到撞击或保存不当的仪器，使用前要进行校准。糖度计的检定、校准一般包括仪器外观的完好性、仪器零部件的可操作性和零点漂移、示值漂移、重复性（仪器测量的精确度）和示值误差（仪器测量的准确度）等主要的性能参数；糖度计的校准溶液一般为蔗糖和葡萄糖标准溶液，一般选取仪器量程的20%、50%和80%处的浓度值作为校准标准溶液[11,13]。手持式数显糖度计PAL-1 出厂校准报告使用的校准溶液为0%、30%和50%的蔗糖溶液，即该糖度计的量程的最小值、中间值和最大值。对于读取折射率的手持折光仪，蔗糖和葡萄糖都可以作为其校准溶液[13]。对于专有用途的折光仪，则需要用仪器对应的特定介质为校准物质，如以测定蔗糖浓度为对象的手持糖度计用蔗糖标准溶液校准，以测定葡萄糖浓度为对象的葡萄糖量计用葡萄糖标准溶液校准。本研究中PAL-1 和LBT-32 为测定蔗糖浓度的专用糖度计，所以蔗糖标准溶液为其校准溶液。

3.2 更换待测液方式

手持式刻度糖度计（LBT32）测定时待测液滴在折光棱镜上，盖上盖板后通过目镜读取刻度值；手持式数显糖度计测定时待测液滴于折光棱镜的样品槽。折光棱镜的完好性直接影响测定的精确度和准确度。所以，测定样品时，要求蒸馏水清洗镜面，用镜头纸、脱脂棉或柔软纸巾轻轻拭干后加样测定；擦拭镜面时严禁用力，也要避免脱脂棉等的毛体遗留在镜面上；被测试样中不应有硬块物质，以免不小心使镜面出现划痕，无法使用[14]。实验室测定时，有时涉及到大量样品的检测，如果按照上述方法，不仅测定速度缓慢，而且不利于保护棱镜镜面。本研究对比了蒸馏水冲洗棱镜后用软纸巾拭干和蒸馏水冲洗后用待测液润洗2 遍的更换待测液的方式，结果表明，2 种方法都具有良好的精确度和准确度；后者不仅减少了对棱镜的擦拭次数，有利于保护棱镜不受损伤，而且能提高测定速度，所以推荐后者为更换待测液的较佳方式。另外，蒸馏水冲洗后用待测液润洗要保证润洗充分，不出现因表面张力在棱镜上残留的水滴；对于读数式手持糖度计，每次测定时不仅要处理检测棱镜表面，而且要清洁擦干盖板。由于仪器和环境的不稳定性，多个样品测定时，每个样品测定前调零并用蔗糖标液标定，是保证测定准确度的有效措施。

3.3 果汁存放方式

水果的品质分析通常包括可溶性固形物含量、还原糖含量、转化糖含量、可滴定酸和维生素C 含量等指标的同时测定，如果人手不足，每个指标不可能在挤汁后立即测定。本研究表明，室温放置和冷藏保存7h对蔗糖标准溶液的糖度和柑桔鲜榨果汁的可溶性固形物含量没有明显影响；即测定柑桔鲜榨果汁可溶性固形物含量时，如果不能在鲜榨后立即测定，可在当天适当延后测定。

溶液的折射率与温度成反比，温度越低，折射率越大；温度越高，折射率越小[11,13,15]。可自动温度补偿的数显糖度计和可调零校正的刻度糖度计，对温度的校准功能都是基于仪表与待测溶液处于同一个环境温度进行的。对于冷藏或冷冻果汁，如果回温时间不充分，果汁温度较环境温度低，测得的示值会偏大；且果汁温度越低，示值偏差越大。所以，冷藏、冷冻溶液或果汁必须回温到与糖度计所处的环境温度一致时，才能测得准确的数值。

3.4 果汁制备方式

使用折射仪测定水果可溶性固形物含量时，样液中应没有气泡、悬浮的果肉颗粒或其他东西。匀浆中的果肉颗粒等进入样液中，会导致测定结果显著低于其他取汁方法[16]。饮料通用分析方法（GB/T12143-2008）规定，半黏稠制品(果浆、菜浆类)将试样充分混匀,用4层纱布挤出滤液,弃去最初几滴,收集滤液供测试用；含悬浮物制品(果粒果汁类饮料)将待测样品置于组织捣碎机中捣碎,用4 层纱布挤出滤液,弃去最初几滴,收集滤液供测试用[17]。与单层滤纸挤汁法、双层擦镜纸挤汁法相比纱布可以清洗后重复使用，低碳、环保[16]。本研究中120 目、150 目、300 目尼龙滤袋同4 层纱布挤汁相比，测得的可溶性固形物含量没有明显差异，且果汁过滤程度更好，操作更简单，使用后的尼龙滤袋更容易清洗和晾干。

影响可溶性固形物含量测定结果的因素很多，不管是仪器校准、操作方法、样品处理、还是测定环境，都要多加观察和分析，才能得到准确可靠的测量结果。