柑橘脱囊衣方法及囊衣检测技术研究进展

白 雪，李晓贺，郭明媚，于文斐，于梅芝，于敏艳，贡汉生*

（1.鲁东大学食品工程学院，山东烟台 264000；2.山东鲁海食品有限公司，山东烟台 265200）

柑橘（Citrus reticulataBlanco）属芸香科柑橘属植物[1]，是世界第一大类水果，口味酸甜，深受世界各国消费者喜爱。柑橘营养丰富，含有大量的碳水化合物、果胶、类黄酮、芳香物质、矿物质、膳食纤维和多种维生素等，具有重要的营养、保健和医药研究意义。国家统计局网站关于近年来我国柑橘产量、进出口贸易总量的数据显示，2000 年以来，我国柑橘单产和种植面积不断增加，柑橘产量不断提高，2018 年产量超过苹果成为我国第一大水果，2020 年我国柑橘产量创历史新高，达到了5 121.9万t。柑橘制汁后，贮藏时间与鲜果相比明显延长，发展果肉饮料加工可以减少柑橘原料的损失，增加柑橘经济效益。经过加工后的柑橘果肉饮品货架期延长，口感好，营养丰富，消费需求增长迅速，行业发展空间广阔。柑橘饮料中较出名的是柑橘果茸饮料，是近年来新兴的一种柑橘饮料，以可口可乐公司的“果粒橙”为代表品种[2]。

柑橘加工过程中，柑橘囊衣的存在制约着产业的发展，柑橘深加工中的脱囊衣工艺是柑橘汁胞类产品生产中的重要步骤。囊衣是指柑橘囊瓣由果胶质黏合为一体的内外两层表皮。全去囊衣是指去掉这两层表皮，半去囊衣是指去掉外表皮。橘瓣囊衣由10～20 层薄璧细胞组成，内层细胞大而且排列不规则，表层细胞较小，排列整齐且致密；最外层被有蜡质层；纤维素是细胞的结构物质之一，细胞间有果胶质相黏连[3]。柑橘罐头加工的脱囊衣工艺是果胶新的重要来源[4]。目前，柑橘加工过程中的脱囊衣方法主要有手工剥除法、化学法和生物降解法。传统的酸碱法、磷酸盐碱法和EDTA 辅助低碱法效率较高，速度较快，但耗水多，环境污染严重。近年来酶法脱囊衣技术研究和应用逐渐增多，采用酶法脱囊衣能很好地解决传统方法中存在的绿色壁垒和技术壁垒。酶法脱囊衣产品品质好，囊胞完整且无污染；酶法脱囊衣作用环境温和，橘瓣破碎率低，能够节省劳动力和用水量，有利于改善劳动条件和保护环境，所以酶法脱囊衣成为现在柑橘加工的研究热点。但酶法脱囊衣技术中的脱囊衣时间和重复利用次数仍需进一步提升，以适应工业化推广应用。随着脱囊衣技术的提升，检测囊衣的方法也更加精进，根据光特异性差异来识别囊衣具有很好的发展前景。

本文阐述了柑橘脱囊衣方法的发展历程、发展现状及发展前景，并阐述了柑橘囊衣的检测方法，旨在为柑橘果肉饮料企业的生产提供一定的参考。

1 柑橘囊衣的成分

柑橘囊衣是包裹在柑橘果肉外，用来隔开橘瓣的一层膜状物质。从生物学角度来说，柑橘囊衣指的是由果胶质黏合为一体的内外两层表皮，主要成分是果胶和纤维素。柑橘囊衣具有减少柑橘果肉机械损伤、保护柑橘果肉免受外界细菌侵害、减少柑橘果肉水分散失以及防止维生素C 氧化的作用。柑橘囊衣含有丰富的膳食纤维，葛青等[5]以柑橘囊衣为原料，以持水力和膨胀力为评价指标，通过正交试验确定了挤压改性加工的最佳工艺参数，并对产品膳食纤维含量及主要功能性质进行了分析。但是在柑橘加工过程中，柑橘囊衣的存在制约着产业的发展，而柑橘深加工中的脱囊衣工艺是柑橘汁胞类产品生产中的重要步骤。所以，柑橘脱囊衣对于柑橘产品的加工尤为重要。

2 柑橘脱囊衣的方法

柑橘加工过程中的脱囊衣方法主要有化学法和生物降解法。

2.1 化学法脱囊衣

化学法脱囊衣主要是利用化学试剂（如氢氧化钠等）腐蚀囊衣，使囊衣软化溶解除去，主要包括碱法、酸碱二次处理法等。

2.1.1 碱法脱囊衣

碱法脱囊衣是指利用碱使柑橘囊衣的果胶溶解，造成囊衣组织崩裂，从而使囊衣脱落。碱法脱囊衣主要分为EDTA 辅助低碱法和磷酸盐-碱法、表面活性剂-磷酸盐及苛性钠混合液法。

（1）EDTA 辅助低碱法

EDTA 辅助低碱法脱囊衣的原理是柑橘囊衣中含有果胶质与纤维素等多糖类物质，果胶质分子的游离羧基与Ca2+、Mg2+等二价金属离子交联形成不溶性的原果胶。若要破坏囊衣组织，可利用EDTA 络合剂“拆除”“Ca2+和Mg2+桥”，将原果胶转化成可溶性果胶，以提高NaOH 的有效性。然后再经过NaOH 处理，使果胶分子间的α-1,4糖苷键断裂，达到脱囊衣的目的。方修贵等[6]阐述了EDTA作为柑橘囊瓣去囊衣助剂的理论依据，研究了NaOH-EDTA 法的配套工艺流程。结果表明，0.04%EDTA-Na2，0.15%NaOH 处理15 min 左右能完全去除囊衣。诸种络合剂，如EDTA、聚磷酸盐及柠檬酸盐等，都能起到“拆除”“Ca2+桥”的作用，但EDTA 的络合能力大大高于其他络合剂，同时又不像聚磷酸盐那样对水质产生严重污染[6]。

（2）磷酸盐-碱法

磷酸盐-碱法的原理是利用磷酸盐和碱使柑橘囊衣的果胶溶解，同时磷酸盐还有缓冲pH 值的特性，能够在一定程度上减少溶液pH 值变化对囊衣的影响。别小妹等[7]研究了用三种不同的去柑橘囊衣方法对囊瓣营养成分的影响，并据此综合评定出了柑橘去囊衣处理的最佳方法为磷酸盐-碱法。2015 年，朱伟进等[8]对瓯柑砂囊半成品工艺技术进行了总结，他得出，柑橘囊衣用碱含量0.5%～1.0%、三聚磷酸钠含量0.1%～0.3%的碱处理液在30 ℃下处理8 min 左右能完全脱除。

（3）表面活性剂-磷酸盐及苛性钠混合液法

表面活性剂-磷酸盐及苛性钠混合液法的原理是，利用表面活性剂蔗糖脂肪酸酯降低表面张力的特性，改善溶液的湿润性及渗透能力，使碱液能够尽快透过囊衣表面的蜡质层，进入囊衣中，将囊衣细胞中的纤维素、半纤维素水解，使其崩解。囊衣细胞间的果胶质中，有一部分是结构致密、坚硬、抗碱能力强的果胶酸钙。三磷酸钠具有络合Ca2+、Mg2+的作用，它能螯合囊衣细胞间果胶质中的Ca2+，使囊衣结构软化松弛，抗碱腐蚀能力降低，使去囊衣处理能在较低温度和较低NaOH 浓度下进行，在这样的条件下，桔瓣表面的汁胞破损率大大降低，从而提高了产品质量和产率。

李正明等[3]研究了表面活性剂-磷酸盐及苛性钠混合液去橘瓣囊衣技术，研究发现与酸碱二次去囊衣技术比较，该方法减少三道工序，工艺流程缩短，每次处理可节约时间40 min 以上，并提高了处理容器的利用率。

2.1.2 酸碱二次处理法去囊衣

酸碱二次处理法的原理是利用无机酸（HCl）将囊衣中具有黏性的果胶质水解成无黏性的果胶酸，使囊衣结构松弛，再利用较低浓度的强碱（NaOH）腐蚀细胞壁中的纤维素、半纤维素，使囊衣崩解，从而达到去囊衣的目的。

周小平等[9]研发了经济实用的去橘子囊衣生产线，该生产线由酸碱处理盆、简易流槽和漂洗池三部分组成。褚维元等[10]研究了糖水橘子罐头半去囊衣的方法。试验表明，盐酸溶液浓度0.3%，温度30 ℃，处理时间10 min，氢氧化钠溶液浓度0.15%，温度40 ℃，处理时间2 min，半去囊衣时间短，效果好，工艺操作简单，是半去囊衣的最理想工艺条件。在静止的水池中酸碱处理液的浓度还可以提高，时间还可以缩短。黄亮等[11]通过对片片桔饮品的原料、生产工艺参数的研究，确定了最佳工艺参数为原料8 成熟以上，热烫50～60 s，手工去皮分瓣，0.4%HCl 浸泡10 min，0.4%～0.7%NaOH 去囊衣，漂洗1 h，加400～500 mg/kg CaCl2到热糖水中，80～85 ℃杀菌13 min，得到质地硬挺、脆度好、组织紧密、甜酸适口的片片桔饮品。白伟[12]采用正交试验，确定了糖水橘子罐头的优化工艺条件，并分析了橘皮苷对糖水橘子罐头的品质影响。结果表明，在温度为43 ℃时，酸（HCl）液浓度为0.2%，处理45 min；碱（NaOH）液浓度为0.15%，处理15 min 的情况下，去囊衣效果较好。糖液浓度在20%，pH 为3.7 时，制品品质较佳。吴溁[13]研究了囊衣去除方法，比较了碱法去囊衣和酶法去囊衣的优劣。考察了碱液浓度、温度和去囊衣助剂对去囊衣效果的影响。结果表明，去囊衣工艺为1%碱液在40 ℃下搅拌4～5 min，采用3 次逆流静态漂洗碱液，时间分别为15、10、5 min，最后用1%柠檬酸静态漂洗51 min，平均耗水量为1.8～2 L/kg 果肉；经该工艺处理的琯溪蜜柚的囊衣去除率高、果肉形状完整且营养成分基本无损失。

目前，国内大部分柑橘罐头加工厂仍然延用酸碱二次处理法。但是酸碱法存在工效低、水耗高及重金属污染严重等问题，除此之外，酸碱处理后，汁胞壁易变软，在汁胞分离过程中会造成汁胞破损和萎蔫，从而影响色泽和风味[14]。

2.2 生物降解法脱囊衣

生物降解法脱囊衣主要指酶法脱囊衣。柑橘囊衣的主要成分是果胶、纤维素与半纤维素等，可用相对应的果胶酶制剂、纤维素酶制剂来脱囊衣。酶法脱囊衣是指在能确保橘瓣结构及风味完好无损的情况下，利用复合酶制剂（果胶酶、纤维素酶和半纤维素酶等）分解果胶物质和纤维素组分，使囊衣组织细胞相互间失去连接，造成囊衣细胞松散，囊衣的紧凑结构被打破，实现囊衣的离散，接着使囊衣与汁胞分离。

2.2.1 复合酶解法脱囊衣

在酶法脱囊衣方面，多数人选择复合酶解法脱去柑橘囊衣。蓝航莲[15]用含纤维素酶制剂、果胶酶制剂以及促进剂的混合酶降解果实外露囊衣。试验结果表明，合适的酶浓度为纤维素酶0.2 g/100 mL，果胶酶0.4 g/100 mL促进剂0.5 mL/100 mL。处理果量为150～170 g 时，需要的混合酶溶液为200 mL，降解的条件为pH 4.0，温度50℃。从时间上来看，40 min 后即可达到较佳的效果，与传统的酸碱二步脱囊衣方法处理相比，混合酶作用后的果实表面光滑，汁胞几乎没有损坏。方修贵等[16]采用正交试验研究了复合酶解法脱除柑橘囊衣的工艺。结果表明：pH 3.4，温度50 ℃，果胶酶与纤维素酶比例1∶1，酶解时间38min，可得到完整而紧实的全去囊衣产品。邓永燕等[17]研究了利用酶法脱除速冻蜜橘囊衣的方法，通过试验筛选出合适的酶，在单因素试验的基础上进行正交试验确定了最佳酶解工艺。结果表明，果胶酶A 和纤维素酶按2∶1 混合，去囊衣效果最理想。最佳的酶解工艺参数为酶浓度0.3%（g/L），温度50 ℃，pH 4.5，酶解时间60 min。王美美等[18]对复合酶解制作红树莓汁工艺进行了研究，结果表明复合酶解制备红树莓汁的最优工艺参数为果胶酶、纤维素酶和半纤维素酶的质量比5∶4∶1，酶添加量0.15%，酶解温度47 ℃，酶解时间59 min。王小雪等[19]以柑橘和红茶为主要原料，探究了柑橘红茶复合饮料的制作工艺，结果表明，柑橘汁的最佳酶解工艺为0.2%果胶酶稀释液10%，酶解pH 值3.5，酶解温度45 ℃，酶解时间2.0 h。

2.2.2 微生物发酵果胶酶制剂去囊衣

采用微生物发酵果胶酶制剂去柑橘囊衣效果也较好。郭育齐[20]采用微生物发酵果胶酶制剂对脐橙进行脱囊衣正交试验优化，研究了脐橙生物酶法清洁加工。研究结果表明，最佳工艺条件为酶降解时间120 min，料液比1∶2（g/mL），酶浓度4%，pH 4，酶解温度40 ℃。脱囊衣pH 更接近于果浆的自然pH 值，酶降解效果好。

近年来有不少学者对产脱囊衣酶的菌株进行了筛选研究。唐颂[21]以湘西椪柑为研究对象，研究了脱囊衣、汁胞分离、硬化这三个关键性加工工艺的方法和条件。通过单因素和正交试验得到最佳脱囊衣工艺酸酶法的条件为酸浓度0.4%、果胶酶浓度1.0%、果胶酶作用温度45 ℃、pH 3.5。张闯[22]通过底物限制性初筛和复筛，获得了一株具备降解柑橘囊衣能力的主产半纤维素酶菌株。通过表型鉴定和分子生物学手段将该菌株鉴定为曲霉属棘胞曲霉，命名为Aspergillus aculeatusZC-1005。陈亚妃等[23]从20 株产果胶酶菌株中筛选到一株对柑橘囊衣有较好降解能力，高产果胶酶的菌株，利用柑橘片水解后囊衣为原料，采用单因素和正交实验得到了该菌株的最佳发酵条件。吴鹏飞[24]从253 份土壤中筛选出一株脱囊衣专用果胶酶高产菌株。菌株经微生物形态学及真菌18S rDNA 序列同源性鉴定该菌株为黑曲霉，命名为Aspergillus nigerWZw001。李碧婵等[25]筛选出了一株高产果胶酶的内生真菌，编号为z4，菌株z4 被鉴定为红绶曲霉（Aspergillus nomius）。陈钰泉等[26]对枯草芽孢杆菌发酵中药皂素共表达蛋白酶及果胶酶进行了研究，结果表明添加5%葡萄糖后得到的发酵液的洗涤效果与蛋白酶及果胶酶的酶活呈正相关。中药皂素经枯草芽孢杆菌发酵后的酵素液产果胶酶率明显升高。王艳梅等[27]在黑曲霉中成功构建了高效的Cas9 基因编辑技术，发现4978020基因功能缺失也不影响菌株产果胶酶，为构建高产单一性果胶酶黑曲霉底盘菌株奠定了基础。何海燕等[28]通过硫酸铵盐析、Mono Q 阴离子交换层析技术，对1 株来自沙福芽孢杆菌G7-7 所产果胶酶进行分离纯化，得到分子质量为57 kDa 电泳纯的果胶酶。以上方法有利于制作悬浮型柑橘砂囊饮料[29]。毛文英等[30]研究了利用壳聚糖和果胶酶澄清欧李果汁的工艺，结果表明加入5 μL 果胶酶后，再加入4 mL 质量分数1%的壳聚糖B 溶液，离心20 min，45 ℃水浴锅中恒温1 h，静置48 h，所得欧李果汁的透光率可达92.4%，澄清效果最佳。

酶法脱囊衣绿色无污染，但是时间和重复利用次数仍有进一步优化空间，以适应工业化推广应用。

3 柑橘囊衣的检测方法

柑橘囊衣的检测方法多是物理法，利用柑橘类水果囊衣的光学特异性来检测囊衣是否去除干净。物理法具有识别率高、所用劳动力较少等优点。

任磊等[31]利用白色环形光源与彩色相机采集橘瓣反射图像，通过提取蓝色分量用于检测囊衣残留以蓝色为环境光源进行反射成像，以获得清晰的橘瓣表面图象，用于判别囊衣残留橘瓣。Blasco 等[32-33]利用机器视觉进行缺陷橘瓣判别研究。利用白色透射光源进行背光成像，采集橘瓣的透射图像，并通过分析橘瓣与背景、囊衣、橘籽的R、G、B值，采用两次图像分割来检测缺陷橘瓣。提取B分量将背景与感兴趣区域进行分割，提取R分量将橘瓣与橘籽和囊衣分割，达到检测囊衣残留橘瓣与橘籽残留橘瓣的目的。王叶群等[34]为实现去囊衣带芯橘瓣的机器视觉分选，给去囊衣带芯橘瓣的机器识别提供直接、准确的判别信号，采用荧光分光光度计对50 颗去囊衣带芯橘瓣的橘芯和砂囊分别进行三维荧光光谱扫描，通过对橘芯、砂囊平均三维荧光光谱分析，确定了橘芯相对砂囊的特征荧光信号，据此对带芯橘瓣荧光图像识别的可行性进行了验证，去囊衣带芯橘瓣检出准确率可达85%。利用橘芯与砂囊的荧光特性差异进行机器视觉成像分析，可作为识别去囊衣带芯橘瓣的一种有效方法。王叶群[35]依据去囊衣带芯橘瓣上橘芯与砂囊的物化特性差异，分析去囊衣带芯橘瓣上橘芯相对砂囊的光特性差异，通过实验分析、确定橘芯相对砂囊光特性差异最大化条件，依据光特性差异最大化条件配置相应的成像系统，采集去囊衣橘瓣图像，通过图像处理识别去囊衣带芯橘瓣，为机器视觉识别、判断去囊衣带芯橘瓣提供准确的前提和基础。

囊衣的检测方法主要采用机器识别，根据光特异性差异高效识别囊衣，解放了劳动力，缺点是对技术人员要求很高，在设计算法时易出现偏差。

4 结论与展望

本文综述了柑橘类水果脱囊衣的方法，从1982 年开始，从最初的碱法和酸碱法、磷酸盐碱法和EDTA 辅助剂法到酶处理法，科研人员经过不懈努力使柑橘脱囊衣技术日渐精进，朝着绿色、节约、高效的方向发展。传统的酸碱法、磷酸盐碱法和EDTA 辅助低碱法效率较高、速度快，但耗水多，环境污染严重，近年来酶法脱囊衣研究较多。采用酶法脱囊衣能很好地解决传统方法中存在的绿色壁垒和技术壁垒，此方法作用环境温和、橘瓣破碎率低、能够节省劳动力和用水量、有利于改善劳动条件，保护环境。但是酶法脱囊衣时间和酶重复利用次数仍有进一步优化空间，以适应工业化推广应用。

随着柑橘类水果脱囊衣技术的提升，检测囊衣脱除率的方法将更加精进，根据光特异性差异来识别囊衣也将具有很好的发展前景。