張睿，盧藝惠，王朝宇，畢艷紅*，趙祥杰，刁怡涵

1. 淮陰工學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院（淮安 223003）；2. 淮陰工學(xué)院生命科學(xué)與食品工程學(xué)院（淮安 223003）

生姜（Zingiber officinale Roscoe）是姜科姜屬多年生宿根草本植物的根莖，味辛，性溫，具有獨(dú)特的芳香味和姜辣味[1-2]。生姜具有化痰止咳、溫中止嘔、發(fā)散風(fēng)寒、興奮神經(jīng)、加速血液循環(huán)及解毒等功效[3]，同時(shí)還含有豐富的人體必需營(yíng)養(yǎng)素及一些微量元素[4]。殼聚糖對(duì)許多物質(zhì)都具有鰲合吸附作用，其帶電的陽(yáng)離子可與果汁中帶負(fù)電的膠體物質(zhì)產(chǎn)生靜電從而使之絮凝沉淀，達(dá)到澄清的目的[5-7]。研究表明，殼聚糖對(duì)梨汁[8]、哈密瓜汁[9]、枇杷汁[10]、甘蔗汁[11]等具有較好澄清效果，但是在實(shí)際應(yīng)用中，也存在如吸附選擇性不好、適用pH范圍較窄，達(dá)到平衡所需時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，所以對(duì)殼聚糖進(jìn)行改性研究，使其達(dá)到較理想的吸附效果顯得尤為重要。凹土是一種稀有的天然非金屬黏土礦物，在我國(guó)主要集中在蘇皖地區(qū)，其中盱眙地區(qū)的凹土已探明儲(chǔ)量約占全球49%。主要礦物成分是凹凸棒石，具有層內(nèi)貫穿孔道，表面凹凸相間布滿(mǎn)溝槽的特點(diǎn)，可將大部分的陽(yáng)離子、水分子和部分有機(jī)分子直接吸附進(jìn)孔道中，且凹凸棒石具有熱穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高、抗微生物腐蝕以及抗有機(jī)溶劑等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛用于脫色劑和吸附劑等領(lǐng)域[12-13]。由于中國(guó)豐富的姜資源及姜本身具有的一系列功效，姜汁飲品逐步受到廣大消費(fèi)者喜愛(ài)，但是姜汁在貯存過(guò)程中，容易產(chǎn)生渾濁，對(duì)姜汁的批量生產(chǎn)造成很大的困難。常用的澄清方法雖然較為成熟，但在實(shí)際應(yīng)用中存在操作復(fù)雜、成本較高、澄清效果不佳及澄清周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)。

采用凹土-殼聚糖對(duì)姜汁進(jìn)行澄清，考察護(hù)色劑添加量、凹土-殼聚糖添加量、澄清溫度、澄清時(shí)間四個(gè)因素對(duì)澄清效果的影響。同時(shí)，將其與純化凹土、酸化凹土進(jìn)行澄清試驗(yàn)的對(duì)比，進(jìn)一步考察凹土-殼聚糖的澄清效果，制得顏色鮮艷、透光度高的姜汁產(chǎn)品，為姜資源的開(kāi)發(fā)利用增添新途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

生姜（淮安市售）；凹凸棒黏土（淮安盱眙產(chǎn)）；鹽酸、草酸、乙酸、無(wú)水乙醇、氫氧化鈉（均為分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；香草醛（上海阿拉丁生化科技股份有限公司）；牛血清蛋白、考馬斯亮藍(lán)（均為生化試劑，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。

1.2 儀器與設(shè)備

MS系列磁力攪拌器（上海般特儀器有限公司）；HHS2型數(shù)顯恒溫水浴鍋（金壇市榮華儀器制造有限公司）；DHG-9030型電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海一恒科學(xué)儀器有限公司）；J-26XP高速冷凍離心機(jī)（貝克曼庫(kù)爾特商貿(mào)（中國(guó)）有限公司）；PHS-3C酸度計(jì)（上海鴻蓋儀器有限公司）；UV-1800紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（上海美譜達(dá)儀器有限公司）；FA2004B精密電子天平（上海精科天美科學(xué)儀器有限公司）；WH-3微型漩渦混合儀（上海滬西分析儀器廠有限公司）；小型打漿機(jī)（山東九陽(yáng)小家電有限公司）。

1.3 試驗(yàn)方法

凹土-殼聚糖的制備，參照趙振剛等[14]的方法制備凹土-殼聚糖；姜辣素的測(cè)定，參照廖欽洪等[15]的方法測(cè)定姜辣素含量，以mg/g表示；蛋白質(zhì)含量的測(cè)定，用考馬斯藍(lán)亮法測(cè)定蛋白質(zhì)的含量，以μg/mL表示；可溶性固形物含量的測(cè)定，通過(guò)折光法測(cè)定可溶性固形物的含量；澄清度的測(cè)定，用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)在650 nm波長(zhǎng)下對(duì)凹土-殼聚糖處理的澄清液測(cè)定其透光度，確定生姜汁澄清的最佳工藝條件。

1.4 姜汁澄清工藝的研究

1.4.1 檸檬酸添加量的確定方法

1.4.2 單因素試驗(yàn)方法

凹土-殼聚糖添加量：在30 mL姜汁中分別加入0.1，0.2，0.3，0.4和0.5 g凹土-殼聚糖，攪拌，室溫靜置1 h后離心，取上清液測(cè)其透光率。

澄清溫度：在30 mL姜汁中加入0.3 g凹土-殼聚糖，攪拌后，分別將其放入20，30，40，50，60和70℃水浴中保溫靜置1 h后離心，取上清液測(cè)其透光率。

澄清時(shí)間：在30 mL姜汁中加入0.3 g凹土-殼聚糖，攪拌后，在室溫下分別靜置10，20，30，40，50和60 min后離心，取上清液測(cè)其透光率。

而且今年，我們還很高興邀請(qǐng)到了專(zhuān)攻新西蘭葡萄酒的專(zhuān)家，劉玲女士輔助David作翻譯講解。David的專(zhuān)業(yè)講解，劉玲老師在翻譯之余也時(shí)不時(shí)拋出自己的經(jīng)驗(yàn)和種種干貨，讓參與嘉賓贊聲連連。也難怪有嘉賓表示：“內(nèi)容很多干貨。看得出大師選酒很用心。每款酒都能代表產(chǎn)區(qū)特色、品種風(fēng)格，哪怕是同樣品種，不同酒款的特色也很鮮明，讓我們深入感受到，個(gè)性新西蘭，何止長(zhǎng)相思。”

1.4.3 正交試驗(yàn)方法

綜合單因素影響試驗(yàn)的結(jié)果，分別選取凹土-殼聚糖添加量、澄清溫度、澄清時(shí)間中對(duì)姜汁澄清影響顯著的3個(gè)因素，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上采用三因素三水平的正交試驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 香草醛回歸方程的確定

以無(wú)水乙醇作空白，用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定香草醛溶液在最大吸收波長(zhǎng)280 nm處的吸光度A，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

根據(jù)表1繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，見(jiàn)圖1。所得線性回歸方程式A=0.022 2C+0.002 8，R2=0.999 6，表明香草醛在2～12 μg/mL范圍內(nèi)很好地符合朗伯-比爾定律。

表1 香草醛標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度與吸光度

圖1 香草醛標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程

2.2 蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線的確定

用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定蛋白質(zhì)溶液在最大吸收波長(zhǎng)595 nm處的吸光度A，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

根據(jù)表2繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，見(jiàn)圖2。所得線性回歸方程式A=0.282C-0.005 3，R2=0.999 1，表明蛋白質(zhì)在0～140 μg/mL范圍內(nèi)很好地符合線性關(guān)系。

表2 蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度與吸光度

圖2 蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程

2.3 姜汁澄清工藝的優(yōu)化

2.3.1 檸檬酸添加量的確定結(jié)果

從表3可以看出，隨著檸檬酸添加量增加，姜汁色由原先的棕黃色變成鮮艷明亮的淡黃色。檸檬酸用量0.4%時(shí)，可以起到較好護(hù)色效果，得到的姜汁呈鮮艷淡黃色；繼續(xù)增加檸檬酸添加量，姜汁色澤變化不明顯，但是姜汁較酸，對(duì)姜汁的品質(zhì)產(chǎn)生較大的影響。因此，確定檸檬酸添加量為0.4%。

表3 檸檬酸添加量與姜汁護(hù)色效果的關(guān)系

2.3.2 姜汁澄清工藝的單因素試驗(yàn)結(jié)果

1) 凹土-殼聚糖添加量的確定

在澄清溫度50 ℃，澄清時(shí)間40 min條件下，考察凹土-殼聚糖添加量對(duì)姜汁透光度、姜辣素含量、蛋白質(zhì)及可溶性固形物含量的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖3和表4所示。凹土-殼聚糖添加量0.1～0.3 g時(shí)，姜汁透光度提高迅速；澄清劑添加量大于0.3 g時(shí)，姜汁透光度逐漸趨于平衡。澄清姜汁中，蛋白質(zhì)及可溶性固形物含量均隨著澄清劑添加量增加不斷減少，這可能是因?yàn)榘纪辆哂休^強(qiáng)吸附作用，殼聚糖又是陽(yáng)離子型絮凝劑，凹土與殼聚糖結(jié)合可與酸性環(huán)境中帶負(fù)電荷的可溶性蛋白質(zhì)、纖維素、果膠、懸浮顆粒等物質(zhì)發(fā)生很強(qiáng)的凝集作用[16-18]。添加量0.3 g時(shí)，透光度和姜辣素含量較平衡，選取0.2，0.3和0.4 g作為正交試驗(yàn)的范圍。

表4 凹土-殼聚糖添加量對(duì)姜汁主要成分的影響

圖3 凹土-殼聚糖添加量對(duì)姜汁澄清效果的影響

2) 澄清溫度的確定

在凹土-殼聚糖添加量0.3 g，澄清時(shí)間40 min條件下，考察澄清溫度對(duì)姜汁透光度、姜辣素含量、蛋白質(zhì)及可溶性固形物含量的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖4和表5所示。在20～50 ℃之間，隨著溫度上升，姜汁的透光度逐漸增大，而蛋白質(zhì)及可溶性固形物含量下降；此后隨著溫度上升，透光度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，而蛋白質(zhì)及可溶性固形物含量隨著溫度升高呈現(xiàn)回升趨勢(shì)。這可能是因?yàn)樵陂_(kāi)始階段，隨著溫度升高，果汁的澄清速率加快；溫度繼續(xù)升高，解吸速率的增加及蛋白質(zhì)、糖分等遭到破壞，從而導(dǎo)致透光度下降[19]。綜合澄清度與姜辣素的含量，選取40，50和60 ℃作為正交試驗(yàn)的范圍。

表5 澄清溫度對(duì)姜汁主要成分的影響

圖4 澄清溫度對(duì)姜汁澄清效果的影響

3) 澄清時(shí)間的確定

在凹土-殼聚糖添加量0.3 g，澄清溫度50 ℃條件下，考察澄清時(shí)間對(duì)姜汁透光度、姜辣素含量、蛋白質(zhì)及可溶性固形物含量的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖5和表6所示。在10～50 min之間，隨著澄清時(shí)間增加，透光度逐漸增大；50 min以后，略有下降。這說(shuō)明隨著時(shí)間延長(zhǎng)，凹土-殼聚糖顆粒與姜汁中膠體顆粒的接觸越來(lái)越充分，澄清效果增強(qiáng)。這是因?yàn)榘纪?殼聚糖與姜汁中的膠體物質(zhì)發(fā)生相互作用，產(chǎn)生絮凝沉淀物的沉降速度有限，沉降需要一定時(shí)間，但若絮凝沉淀物在果汁中停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)造成部分沉淀物重新溶解，導(dǎo)致姜汁再次產(chǎn)生輕微混濁[20]。

隨著澄清時(shí)間增加，可溶性固形物含量基本沒(méi)有變化，而蛋白質(zhì)及姜辣素含量逐漸降低并趨于平穩(wěn)。凹土-殼聚糖在澄清姜汁時(shí)主要是正負(fù)電荷的吸附和凹土表面的吸附作用，在50 min時(shí)凹土對(duì)姜汁的吸附接近吸附平衡。綜合透光度和姜辣素含量，選取40，50和60 min作為正交試驗(yàn)范圍。

2.3.3 姜汁澄清工藝的正交試驗(yàn)

1) 正交試驗(yàn)結(jié)果

采用正交試驗(yàn)優(yōu)化姜汁澄清工藝，根據(jù)透光度大小變化，對(duì)影響澄清效果的凹土-殼聚糖添加量（A）、澄清溫度（B）、澄清時(shí)間（C）3個(gè)因素進(jìn)行L9(33)正交試驗(yàn)，因素水平及正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7和表8。

表6 澄清時(shí)間對(duì)姜汁主要成分的影響

圖5 澄清時(shí)間對(duì)姜汁澄清效果的影響

表7 因素水平表

表8 正交試驗(yàn)結(jié)果分析表

由正交試驗(yàn)結(jié)果可以得出影響透光度的主次因素為A＞B＞C，即凹土-殼聚糖添加量＞澄清溫度＞澄清時(shí)間，優(yōu)水平為A2B2C2，但是正交試驗(yàn)中的9組試驗(yàn)不包含這一組合，組合試驗(yàn)中第6組A2B1C2透光度最高，因此需要通過(guò)驗(yàn)證試驗(yàn)確定透光度的最優(yōu)方案。

同理，從結(jié)果得出影響姜辣素含量的主次因素為B＞A＞C，即澄清溫度＞凹土-殼聚糖添加量＞澄清時(shí)間，優(yōu)水平為A1B2C1，但是正交試驗(yàn)中的9組試驗(yàn)不包含這一組合，組合試驗(yàn)中第2組A1B2C2姜辣素含量最高，因此也需要通過(guò)驗(yàn)證試驗(yàn)確定姜辣素含量的最優(yōu)方案。

2) 驗(yàn)證性試驗(yàn)結(jié)果

分別將4個(gè)組合進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn)，以確定姜汁澄清工藝的最優(yōu)方案，試驗(yàn)結(jié)果如表9所示。

由驗(yàn)證性試驗(yàn)結(jié)果可以看出，A1B2C2和A1B2C1的姜辣素含量雖然比較高，但是透光度較低，只有94%左右；而A2B1C2和A2B2C2的姜辣素含量雖然稍低，但是透光度達(dá)到97%以上，明顯高于另外2個(gè)組合。其中，A2B2C2透光度較高且姜辣素含量也略低于A1B2C2和A1B2C1，達(dá)到2.72 mg/g。因此，選定A2B2C2組合為生姜汁澄清的最優(yōu)工藝條件，凹土-殼聚糖添加量0.3 g，澄清溫度50 ℃，澄清時(shí)間50 min。

表9 驗(yàn)證性試驗(yàn)結(jié)果

3) 對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

為了進(jìn)一步考察凹土-殼聚糖的澄清效果，將其與純化凹土、酸化凹土進(jìn)行澄清試驗(yàn)的對(duì)比。如圖6所示，純化凹土、酸化凹土及凹土-殼聚糖對(duì)姜汁都起到一定的澄清作用。姜汁經(jīng)純化凹土澄清后透光度達(dá)為85.5%，經(jīng)酸化凹土澄清后可達(dá)89.1%，凹土-殼聚糖的澄清效果則可達(dá)97.0%。因此，使用凹土與殼聚糖復(fù)配作為澄清劑可行，并且效果比使用單一澄清劑好。

圖6 不同澄清劑對(duì)姜汁澄清效果的比較

2.4 貯藏過(guò)程中姜汁的變化

姜辣素是生姜呈現(xiàn)辛辣味的主要物質(zhì)，具有較強(qiáng)抗氧化[21]、止嘔、抑菌[22]及降低膽固醇[23]等作用。貯藏溫度和時(shí)間增加時(shí)，姜辣素含量有所降低；溫度越高，減少量愈多。

可溶性固形物可直接反映姜汁在貯藏過(guò)程中的品質(zhì)變化。由表10可知，貯藏時(shí)間和貯藏溫度對(duì)姜汁可溶性固形物含量的影響均不明顯，其含量變化幅度僅在0.1%～0.2%之間。這與劉興辰等[24]研究發(fā)現(xiàn)一致。

多酚類(lèi)化合物是一種較為活潑的化合物，其抗氧化性可對(duì)一些疾病起到預(yù)防的作用。由表10可知，貯藏過(guò)程中姜汁的總酚含量隨貯藏時(shí)間增加呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，且隨著貯藏溫度升高，總酚含量降幅增加。這可能是因?yàn)樵谫A藏期間，姜汁中的溶解氧形成氧自由基后使酚類(lèi)物質(zhì)發(fā)生氧化，且酚類(lèi)物質(zhì)具有熱不穩(wěn)定性，最終使酚類(lèi)物質(zhì)發(fā)生降解[25]。

蛋白質(zhì)是姜汁內(nèi)的極為重要營(yíng)養(yǎng)成分，通過(guò)蛋白質(zhì)的變化可以反映姜汁貯藏效果的優(yōu)劣。由表10可知，在貯藏期間，隨著貯藏溫度和時(shí)間增加姜汁的蛋白質(zhì)含量持續(xù)下降。這可能是因?yàn)橘A藏過(guò)程中澄清姜汁中殘存的蛋白質(zhì)發(fā)生團(tuán)聚，形成沉淀。

表10 貯藏過(guò)程中姜汁的品質(zhì)變化

3 結(jié)論

在姜汁澄清過(guò)程中，凹土-殼聚糖添加量為1 g凹土-殼聚糖/100 mL，護(hù)色劑檸檬酸最適添加量0.4%，澄清溫度50 ℃，澄清時(shí)間50 min時(shí)，所得姜汁姜辣素含量達(dá)2.72 mg/g，澄清度達(dá)97%，且姜汁的穩(wěn)定性較好。將凹土-殼聚糖與純化凹土、酸化凹土進(jìn)行澄清試驗(yàn)的對(duì)比，凹土-殼聚糖的澄清效果最好。雖然縮短澄清時(shí)間在一定程度上能提高姜辣素含量，但并不是很明顯，且造成澄清度明顯降低。