徐 涓，張 弘 ，孫彥琳，周梅村，鄭 華，李 坤，涂行浩

(1.中國林業(yè)科學研究院資源昆蟲研究所，國家林業(yè)局特色森林資源工程技術研究中心，云南昆明650224;2.昆明理工大學化學工程學院，云南昆明650224)

瑪咖(Lepidium meyenii Walp.)，是十字花科獨行菜屬的草本植物，原產于高海拔的秘魯安第斯山區(qū)，瑪咖被印第安人作為藥食兼用的植物有兩千多年的歷史［1-2］?，斂Э墒巢课粸閴K根，其營養(yǎng)豐富，含有多糖、蛋白質、粗纖維、維生素等，以及多種次生代謝物質:芥子油苷及其水解產物、生物堿、多酚等，具有抗疲勞、抗氧化、提高生育能力、抑制癌細胞等功效［3-10］。瑪咖收獲期較集中，鮮瑪咖含水量高，細胞呼吸強度大，在貯藏和運輸過程中易腐爛變質，將其加工成瑪咖汁是有效解決途徑之一。但由于瑪咖漿汁中含有易引起果汁混濁、沉淀的果膠以及蛋白質等物質，在加工過程中若未除去，則會使瑪咖汁在加工、儲存過程中產生沉淀，因此，有必要采用澄清方法處理瑪咖汁。主要的澄清方法有酶法澄清、澄清劑澄清和冷凍澄清等［11］。酶法澄清和冷凍澄清因其操作復雜、成本高和周期長［12］，在加工過程中常不被采用。相對而言，澄清劑法操作較簡單、成本低和周期短，在果汁澄清過程中，澄清劑中的殼聚糖被廣泛應用［13-14］。殼聚糖是從蟹蝦外殼中提取的一類氨基葡萄糖直鏈多聚糖，其澄清機理是當殼聚糖溶于稀酸溶液時，氫離子和氨基結合形成帶正電荷的離子，該離子和果蔬汁中帶負電荷的微粒作用，使其中的果膠、蛋白質和多酚等膠態(tài)顆粒絮凝沉降下來，從而達到澄清的目的［15-16］，且該法高效、快捷和經濟。本文采用殼聚糖絮凝瑪咖汁中的沉淀，研究其對瑪咖汁澄清效果的影響，擬為瑪咖澄清工藝的應用提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

冰鮮瑪咖塊根 中國林業(yè)科學研究院資源昆蟲研究所滇中高原實驗站提供;殼聚糖(食品級) 濟南海得貝海洋生物工程有限公司;氯化鈀(分析純) 上海強順化學試劑有限公司;鹽酸(分析純) 重慶川東化工集團有限公司;三氯甲烷(分析純) 上海申博化工有限公司;蒽酮(分析純) 國藥集團化學試劑有限公司;磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、過氧化氫、三氯乙酸(分析純) 天津市風船化學試劑科技有限公司;愈創(chuàng)木酚、2，6-二氯酚靛鈉鹽、考馬斯亮藍G250(分析純) 上海晶純實業(yè)有限公司。

DU800 型紫外-可見光分光光度計 美國貝克曼庫爾特有限公司;HX-7.5D 小型電加熱蒸汽發(fā)生器 上海華征特種鍋爐有限公司;DK509 多功能食品加工機 青島東亞電子有限公司;HH-6 型數顯恒溫水浴鍋 常州澳華科技有限公司;Z323K 通用型高速冷凍離心機 德國HERMIE 公司;AB204-S 精密型電子天平 梅特勒-托利多(中國)有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.2 澄清度的測定 采用分光光度法，以去離子水做參比。在660nm 下測定果汁的透光率，用透光率T(%)表示果汁的澄清度。

1.2.3 單因素實驗

1.2.3.1 殼聚糖的濃度 量取20mL 的瑪咖汁，自然pH(5.2)條件下，果汁中殼聚糖的濃度分別為0.1、0.2、0.3、0.4、0.5g/L，于50℃的處理溫度下恒溫靜置30min，研究不同殼聚糖濃度對瑪咖汁澄清度的影響。

1.2.3.2 處理溫度 量取20mL 的瑪咖汁，殼聚糖的濃度為0.2g/L，自然pH(5.2)條件下，分別于30、40、50、60、70℃的溫度下靜置30min，研究不同處理溫度對瑪咖汁澄清度的影響。

1.2.3.3 澄清時間 量取20mL 的瑪咖汁，自然pH(5.2)條件下，殼聚糖的濃度為0.2g/L，在40℃的溫度下分別靜置10、20、30、40、50min，研究不同澄清時間對瑪咖汁澄清度的影響。

1.2.3.4 pH 量取20mL 的瑪咖汁，殼聚糖的濃度為0.2g/L，pH 分別為3、4、5、6、7，在40℃的溫度下靜置30min，研究不同pH 對瑪咖汁澄清度的影響。

1.2.4 瑪咖汁澄清條件的優(yōu)化 在單因素實驗基礎上，利用Design-expert8.0.6 軟件，采用Box-Behnken實驗設計，以殼聚糖濃度(g/L)、處理溫度(℃)和澄清時間(min)3 個主要因素為響應變量，瑪咖汁的澄清度作為響應值進行響應面優(yōu)化，實驗因素水平設計見表1。

1.2.5 驗證實驗 于最優(yōu)條件下進行3 組平行實驗，并將瑪咖汁澄清度的優(yōu)化驗證值與模型預測值相比較。

1.2.6 澄清前后營養(yǎng)成分的對比 芥子油苷:采用氯化鈀法［9］;水溶性生物堿:樣品經水提醇沉法后，采用酸性染料比色法［17］進行測定;果膠:采用咔唑分光光度法［18］;VC:采用2，6-二氯靛酚法測定［19］;水溶性蛋白質:采用考馬斯亮藍法測定［20］;總糖:采用蒽酮法測定［21］;總酚:福林酚比色法測定［22］。

表1 響應面分析因素與水平表Table 1 Factors and levels of RSM

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果

2.1.1 殼聚糖濃度對瑪咖汁澄清度的影響 殼聚糖濃度對瑪咖汁澄清度的影響見圖1，由圖1 可知，隨殼聚糖濃度的增大，瑪咖汁的透光率先增大后減小。當殼聚糖濃度為0.2g/L 時，瑪咖汁的透光率能達到96.57%;若繼續(xù)增加殼聚糖的濃度，由于殼聚糖自身的凝膠作用，瑪咖汁的透光率反而降低，因此選擇0.1～0.3g/L 為優(yōu)化條件。

圖1 殼聚糖濃度對瑪咖汁澄清度的影響Fig.1 Effect of Chitosan concentration on Clarification of Maca juice

2.1.2 不同處理溫度對瑪咖汁澄清度的影響 處理溫度對瑪咖汁澄清度的影響如圖2 所示，由圖2 可知，隨著溫度的增加，瑪咖汁的透光率也隨之上升。當溫度為40℃時，瑪咖汁的透光率為96.27%;溫度繼續(xù)上升，會使殼聚糖自身降解，絮凝效果隨之減弱，瑪咖汁的透光率也隨之下降，所以選取30～50℃為優(yōu)化條件。

圖2 處理溫度對瑪咖汁澄清度的影響Fig.2 Effect of temperature on Clarification of Maca juice

2.1.3 澄清時間對瑪咖汁澄清度的影響 澄清時間對瑪咖汁澄清度的影響詳見圖3。由圖3 可以看出，隨著澄清時間的延長，瑪咖汁的透光率逐漸上升。當時間達到30min 時，隨著殼聚糖澄清時間的延長，瑪咖汁的透光率趨于平穩(wěn)，考慮時效問題，選取20～40min為優(yōu)化水平。

圖3 澄清時間對瑪咖汁澄清度的影響Fig.3 Effect of time on Clarification of Maca juice

2.1.4 pH 對瑪咖汁澄清度的影響 pH 對瑪咖汁澄清度的影響見圖4，由圖4 可以看出:隨pH 的增加，瑪咖汁的透光率逐漸增加，當pH5、6 時，瑪咖汁的透光率較高，分別為96.27% 和95.28%;但繼續(xù)增大pH，瑪咖汁的透光率反而降低，可能因為pH 的增加，減弱了殼聚糖的電中和作用，其絮凝能力也隨之降低。由于瑪咖汁的pH 在5～6 之間，因此在用殼聚糖澄清瑪咖汁時不需調整pH。

圖4 pH 對瑪咖汁澄清度的影響Fig.4 Effect of pH on Clarification of Maca juice

2.2 RSM 分析

RSM 優(yōu)化所得結果詳見表2。用 Design -expert8.0.6 軟件對所得的數據進行多元回歸擬合，得到以瑪咖汁澄清度為目標函數的三次多項回歸方程如下:

對上述回歸模型進行方差分析，結果見表3，由表3 可以看出，該模型極顯著(p ＜0.0001)，回歸模型R2=0.9975，表明該模型與實際擬合較好，模型中影響瑪咖汁澄清度的因素主次是A ＞B ＞C，其中A、B的影響是極顯著的(p ＜0.01)。

模型的響應曲面及等高線見圖5，該圖較直觀的顯現了交互項對瑪咖汁澄清度的影響。由圖7 可知，兩因素交互作用由大到小為:殼聚糖濃度和處理溫度＞殼聚糖濃度和澄清時間＞處理溫度和澄清時間。

表2 中心組合設計實驗結果Table 2 Central composite design matrix and experimental results

表3 瑪咖汁澄清度回歸方程方差分析Table 3 ANOVA for regression coefficients of the fitted regression model

2.3 驗證實驗

在優(yōu)化實驗結果的基礎上，利用Design-expert得到各個因素的最優(yōu)條件組合為聚糖濃度0.22g/L、處理溫度38.67℃、澄清時間32.22min，在此條件下瑪咖汁澄清度的預測值可達到98.55%。為檢驗其模型的合理性，根據實際操作情況，將最優(yōu)條件優(yōu)化為:殼聚糖濃度0.22g/L、處理溫度39℃、澄清時間32min進行驗證實驗，瑪咖汁的澄清度為98.36%。證明采用RSM 優(yōu)化殼聚糖澄清瑪咖汁的最佳工藝條件是合理的。

表4 殼聚糖對瑪咖汁營養(yǎng)成分的影響Table 4 The effects of clarification on the quality of maca juice

圖5 各因素交互作用影響瑪咖汁澄清度的響應曲面圖Fig.5 Response surface plots showing the effect of three factors on Clarification of Maca juice

2.4 營養(yǎng)成分測定

殼聚糖處理瑪咖汁對其營養(yǎng)成分的影響詳見表4。由表4 可知，殼聚糖澄清瑪咖汁對其營養(yǎng)成分均有不同程度的影響，果膠、水溶性蛋白質和總酚含的損失率依次為58.90%、42.93%和2.16%，可能是因為殼聚糖的絮凝作用使得大部分果膠和水溶性蛋白以及小部分酚類物質沉降，使其含量下降;芥子油苷、水溶性生物堿、VC和總糖的損失率分別為0.56%、0.33%、0.34%和0.89%，損失相對較小，說明殼聚糖在澄清瑪咖汁時，對其活性成分影響較小。

3 結論

3.1 殼聚糖濃度、處理溫度和澄清時間3 因素對瑪咖汁的澄清度都有不同程度的影響，以殼聚糖濃度影響最大，其次是處理溫度和澄清時間。通過響應面分析法優(yōu)化，建立了殼聚糖澄清瑪咖汁的三次回歸模型，該模型擬合度良好，能較好地預測殼聚糖濃度、處理溫度和澄清時間和瑪咖汁澄清度之間的關系。

3.2瑪咖汁的最佳澄清條件為殼聚糖濃度0.22mg/mL、處理溫度38.67℃、澄清時間32.22min，在此條件下瑪咖汁澄清度的模型預測值可達到98.55%。根據實際操作情況，將最優(yōu)條件優(yōu)化為:殼聚糖濃度0.22mg/mL、處理溫度39℃、澄清時間32min 進行3 組平行實驗，瑪咖汁的澄清度驗證值為98.36%。

3.3 殼聚糖澄清瑪咖汁時，其易引起果汁混濁的物質果膠、水溶性蛋白質、總酚的損失率依次為58.90%、42.93%、2.16%，瑪咖汁中主要活性成分芥子油苷、水溶性生物堿、VC和總糖的損失率依次為0.56%、0.33%、0.34%和0.89%，由此可見，殼聚糖澄清能較好的保留瑪咖汁中的的主要活性成分。

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