优质胡萝卜汁加工关键技术研究

生物酶解液化技术

不会提高胡萝卜素的提取率和品质

　　2004年878吨净胡萝卜原料的工业化生产，两种工艺仅化学前处理工艺不同，物理法细胞充分破壁和高效分离提取完全 相同，其胡萝卜浓缩汁的单位重量胡萝卜素含量及胡萝卜素提取率的主要指标对比如下（图1、图2、表1）：

表1　2004年两种前处理工艺单位重量类胡萝卜素含量和胡萝卜素提取率比较

　 　通过表1、图1、图2可知，878吨工业化生产两种前处理工艺的对比实验说明，在细胞破壁工艺和高效分离提取工艺相同的前提下，酸＋酶处理工艺其单位重量胡萝卜浓缩汁的类胡萝卜素含量和工业化生产胡萝卜素提取率均未提高，反而略有降低。胡萝卜素的高提取率是由“破坏细胞之间的胶体物质→物理法细胞破壁→高速高效分离”三个关键工艺决定，仅“酶解液化”一个工艺是绝对不能实现的。

　　发达国家的婴幼儿食品已不允许使用酶制剂，用食用酸破坏细胞间的胶体物质比酶制剂更为安全、高效。酸处理的胡萝卜渣，其色泽橙黄可继续做纤维素食品原料，而酶＋酸处理的胡萝卜渣排出后很快褐变（呈茶色）不能再做食品原料。

　　美国相关文献的重要实验结论：若不采用细胞破壁工艺，无论采用何种前处理工艺，胡萝卜中含有的β-胡萝卜素在压榨过程中只有20%可从胡萝卜中提取出来。

Optimization of Carrot Juice Color and Cloud Stability

（胡萝卜汁的颜色和悬浊稳定性的最佳调控）

C.A.SIMS，M.O.BALABAN，R.F.MATTHEWS

　　摘要：本文研究了加热、酸化和酶处理对胡萝卜汁颜色和悬浊稳定性的影响。在粉碎和压榨前将胡萝卜加热到93℃比先粉碎后加热到93℃能够改善胡萝卜汁的颜色，但会降低胡萝卜汁的产量。压滤前用柠檬酸将粉碎的胡萝卜调酸到pH5或pH4，胡萝卜汁的颜色会大大提高。粉碎前先加热的胡萝卜形成的胡萝卜汁如果在压滤前不酸化会很快澄清。胡萝卜提取后再酸化不会使悬浊液稳定。工业化制备的果胶酶、半纤维素酶能改进胡萝卜的颜色但不影响产量。胡萝卜含有的β-胡萝卜素在压榨过程中只有20%可从胡萝卜中提取出来，而且β-胡萝卜素比α-胡萝卜素可提取量大约高。
　　关键词：carrot juice、beta-carrotene、color stability、cloud stabiliy

引　　言

　　由于各种各样的（缺陷）不足，主要是形状和大小，所有胡萝卜产品的相当大一部分没能够及时活跃于市场（Bates和Koburger 1974），包装损失在佛罗里达大约为30%，而在加利福尼亚为20-50%（Brookhart，1991），所以胡萝卜产品的绝大部分要么丢弃，要么被贬为动物饲料而未能充分开发利用。胡萝卜含有高量的β-胡萝卜素（Senti和Rizck，1975），而胡萝卜汁（单一浓度型，浓缩型和干燥型）作为天然β-胡萝卜素和有色食物其来源很有潜力。据报道，对天然胡萝卜素的需求有供不应求之势（Monvmous，1992），由于有报导说β-胡萝卜素有抗癌作用，固而对β-胡萝卜素的需求越来越多。
　　许多公司生产胡萝卜汁，但是其质量问题特别是颜色及悬浊稳定性（StepHens，et，1971，Bates和Koburger，1974）大大限制了其市场前景。早先研究报导，采用下述各种方法压榨可从胡萝卜中得到60-70%的胡萝卜汁。水漂胡萝卜尤其用酸漂洗胡萝卜，能够提高热加工（罐头生产）胡萝卜汁的颜色和悬浊（StepHens等，1971；Bates and Koburger，1974；Kin and Sim，1983），但最有效的酸化时间和酸化程度需进一步研究。胡萝卜有果胶脂酶活性（Lee等1979），它能够使胡萝卜汁中果胶沉淀、悬浊降低。Massiot，1987报道：新鲜胡萝卜含1%果胶。其它研究人员（Sawayama，等1987）报导：在低pH提取的果胶清澈度很高，它能够影响果胶沉淀，低量β-胡萝卜素侵提液可影响其颜色，β-胡萝卜素与大分子物沉淀（即悬浊消失过程），或酶处理或氧化脱色。研究还表明：各种果胶酶和纤维素酶可用来胡萝卜汁提取（Sreenath，1986，Anastaskis，1987），但酶处理对提取液颜色和悬浊稳定性的影响尚不知晓。胡萝卜汁中最有价值的部分可能是β-胡萝卜素，但压滤过程中提取的总量还未见报道而且可能很低（Imeri，Knorr，1998）。本研究的目的是评价酸化、加热和酶处理对胡萝卜汁的颜色，悬浊稳定性以及其它特征的影响，并测定胡萝卜汁中β-胡萝卜素提取的程度。

材料与方法

　　粉碎与酸化
　　本研究目的是测定粉碎前和粉碎后加热胡萝卜的效果差异，同时估测酸化效果。从当地市购进胡萝卜在10%、60℃氢氧化钠碱液侵泡2分钟碱液去皮，然后彻底洗净。一部分置于蒸汽隧道加热到内部温度达93℃（Ca 13-15分）水中冷却，锤形研磨机中磨碎（3.2mm）。这些条件对失活的果胶脂酶（数据不显示）是足够。磨碎的胡萝卜或用50%柠檬酸调至pH5或pH4，或者不作酸化处理（对照）。另一部分胡萝卜在加热前磨碎，然后或者用50%柠檬酸溶液调至pH5或pH4，或者不做处理（对照）。将磨碎的胡萝卜置于一个小不锈钢蒸汽壶中加热至93℃，再冷却。磨碎的胡萝卜置入一可承压的压力布上，用一个小水压机压滤提取，每一处理3次重复。
　　胡萝卜汁（取25ml样置于光电杯中）用Hunter Lab（D25－2型）色度计测定，用比色计测定胡萝卜汁的混浊度和悬浊度，该法大体上测定橙汁（Versteeg等1980）悬浊度的方法相近。一部分胡萝卜汁置于2℃条件下2-3天，再用比色计660nm的吸收谱测定悬浊液的澄清度或悬浊的损失。并测出胡萝卜汁的pH及产量（胡萝卜汁的重量，磨碎的胡萝卜的重量）所有数据要用SAS程序做变异分析，平均值精确到0.05水平。

　　酸化作用的最佳控制
　　本研究目的为了测定加工过程中酸化作用的最佳阶段以及酸化作用的效果是否可以。
研究的第一部分，从当地市场购买胡萝卜，按前面所述方法用碱液去皮后磨碎，用50%柠檬酸溶液酸化后，胡萝卜汁做下述6个处理（1）加热到93℃，调酸到pH5，提取胡萝卜汁（2）过程同处理1，只是提取胡萝卜汁后用20%NAOH将pH调到初始值（Ca6）。（3）加热到93℃，提取胡萝卜汁，再酸化到pH5。（4）加热到93℃，提取胡萝卜汁，不能进行酸化。（5）先酸化到pH5，加热93℃，再提取胡萝卜汁。（6）按处理5进行，但是胡萝卜汁提取后要用20%氢氧化钠溶液将汁的pH调原始值（Ca6）。
　　本研究第二部分，整胡萝卜置于不锈钢隧道内加热到内部温度达93℃时，置入水中冷却磨碎，再作以下四个处理：(1)调酸至pH5，提取胡萝卜汁。（2）按处理1操作，但在胡萝卜汁提取后要用20%氢氧化钠溶液将汁的pH值调回其原始数据（Ca6）；（3）提取胡萝卜汁，酸化；（4）提取胡萝卜汁，不做酸化处理，所有处理3次重复，并按前方法分析。

　　酶处理的影响
　　本研究的目的是测定工业生产的酶对胡萝卜汁产量，颜色和悬浊稳定性的影响。工业生产的酶如Rohament K（Rohm. Tech. Inc Malden. MA），根据报道是果胶酶和半纤维素酶的混合物被推荐用于生产蔬菜汁，胡萝卜用碱液去皮，磨碎加热到93℃，再冷却到50℃。用50%柠檬酸溶液调到pH5后，按0.45ml/kg（工业上推荐用量为400ml/ton）的比例将成品酶与胡萝卜完全混合。置于一大水槽中使温度保持在50℃，一部分在半小时后压榨，一部分在一小时压榨，一部分在2小时后压榨。50℃是工业推荐的酶处理胡萝卜的温度。对照为2小时后压榨，所有处理均设3次重复，并按前述程序分析。
　　其目的是按上述方法测定提取α-胡萝卜素和β-胡萝卜素。胡萝卜被碱液去皮，磨碎，调酸到pH5，加热到93℃，冷却后压榨，用HPCC法（Bal wag and ailson,1980）测定生（原料）胡萝卜中、加热后的胡萝卜中、胡萝卜汁中和压榨后残留物中的α-胡萝卜素和β-胡萝卜素。为了测各部分，取10g鲜样重置于一不锈钢混合器中，加入20g无水硫酸钠，1mg Mgco3和100ml四氢呋喃混合5分。用滤纸真空抽滤，混浊用四氢呋喃冲冲以移出类胡萝卜素。提取液用转动式蒸干机在40℃蒸发到体积缩为Ca50ml，然后用四氢呋喃定溶到100ml。
　　HPCC系统的组成有一个Alder泵，一个Rhedgne型7125注射器，上面带有一100al注射器，一个C－18柱（Rerkin. Zlmer.HS5 C18柱，150mm×0.46mm），一波谱物理OV－VIS探头，还有一Healett,Packard3392A整合日探头测波长470nm。提取液体分为乙腈：四氢呋喃：水＝85：12：2.5，其流速为1.0ml/分，用α-胡萝卜素和β-胡萝卜素的标准曲线计算测定结果，所有样品至少分析3次。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　结果与分析
　　磨碎与酸化：
　　从早先的研究（SepHen.1971，Bales.1974）和大量的初步试验知：提取胡萝卜汁前必须对胡萝卜加热或漂洗。不经过加热，胡萝卜汁色度较低而且快速澄清，未加热的胡萝卜汁含有果胶酶（PE）活度（不显数据），它能使果胶快速沉淀而使胡萝卜汁变得澄清。类胡萝卜素好像与微粒共沉淀，结果导致胡萝卜汁无色或褐黄色。在磨碎前或磨碎后加热到93℃是以使PE失活（数据不显示），与先磨碎后加热相比（表1）磨碎前先水漂胡萝卜到93℃会减少胡萝卜产量，但能改善其颜色（较高的CDMa和b值），较高的CDMa和b值表明较高的红色和黄色，固而较好的颜色。加热的整胡萝卜有一定程度的软化，这使得其在布压榨汁时较为困难。但是由于磨碎过程中酶的活性防止了胡萝卜脱色，胡萝卜素释出提取出的相应增多。由于称重和酸化使得磨碎后的加热推迟，这能够引起胡萝卜汁色的微微降低。加热前，磨碎胡萝卜并将pH值调至pH4会使胡萝卜汁的产量稍稍提高。
　　酸化作用明显地改善了胡萝卜汁的颜色（高CDMa和b值），特别是当胡萝卜加热前磨碎。酸化可能增加胡萝卜素的提取和保持量（不破坏）酸化对胡萝卜汁的初始混浊或颜色没有影响（用A660测）。先磨碎后加热的胡萝卜汁的产品在2℃时48小时内不会澄清，说明酸化作用没有显著影响。磨碎前先加热整胡萝卜的产品比先磨碎后加热的胡萝卜汁更易悬浊。但是，如果不进行酸化，胡萝卜汁会澄清（在A660大量减少），因为PE在胡萝卜汁中没有活性，悬浊的降低可能由于和其它带壁细胞化合沉淀的缘故。早先研究（Sawayama等，1987）指出：在低pH条件下提取胡萝卜汁含有较高酸化的果胶，它能够减少果胶的沉淀。高酸化导致果胶链交联较弱，因而沉淀较弱。尽管酸化作用改善了胡萝卜汁的颜色和稳定性，但其味道在非正式感官评价时明显改变，这是生产胡萝卜汁中不得不考虑的问题。

　　酸化作用的最适调控
　　任何酸化处理不会明显影响胡萝卜汁的产量，但是，胡萝卜先粉碎再加热与粉碎前加热整胡萝卜相比，前者的胡萝卜汁的产量显著提高（表2）。加热前粉碎的话，如果提取前需酸化，在加热前调酸或加热后酸化对胡萝卜汁的颜色不产生影响。提取前作酸化处理与不酸化的对照相比，不会改善胡萝卜汁的颜色。所以，酸化作用似乎对加压过程中类胡萝卜素的侵提更有效。然而，酸化作用的效果似乎在一定程度上可逆，因为将pH值调到其初始时提高了胡萝卜汁的颜色。当提取后调至原始的pH值，胡萝卜汁的颜色与非酸化处理的对照类似，胡萝卜先粉碎后加热形成的胡萝卜汁不发生明显澄清，酸化作用对浑浊度有轻微影响。
　　胡萝卜先加热后粉碎时，酸化处理对胡萝卜汁颜色的影响不太突出（表2）。加压前酸化或加压后酸化对胡萝卜汁颜色没有明显影响，且酸化作用不可逆。将pH调到其初始值对颜色无任何影响，不作酸化处理的对照比酸化处理只稍稍降低颜色，这表明粉碎前加热再经酸化处理不会提高类胡萝卜素的提取量。与早先研究一样，加工整胡萝卜比先将胡萝卜粉碎再加热提取的胡萝卜汁的颜色更浓。
　　胡萝卜先加热后磨碎制成的胡萝卜汁作酸化处理对汁的澄清有很大的影响（表2），防止胡萝卜澄清可唯一处理的是提取前酸化，但是，当pH被调到原始值时，就不看出酸化处理的这些效果，提取前作酸化处理能够改变果胶和其它细胞壁的构成成份，进而影响这些化合物的沉淀。

　　酶处理
　　与其它研究对比，相类似的酶系统对胡萝卜汁的产量没有影响（表3），（Anastaskis,等1987；Foda,等1985；Sreenath,等1986）然而，在本研究中没有酶处理的胡萝卜汁，其产量相对较高（Ca 70%），酶对产量的影响小。酶制剂显著提高了胡萝卜汁的颜色，如所示的CDMa和b值，这说明加压过程能提取较高量的类胡萝卜素。不同处理的其混浊度(A660）的差异在统计上较为明显，但总体来说，胡萝卜汁的混浊度不会受酶制剂的强烈影响。尽管酶制剂保留在胡萝卜汁中且没被钝化，但是没有特别澄清。

　　胡萝卜素提取量
　　虽然通过磨碎、加热、酸化后，再加压制备的胡萝卜汁总体上颜色极好，但所提取的α-胡萝卜素和β-胡萝卜素很低。胡萝卜汁中只有20%的潜在性β-胡萝卜素来源于磨碎的胡萝卜，其它的都留在加压的残留物中（表4）。不同的酶处理或提取方法可以增加所提取的量。β-胡萝卜素和α-胡萝卜素的水平与前人研究报导范围一致（Bushway and Wilson,1982）。β-胡萝卜素与α-胡萝卜素的比值对胡萝卜汁和原料胡萝卜明显不同。胡萝卜汁中的β：α比原料胡萝卜中β：α(Ca3.5)高很多。这就表明（Ca7）提取的β-胡萝卜素较多或保留的β-胡萝卜素较多（原料胡萝卜）。加热处理后的β-胡萝卜素和α-胡萝卜素比原料胡萝卜中的含量都高。加热可能释出某些结合态胡萝卜素，因而提高了其提取量。

结　　论

　　将胡萝卜加热到93℃是必要的，它能使PE果胶失活纯化，因而阻止胡萝卜汁的澄清并使胡萝卜汁减色，但是磨碎前加热整胡萝卜比先磨碎后加热加工成的胡萝卜汁颜色较浓。将磨碎的胡萝卜用柠檬酸酸化到pH5或pH4增加了胡萝卜汁的颜色，当胡萝卜先加热后磨碎，酸化作用会防止胡萝卜汁澄清。如果推迟到提取以后再酸化，其效果就不会显示出来，而且酸化作用的效果在一定程度上可逆。用一工业用果胶酶半纤维与酶制剂可以改善胡萝卜的颜色，但不会影响在胡萝卜汁的产量。通过加热整胡萝卜、磨碎、调酸到pH5或pH4，酶处理，再加压等一系列处理能够达到胡萝卜汁的最佳颜色和悬浊稳定性。提取的α-胡萝卜素和β-胡萝卜素的总量很低。胡萝卜中含有的β-胡萝卜素只有20%可从磨碎的胡萝卜中提取出来。

表1加热、磨碎（93℃）再用柠檬酸酸化对胡萝卜汁某些性质的影响

　　　　　　　　Z：较高的CDMa值和CDMb值表明红色式黄色较重，所以能增进颜色。
　　　　　　　X：表示每一列内的值，且后面用同样字母表示的加热方法差异不明显（1Sd,5%）。

表2加热、磨碎93℃和酸化时间（用柠檬酸调到pH5）对胡萝卜汁中某些特性的影响

　　　　Z：CDMa和CDMb值高表示红色和黄色重，即改进了颜色。
　　　　Y：A660值高，表明悬浊度大。
　　　　X：表示同一列内，且用相同字母表示的加热方法差异不显著（1SD，5%）。

表3酶处理对胡萝卜汁某些特性的影响（酶为Rohament.K.0.45ml/kg，50℃）

　　　　　z：CDMa和CDMb值高，表明红色和黄色重，即改善了颜色。
　　　　　y：A660的值，表明悬浊度大。
　　　　　x：表示同一列用相同字母标记的处理差异不显著（1Sd，5%）。

表4胡萝卜汁中胡萝卜素及其各组份的含量

　　　　　　　z：碱液去皮、磨碎、酸化到pH5，加热到93℃再加压处理
　　　　　　　y：各观测值±其标准差

　　　Volume 58，NO.5，1993－JOURNAL　OF　FOOD　SCIENCE－1129－1131
　　　译自：美国《食品科学杂志》1993 NO.5 第58卷1129－1131

如何从根本上防止胡萝卜汁中形成白色沉淀

　　我们知道，胡萝卜属于根类蔬菜，容易富集土壤中的钙离子，若在偏盐碱的土壤中种植其富集在胡萝卜中的钙离子含量也较高。水中的钙离子可通过水处理设备将其去除，而含在胡萝卜中的钙离子如何去除呢？中国科学院农业现代化研究所的授权发明专利（ZL专利号　01102248.5）在权利要求书第3条中明确阐明：“根据权利要求2所述的高胡萝卜素含量的胡萝卜浓缩汁的制备方法，其特征在于所述的胡萝卜预煮工艺包括将胡萝卜丁、片、丝按照：胡萝卜/水/乙酸＝1/1±0.2/0.003－0.004（重量/重量）的比例于90－100℃预煮5－15分钟，放弃预煮水。”本方法有效地从根本上去除或极大减少了胡萝卜中所含的钙离子，使胡萝卜汁中的白色沉淀物根源在酸煮和排放酸煮水时有效清除。
　　将胡萝卜切成丁、片、丝为有规则形状，料液比1：1，按物料的3‰－4‰添加乙酸。乙酸又称为食用冰醋酸，是一种渗透性很强的挥发酸，经过95℃10分钟的预煮，乙酸与胡萝卜中的钙离子可充分结合形成水溶性乙酸钙，在放弃预煮水时水溶性乙酸钙随水排出。本专利方法已在全国数十家工厂应用均取得良好效果，胡萝卜汁产品没有发现影响感官特性的白色沉淀物。
　　若加工工艺中没有酸液预煮及排放预煮水工艺，胡萝卜中所含的钙离子全部保留在胡萝卜加工制品中，用食品添加剂六偏磷酸钠、焦磷酸钠、三聚磷酸钠等水份保持剂来掩盖钙离子与酸结合后的沉淀物是一种落后方法。磷酸盐化合物均有一定的毒性。据食品添加剂文献报道（食品添加剂手册第三版，凌关庭主编，化学工业出版社）：六偏磷酸钠曾按饲料量加入0.05%、0.5%、5%饲喂大白鼠，经二年，5%一组肾的重量增加并有石灰沉淀等异常现象。焦磷酸钠大剂量时有可致肾结石的报道。三聚磷酸钠曾按0.05%、0.5%、5%的饲料量饲喂大鼠各50只，经饲养二年后，5%组出现体重增加率受到抑制，轻度贫血，肾重量增加，死亡率较高等情况。胡萝卜汁是一种适于全体人群每日经常服用的蔬菜汁，长期服用添加上述食品添加剂的胡萝卜汁与服用不含上述食品添加剂的胡萝卜汁相比，对人体健康的影响是显而易见的。

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