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高压均质黄桃果汁的
响应面法优化及稳定性表征
石天琪，王子宇，张霞，莫芳，张甫生
(西南大学食品科学学院，重庆400715)
收稿日期:2016－12－27
作者简介:石天琪(1996－)，女，本科生，研究方向:果蔬加工，E－mail:472429011@qq.com。
通讯作者:张甫生(1983－)，博士，副教授，研究方向:果蔬非热加工与碳水化合物，E－mail:zfsswu@163.com。
基金项目:国家自然科学项目基金(31301599);中国博士后科学基金(2014M551502)。
摘要:为改善黄桃果汁的品质，采用高压均质处理来提高黄桃果肉果汁的稳定性。在单因素实验的基础上，以果汁
稳定系数和离心沉淀率为响应值，采用响应面法对高压均质条件进行优化。结果显示:均质压力30MPa、均质温度
32℃、均质次数3次时，黄桃果汁稳定系数为0.928，离心沉淀率为10.57%，具有较好的稳定性;且采用粒度仪测定黄
桃果汁高压均质前后粒径变化，果汁平均粒径均质前为3.840μm，均质后为0.722μm，粒径显著减少，也说明果汁稳定
性显著提高;同时显微镜分析表明均质后果汁中细胞碎片明显增多、变小、不粘连，多呈散状。
关键词:黄桃，高压均质，稳定性，响应面
Ｒesponsesurfacemethodoptimizationandstabilitycharacterizationof
high－pressurehomogeneousyellowpeachjuice
SHITian－qi，WANGZi－yu，ZHANGXia，MOFang，ZHANGFu－sheng
(CollegeofFoodScience，SouthwestUniversity，Chongqing400715，China)
Abstract:Inordertoimprovethestabilityofpeachjuice，highpressurehomogenizationwasappliedtoprocessyellowpeach
juice.Basedonsinglefactorexperiment，responsesurfacemethodwasusedtooptimizethehomogenizationconditionsbyusing
juicestabilitycoefficientandcentrifugalprecipitationrateastheresponsevalue.Theresultsshowedthatwhenthe
homogenizationpressurewas30MPa，thetemperaturewas32℃andthenumberofhomogenizationwas3times，thestability
coefficientandcentrifugalsedimentationrateofpeachjuicewas0.928and10.57%，respectively，whichindicatedgood
stability.Moreover，theparticlesizesofpeachjuicebeforeandafterhigh－pressurehomogenizationweredeterminedbyparticle
sizeanalyzer，theaverageparticlesizewas3.840μmbeforehomogenizationand0.722μmafterhomogenization，indicatingthat
thestabilityoffruitjuicewassignificantlyimprovedduetothereducedparticlesize.Inaddition，microscopicanalysisalso
showedthatthecelldebrisinthehomogenizedjuiceincreasedobviously，andbecamesmaller，non－adhesiveandscattered.
Keywords:yellowpeach;high－pressurehomogenization;stability;responsesurfacemethodology
中图分类号:TS255.1文献标识码:A文章编号:1002－0306(2017)13－0019－07
doi:10．13386/j．issn1002－0306．2017．13．004
黄桃，又名黄肉桃(AmygdaluspersicaL.)，隶属于
蔷薇科(Ｒosaceae)桃属(Persica)，因其果肉呈金黄色
而得名。黄桃汁多味美，且含有大量人体所需的纤
维素、胡萝卜素、番茄红素及微量元素等营养成
分
［1－3］
，深受消费者青睐。黄桃采收季节一般集中在
7月下旬至9月上旬，此期间气温高且湿度大，黄桃
不易储藏;除鲜食外，黄桃常加工成罐头、果脯及提
取活性成分等，其中尤以黄桃罐头为主。近几年来，
随着消费意识升级和购买力的提高，果汁消费逐年
增长，几乎以年均14.5%速度快速增长，果汁饮料现
已成为生活中必备品之一
［4］
。黄桃酸甜可口，开发黄
桃果汁饮品具有较高的经济价值，但黄桃果汁在加
工与贮藏过程中同样极易发生浑浊，严重影响产品
品质。如何减少果汁浑浊及提高果汁稳定性，成为
食品企业和科研人员亟待解决的问题。
目前改善果汁稳定性的方法，一般为添加合适
增稠剂、热处理复合酶解及高压均质等手段。如采
用羧甲基纤维素、黄原胶、果胶、卡拉胶等一种或多
种复合增稠剂来增强苹果汁
［5－6］
、沙田柚汁
［7］
等的浑
浊稳定性，以及采用热处理复合酶解来提高香蕉
汁
［8］
、人参果汁
［9］
、苹果汁
［10－11］
的出汁率与稳定性，但
过多增稠剂与酶蛋白会影响果汁口感与风味。高压
均质(highpressurehomogenization)是目前较为常用
提高果汁稳定性的手段，是一种纯物理的非热加工
20
技术;一般在常温下进行，能最大限度地维持果蔬汁
原有的营养，对于低温冷藏果蔬汁尤为适用。如高
压均质可使番茄汁
［12］
、胡萝卜汁
［13－14］
、橘汁
［15－16］
及枣
汁
［17］
等果汁的平均粒径降低，稳定性提高;但也有研
究显示高压均质可使带肉果汁的粘度下降，稳定性
降低，这可能不仅与果肉含量和颗粒状态有关，也与
果汁的破坏和重组有关，同时还受到果汁中糖、酸、
果胶等因素的影响
［18］
。
黄桃果汁体系富含未破碎的植物细胞、果胶、纤
维素、半纤维素等大分子，体系成分复杂极易絮凝、
下沉出现分层现象，严重影响黄桃果汁产品品质及
货架期。采用高压均质处理来改善黄桃果汁稳定性
是一种有效方法，特别是对于非热杀菌冷链黄桃果
汁。但目前尚未见有关高压均质对黄桃果汁处理的
相关报道。为此，本实验采用高压均质处理黄桃果
汁，使果肉颗粒破碎并均匀分散，减小颗粒直径，降
低单颗粒的体积和质量;并以黄桃果汁稳定系数及
离心沉淀率为目标值，对高压均质条件进行响应面
优化，以期获得安全、绿色的果汁饮品，为黄桃果汁
生产与研究提供理论支持和技术参考。
1材料与方法
1.1材料与仪器
黄桃产地为江苏南京中原果园，品种为黄金
蜜，采摘时间为9～10月份，个大饱满，肉质脆嫩，无
腐烂，无病虫害;果胶酶10万U/g，宁夏和氏璧生
物技术有限公司。
T6新世纪型紫外可见分光光度计北京普析通
用仪器有限责任公司;DHＲ－1流变仪美国TA公
司;ZFL8022型胶体磨台州卓凡电器制造有限公
司;GYB60－6S型高压均质机上海东华高压均质机
厂;MJ－BL25B3型榨汁机、C21－WT2116型电磁
炉广东美的生活电器制造有限公司;5810Ｒ型冷冻
离心机美国艾本德公司;NDJ－5S数字旋转粘度计
上海恒平科学仪器有限公司;HH－6型数显恒温水浴
锅金坛市富华仪器有限公司;马尔文纳米粒度电
位仪英国Malvern公司;光学显微镜奥林巴斯
(中国)有限公司。
1.2实验方法
1.2.1工艺流程挑选品质新鲜、无腐烂、色泽良好
的九成熟黄桃，切半，去核，去皮;放入质量分数为
0.8%，温度为90～95℃的氢氧化钠溶液中浸泡30～
60s以腐蚀黄桃表皮;后将黄桃迅速放入喷淋池中
在流动水中搓揉去皮、漂洗、冷却，并除去附着的碱
液;再将漂洗后的黄桃进行修整，剔除伤烂斑点等不
合格果块;最后将切瓣黄桃在沸水中(含0.1%柠檬
酸和0.03%抗坏血酸)灭酶处理2min，取出冷却，用
榨汁机破碎，加入一倍量的水、0.4%果胶酶
［19］
，与果
汁充分混合，再用胶体磨充分细化1次，均质备用。
1.2.2稳定系数的测定稳定系数即离心后的浊度
对离心前的浊度的比值。果汁的浑浊稳定性可用果
汁经离心力作用后其吸光度值来衡量。稳定系数越
大，表明果汁的浑浊稳定性越好。用去离子水调零
做参照，分别将黄桃果汁样品(30mL)置于离心管
中，在5000r/min的转速下，离心15min，取出静置
10min，用移液枪吸取稀释一倍后的上清液，在
420nm波长处测定吸光度值
［20］
，按下列公式计算得
到稳定系数。
稳定系数=离心后上清液吸光度值(Abs)/原果
汁吸光度值(Abs)
1.2.3离心沉淀率的测定将黄桃果汁样品
(30mL)置于离心管中，在5000r/min的转速下，离
心15min，取出静置10min，除去上清液，测量残余物
质量，并按下式计算离心沉淀率(WHC)。悬浮沉淀
物越多，即沉淀率越高，黄桃果汁越不稳定
［21－24］
。
沉淀率=沉淀质量(g)/原果汁质量(g)
1.2.4单因素实验设计在前期实验的基础上，以
黄桃汁的稳定系数和离心沉淀率为考察指标进行评
价和分析，分别选取均质压力、均质温度、均质次数
对实验影响较大的三个单因素，确定其最佳参数作
为响应面分析因素。
1.2.4.1均质压力对黄桃汁稳定性的影响在均质
温度35℃，均质次数为1次的条件下分别考察均质
压力为0、10、20、30、40MPa时对黄桃汁稳定性的影
响，按1.2.2和1.2.3方法测稳定系数和沉淀离心率，
每组实验重复3次。
1.2.4.2均质温度对黄桃汁稳定性的影响在均质
压力20MPa，均质次数为1次的条件下，设置均质温
度为0、25、35、45、55℃测定黄桃汁的稳定性，按1.2.2
和1.2.3方法测稳定系数和沉淀离心率，每组实验重
复3次。
1.2.4.3均质次数对黄桃汁稳定性的影响在均质
压力20MPa，均质温度为35℃的条件下，分别考察
均质次数0、1、2、3、4、5次时对黄桃汁稳定性的影响，
按1.2.2和1.2.3方法测稳定系数和沉淀离心率，每组
实验重复3次。
1.2.5响应面优化实验在单因素实验的基础上，
以黄桃果汁稳定系数和离心沉淀率为响应值，设计
三因素三水平的响应面优化实验，各工艺参数如表1
所示。
表1响应面实验水平表
Table1Factorsandlevelsinresponsesurfacedesign
因素
编码及水平
－101
A高压均质压力(MPa)102030
B高压均质温度(℃)253545
C高压均质次数123
1.2.6粒径分布的测定用纳米粒径分析仪器测定
黄桃果汁粒径分布情况。开机后设定测定条件:折
射率为1.590，温度为25℃，粘度为0.8872cP，介电
常数为78.5，粒径范围为0.3nm～10μm。在室温下
吸取优化后(均质压力30MPa，均质温度32℃，均质
3次)的1mL黄桃果汁稀释500倍后置于样品池中，
采用动态光散射法
［25－26］
测定高压均质前后黄桃果汁
粒径大小。
1.2.7微观结构观察用光学显微镜观察黄桃果汁
微观结构的方法，以获得果汁直观清楚的结构图像，
21
实现对黄桃果汁微观结构简便快捷的观察与分析。
调节校准显微镜物镜，将均质前和优化后的(均质压
力30MPa，均质温度32℃，均质3次)黄桃果汁样品
稀释一倍后，在玻片中涂膜，晾干后，放置在显微镜
载物台上，进行10×显微镜观察，比较均质前后果汁
颗粒大小与形态结构变化。
1.2.8数据统计与分析利用Origin8.6与Design－
Expert处理分析实验数据，实验均做3次平行，取平
均值，结果以平均值±标准差形式表示。
2结果与讨论
2.1高压均质对黄桃果汁稳定系数以及离心沉淀率
的影响
2.1.1均质压力对黄桃汁稳定系数和离心沉淀率的
影响不同均质压力下的稳定系数和离心沉淀率如
图1所示。
图1均质压力对黄桃果汁稳定系数和离心沉淀率的影响
Fig.1Effectsofhomogenizationpressureonthestability
coefficientandcentrifugalprecipitationrateofyellowpeachjuice
由图1可知，果汁稳定系数随着均质压力的增
加先增加后减小，离心沉淀率则随着均质压力的增
加先减小后增大。0～20MPa时，由于均质压力增加，
会使果汁受到剪切和撞击的作用，果肉颗粒变得越
来越小，提高了果汁的悬浮稳定性;但20MPa后果
汁悬浮稳定性却呈现出下降的趋势，可能是因为均
质压力不断增加，果汁中悬浮颗粒半径变小，表面积
增大，布朗运动的速度加快，颗粒碰撞次数增多，从
而使颗粒容易聚合，导致果汁粘度降低，果汁的悬浮
稳定性降低
［27－28］
。这与徐伟
［4］
等人研究均质对毛酸
浆果汁稳定性影响的结果一致。因此，根据上述分
析结果及从稳定系数高、离心沉淀率较低角度考虑，
实验中均质压力选择10～30MPa为宜。
2.1.2均质温度对黄桃汁稳定系数和离心沉淀率的
影响不同均质温度下的稳定系数和离心沉淀率如
图2所示。
由图2可知，果汁稳定系数随着均质温度的升
高先增加后减小，离心沉淀率随着均质温度的升高
先减小后增大。0～35℃的温度下，由于均质温度升
高，使黄桃中的果胶释放出来，果胶物质对果汁中残
存的果肉等细小悬浮物起保护作用，还可以和蛋白
质、酚类物质、细胞壁碎块等形成悬浮胶粒
［29］
，果汁
粘度增加，提高了果汁的悬浮稳定性。但是，均质温
度超过35℃，稳定性下降，这可能是由于悬浮胶粒
引起电荷中和，导致胶体凝集，而导致果汁粘度降
图2均质温度对黄桃果汁稳定系数和离心沉淀率的影响
Fig.2Effectsofhomogenizationtemperatureonthestability
coefficientandcentrifugalprecipitationrateofyellowpeachjuice
低，使果汁浑浊
［10，30］
。这与吴治海
［31］
研究的胡萝卜、
杏混合汁的悬浮稳定性结果相似。综合果汁稳定系
数高，离心沉淀率低的角度考虑，将高压均质温度设
定为25～45℃可满足果汁加工要求。
2.1.3均质次数对黄桃汁稳定系数和离心沉淀率的
影响不同均质次数下的稳定系数和离心沉淀率如
图3所示。
图3均质次数对黄桃果汁稳定系数和离心沉淀率的影响
Fig.3Effectofhomogenizationtimesonthestability
coefficientandcentrifugalprecipitationrateofyellowpeachjuice
由图3可知，果汁稳定系数随着均质次数的增
加先增加后减小，离心沉淀率随着均质次数的增加
先减小后增大。一定均质次数下，由于均质压力作
用，会使果汁受到剪切和撞击的作用，果肉颗粒变得
越来越小，粘度增加从而提高了果汁的悬浮稳定性。
但是，均质次数超过3次时，均质次数的增加使果汁
颗粒间摩擦力和剪切力作用增大，导致整体温度升
高，黄桃颗粒粒径变小，表面积增大，颗粒之间的相
互作用增强，从而使颗粒容易聚集，黄桃汁出现相分
离
［23］
，果汁体系变得不稳定，果汁粘度降低，故果汁
的稳定系数下降，离心沉淀率升高。实验结果与史
垠垠
［32］
对白果饮料稳定性研究的结果一致。根据果
汁颗粒大小和果汁加工工艺要求，选择均质1～3次
为之后的实验内容较为恰当。
2.2响应面实验优化
2.2.1响应面实验结果根据Box－Behnken中心设
计原理，在单因素实验基础上，以高压均质压力(A)、
高压均质次数(B)、高压均质温度(C)三因素作为响
应因素，黄桃果汁的离心沉淀率以及稳定系数作为
响应值进行实验，实验结果如表2。
22
表3黄桃汁稳定性回归模型各项方差分析
Table3Varianceanalysisofstabilityregressionmodelofyellowpeachjuice
方差来源
稳定系数离心沉淀率
平方和F值p值显著性平方和F值p值显著性
模型0.47206.21＜0.0001＊＊126.36148.26＜0.0001＊＊
A0.099388.41＜0.0001＊＊18.51195.42＜0.0001＊＊
B0.01454.910.0001＊＊8.0284.71＜0.0001＊＊
C1.568E－0036.140.042447.61502.79＜0.0001＊＊
AB4.290E－00316.790.0046＊＊16.89178.41＜0.0001＊＊
AC0.028109.16＜0.0001＊＊9.2898.04＜0.0001＊＊
BC0.01453.580.0002＊＊13.42141.74＜0.0001＊＊
A
2
0.028107.93＜0.0001＊＊5.4757.800.0001＊＊
B
2
0.096375.39＜0.0001＊＊0.101.100.3287
C
2
0.16631.00＜0.0001＊＊6.1564.91＜0.0001＊＊
残差1.788E－0030.66
缺失项1.231E－0032.950.16180.535.160.0734
纯误差5.572E－0040.14
综合0.48127.02
注:显著，p＜0.05;＊＊极显著，p＜0.01。
表2响应面实验的稳定系数及离心沉淀率的方案及结果
Table2Theschemeandresultsofstabilitycoefficient
andcentrifugalprecipitationrateresponsesurfacetest
实验号ABC稳定系数
离心沉淀率
(%)
11100.58911.834
20－110.53512.7408
30000.77817.4417
40000.75317.7237
50000.76717.6922
61010.7029.7715
71－100.73217.7894
8－1－100.42516.4817
90000.78217.3505
10－1100.41318.747
110－1－10.40521.7095
120110.32814.2442
13－10－10.45517.506
1401－10.43215.8855
15－1010.33116.0996
1610－10.49217.2719
170000.77817.3452
2.2.2回归模型建立及方差分析利用Design－
Expert软件对表2数据进行逐步回归拟合，所得回归
方程如下:
稳定系数的回归方程:Y=0.77+0.11A－0.042B
+0.014C－0.033AB+0.084AC－0.058BC－0.081A
2
－
0.1B
2
－0.20C
2
由表3可知，稳定系数回归方程模型的p＜
0.0001(极显著)，缺失项不显著，Ｒ
2
=0.9962表明回
归方程充分拟合实验数据。A、B、C、AB、AC、BC、A
2
、
B
2
、C
2
的p值均小于0.05，说明均质压力、均质温度、
均质次数以及其交互项和二次项均对稳定系数有显
著影响;各因素的效应关系为均质压力＞均质温度
＞均质次数。
离心沉淀率的回归方程:Y(%)=17.51－1.5A－
1.00B－2.44C－2.06AB－1.52A×C+1.83B×C－1.14A
2
－0.16B
2
－1.21C
2
由表3可知，离心沉淀率模型的p＜0.0001(极显
著)，缺失项不显著，Ｒ
2
=0.9948表明回归方程充分
拟合实验数据。A、B、C、AB、AC、BC、A
2
、B
2
、C
2
，均小
于0.05，说明均质压力、均质温度、均质次数以及其
交互项和二次项对离心沉淀率都有显著影响，B
2
对
结果影响不显著;各因素的效应关系为均质次数＞
均质温度＞均质压力。
2.2.3响应面分析由表3、表4和回归方程可知，均
质压力、均质温度、均质次数均为影响黄桃果汁稳定
性的主要因素;各因素间交互项影响如图4、图5所
示，图4中，均质压力与均质次数、均质温度与均质
压力、均质温度与均质次数的等高线都很密集，两两
交互作用显著;图5中，三个响应面图坡面均陡，且
有极值，表明所有组交互作用均显著，与方差分析表
结果一致。
2.2.4高压均质黄桃汁工艺的优化与验证根据优
化回归方程计算分析，最优条件为高压均质压力30
MPa，均质温度32.31℃，均质次数2.93次，该条件所
制备的黄桃汁稳定系数为0.932，离心沉淀率为
10.48%。将最佳条件调整为均质压力30MPa，均质
温度32℃，均质次数3次，此条件下进行验证实验，
得到的黄桃果汁稳定系数为0.928，离心沉淀率为
10.57%，与理论值0.932和10.48%相近，可见回归模
型能很好地预测黄桃果汁的稳定性，优化结果可靠。
2.3黄桃果汁粒径分布的表征
微粒的粒径与果汁的稳定性并非呈简单的正比
关系，而是在某一粒径时稳定性最好，也就是说，在
工艺上采用某一特定均质条件时，对饮料的稳定性
效果最好，这可能是因为均质压力低，蛋白质粒子过
23
图4各因素交互作用对黄桃汁稳定系数的影响
Fig.4Effectoftheinteractionofvariousfactors
onthestabilitycoefficientofpeachjuice
大，在溶液中易沉淀而不稳定;当均质压力过高时，
蛋白质粒子过小，吸附作用增强而凝聚，也不稳定。
其次，介质粒子越大，沉降速度也就越大;粒子越小，
沉降速度也就越小。介质粒度过大而导致沉降速度
变快也是破坏果汁稳定性的重要因素。均质前后黄
桃果汁的粒径分布情况如图6所示。由图6可知，均
质前后黄桃果汁粒径分布平均粒径分别为3.840μm
和0.722μm，均质后颗粒平均粒径小于1μm;结果
与Augusto
［33］
等报道的高压均质能够将番茄汁中完
整细胞和细胞碎片破坏成更小的悬浮颗粒一致。
2.4颗粒形态观察结果
高压均质对黄桃果汁显微结构的影响情况，如
图7所示。从图7中可知，均质前黄桃颗粒为片状
物、纤维、蛋白等大分子物质，均质后颗粒碎片明显
变小变碎。这是因为均质有一个破碎的效应，对果
肉颗粒破碎的效应，从而使颗粒变小。由于强大的
压力，可以促使一些小颗粒团聚，团聚以后，小颗粒
之间的范德华力保证了这些颗粒在降压后不被分
开。均质处理的果肉饮料中，在果肉颗粒微粒化的
过程中可以及时地使其与周围分散介质中的某些物
质接触结合，或者使其中添加的稳定剂充分均匀的
图5各因素交互作用对黄桃果汁离心沉淀率的影响
Fig.5Effectofinteractionfactors
onthecentrifugalgranulationofyellowpeachjuice
分散到整个物系中，从而形成更为稳定的饮料体系。
这与前面粒径分析的结果一致，均说明高压均质后
的黄桃果汁具有更好的稳定性。
3结论
均质是一种纯物理的加工手段，能较好地破碎
果肉果汁的颗粒，使细胞细化变小，提高果汁的稳定
性，还能最大程度地保留果汁营养，对于非热加工冷
藏黄桃果汁，尤为适用。实验通过对均质压力、温
度、次数进行优化，得出当均质压力30MPa，均质温
度32℃，均质3次时，制得的黄桃果汁稳定系数为
0.928，离心沉淀率为10.57%，与理论值相近，优化结
果可靠。此外，从显微结构图与粒度分析可以看出，果
汁果粒变小了，果汁平均粒径从均质前3.840μm降至
均质后0.722μm，均质后细胞碎片明显增多、变小，也
证明黄桃果汁稳定性得到提高。总之，采用响应面
优化均质工艺，便于黄桃果汁加工过程中参数控制;
同时均质作为一项果蔬汁加工技术，在提高果汁特
别是热敏性果汁稳定性方面具有广泛的应用前景，
且能减少化学稳定剂的使用，最大限度保证果汁(特
别是热敏性果汁)天然风味和营养价值。
24
图6均质前后黄桃汁的粒径分布
Fig.6Particlesizedistributionof
Peachjuicebeforeandafterhomogenization
注:A:均质前，B:均质后，图7同。
图7黄桃果汁颗粒显微镜结构图(10×)
Fig.7Structureofopticalmicroscope(10×)
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29
子机制，同时，玄参中其它未分离的成分是否有较好
的降糖作用也需进一步的探讨。
3结论
本实验对玄参70%乙醇提取物的化学成分进行
了系统研究，从中分离得到9个化合物，分别鉴定为
类叶升麻苷、升麻素苷、桃叶珊瑚苷、哈巴苷、蔗糖、
肉桂酸、哈巴俄苷、安格洛苷C、二十七烷。同时，采
用人肝癌细胞HepG2建立了高糖细胞模型，分离的
化合物对降糖的活性均具有不同程度的促进作用，
且在0.1～2.5μg/mL浓度范围内，哈巴俄苷在HepG2
细胞中降糖活性最好。其中，二十七烷为首次从该
属植物中分离得到，哈巴俄苷是一个潜在的降糖化
合物，值得进一步研究和开发。
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