全 文 ：241※工艺技术 食品科学 2008, Vol. 29, No. 03
收稿日期：2007-02-21
基金项目：江苏省农业科技攻关项目(BE2004345)
作者简介：王卫东(1971-)，男，博士研究生，研究方向为果蔬加工。E-mail：wwd.123@163.com
羧甲基壳聚糖的制备及其在黑莓果汁
澄清中的应用
王卫东，许时婴
(江南大学食品学院，江苏 无锡 214122)
摘 要：用氯乙酸对壳聚糖进行羧甲基改性，制备不同取代度的羧甲基壳聚糖。将其添加于黑莓果汁，发现黑
莓果汁得到澄清。当取代度在0.46～0.86时，黑莓果汁的澄清度随取代度增加而增大；当取代度大于0.86时，澄
清度反而降低。比较澄清前后果汁的主要成分，结果表明羧甲基壳聚糖可以减少果汁中蛋白质、多酚和总糖含量。
关键词：羧甲基壳聚糖；取代度；黑莓；澄清
Preparation of Carboxymethyl Chitosan and It Application in Clarification of Blackberry Juice
WANG Wei-dong，XU Shi-ying
(School of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)
Abstract ：Carboxymethyl chitosan (N,O-CMC) was prepared by reacting chitosan with chloroacetic acid and various degrees
of substitution (DS) were obtained. These N, O-CMC were added into blackberry juice and the results indicated that it could
clarify the blackberry juice. The clarification of juice increased with DS values and reached maximum at a DS value of 0.86, and
then decreased. The components of clarified juice indicated that CM-chitosan could reduce the contents of proteins, polyphe-
nols and total sugars in blackberry juice.
Key words：carboxymethyl chitosan；degrees of substitution；blackberry；clarification
中图分类号：XT03 文献标识码：A 文章编号：1002-6630(2008)03-0241-04
澄清是加工澄清型果汁的重要步骤，常用的澄清方
法有酶法澄清、超滤澄清或者用明胶、膨润土和PVPP
等澄清剂处理。壳聚糖是天然有机高分子多糖甲壳质脱
去N-乙酰基的产物，由于其分子上的氨基在溶液中易
质子化而带正电荷，可以发挥粒间架桥和电中和作用，
使溶液中的微小胶体和悬浮颗粒产生絮凝沉降，因此可
用于食品加工中废水的处理[1-3]和果汁澄清[4-6]。但是壳聚
糖不溶于水，很大程度上限制了其应用。羧甲基壳聚
糖是壳聚糖经羧甲基化改性的产物，通过羧甲基改性，
可以破坏壳聚糖分子间的氢键，增加其水溶性。同时，
由于羧甲基壳聚糖是两性高分子聚电解质，既可以结合
带负电荷的物质，又可以结合带正电荷的物质，扩大
了壳聚糖去除溶液中分子的种类。据文献报道，羧甲
基壳聚糖可作为水处理絮凝剂[7-8]、果蔬保鲜剂[9]、植物
生长促进剂[10]以及药物辅料[11-12]等。由于目前关于羧甲
基壳聚糖在果汁澄清中的文献报道很少，本实验对壳聚
糖羧甲基改性的工艺路线进行研究，制备了不同取代度
的羧甲基壳聚糖，并将其添加于黑莓果汁中，探讨不
同取代度的羧甲基壳聚糖对黑莓果汁澄清度的影响，进
而研究壳聚糖和羧甲基壳聚糖澄清对果汁成分的影响。
1 材料与方法
1.1材料
壳聚糖(粘均分子量2.9×105，脱乙酰度90.75%) 浙
江金壳生物化学有限公司；单冻黑莓(IQF)(－18℃冷冻保
藏) 南京白马镇新得力食品有限公司；果胶酶Klerzyme
150 DSM公司；其余化学试剂均为分析纯。
1.2羧甲基壳聚糖的制备
称取5g壳聚糖，置于500ml三口瓶中，加入60ml
异丙醇。在搅拌中分5次加入40% NaOH若干毫升，
20min加完，30℃恒温搅拌1h。称取一定量氯乙酸，边
搅拌边将其分5次加入三口瓶中，20min加完。升温至
60℃，反应一定时间。最后加入一定量蒸馏水，用冰
乙酸调节pH为7，抽滤并用70%乙醇洗涤，60℃真空
2008, Vol. 29, No. 03 食品科学 ※工艺技术242
干燥12h。
1.3壳聚糖和羧甲基壳聚糖的红外光谱测定
采用KBr压片法。称取一定量真空干燥后的产品溶
于水中(壳聚糖溶于1%的乙酸溶液中)，8000r/min离心
15min，上清液用10kD透析膜透析48h，冷冻干燥后用
Nicolet-5DXB型FTIR红外光谱仪(美国)对样品(KBr混合
压片)进行红外光谱测定。
1.4制备黑莓果汁
将单冻黑莓于5℃解冻12h，用组织捣碎机破碎5s。
破碎的黑莓浆立即用水浴加热到60℃，然后用冰水浴冷
却到45℃。将0.065%(V/W)果胶酶用去离子水稀释10倍
后加入黑莓浆中，恒温搅拌120min。酶解后用螺旋榨
汁机榨汁，汁液加热至90℃灭酶，然后3000r/min离心
20min，上清液即为黑莓原汁。
1.5黑莓果汁的澄清
取100ml黑莓原汁放入烧杯中，加入一定量的1%
羧甲基壳聚糖水溶液，搅拌5 m i n，静置一段时间，
3000r/min离心15min，上清液即为黑莓澄清果汁。
用1%壳聚糖乙酸溶液作相同的实验。
1.6指标的测定方法
1.6.1取代度(DS)
采用电位滴定法测定[9]。
准确称量0.5g N,O-CMC溶于50ml、0.1mol/L标准
盐酸(含0.1mol/L的氯化钠)，边充氮气边搅拌的情况下，
用0.1mol/L标准NaOH(含0.1mol/L的 NaC1)进行电位滴
定。以NaOH滴定体积为横坐标，pH值为纵坐标作N，
O-CMC的电位滴定曲线。
计算公式如下 ：
0.203A (V2－V1)CNaOH
DS=——————；A=————————
1－0.058A W
式中：V1为pH2.1时滴定样品所消耗的氢氧化钠标
准溶液的体积；V2为pH4.3时滴定样品所消耗的氢氧化
钠标准溶液的体积；W为N，O-CMC的质量(g)。
1.6.2羧甲基壳聚糖溶解度
称取一定量的羧甲基壳聚糖逐渐加入到100ml蒸馏
水中，搅拌使之溶解，至不溶为止，再称量剩余羧甲
基壳聚糖质量，二者之差即为溶解度。
1.6.3澄清度
透光率：取离心后的果汁上清液，以去离子水作对
照，在722型分光光度计中用1cm比色杯于660nm测定。
浊度：用STZ-A24浊度仪测定。
1.6.4可溶性固形物
采用阿贝折光仪测定。
1.6.5总糖
采用苯酚-硫酸比色法测定[13]。
1.6.6蛋白质
采用凯氏定氮法测定[14]。
1.6.7总酚
Folin-Ciocaltteau[15]方法，以没食子酸的含量表示。
2 结果与分析
2.1不同反应条件下制备的羧甲基壳聚糖的溶解度
改变NaOH的用量和反应时间，制备不同取代度的
羧甲基壳聚糖(表1)。由表1可见，改性后的羧甲基壳
聚糖溶于水，并且随着取代度的增大，溶解度增加。
表1 不同取代度羧甲基壳聚糖的制备条件和溶解度
Table 1 Carboxymethyl chitosan prepared from different
reaction conditions and its solibility
取代度 40% NaOH氯乙酸 反应温度 反应时间 溶解度
(DS) (ml) (g) (℃) (h) (g/100ml)
0.46 9 5 60 2 1.03
0.6 12 5 60 4 1.16
0.74 18 5 60 2 1.22
0.86 18 5 60 4 1.41
1.03 18 5 60 3 1.55
2.2壳聚糖和羧甲基壳聚糖的红外光谱分析
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
-10
-20
-30
4000350030002500200015001000500
3
4
4
4
.
6
透
光
率
(
%
)
波数(cm－1)
3
4
4
2
.
2
2
9
2
6
.
1
6
2
8
7
9
.
6
6
1
6
2
9
.
8
3
1
6
0
0
.
1
2
1
4
2
3
.
2
3
1
3
8
3
.
6
0
1
1
5
5
.
2
5
1
0
9
1
.
2
9 5
9
3
.
7
3
6
0
1
.
2
5
1
0
8
0
.
0
2
1
3
2
7
.
2
2
1
4
0
9
.
7
3
1
3
8
4
.
4
3
壳聚糖
羧甲基
壳聚糖
图1 壳聚糖、羧甲基壳聚糖红外光谱图
Fig.1 FT-IR spectra of chitosan and N,O-CMC
图1为壳聚糖和羧甲基壳聚糖的红外光谱图。由图
可见，在1630cm－1和1409cm－1出现了明显的吸收峰，
它们分别是-COO-的反对称伸缩振动和对称伸缩振动吸
收峰，说明壳聚糖分子中引入了羧基，所得产物为羧
甲基壳聚糖。
2.3不同取代度的羧甲基壳聚糖对黑莓果汁浊度和透光
率的影响
由图2可见，当取代度为0.46时，黑莓果汁的浊
度随N,O-CMC添加量的增加而上升，即果汁变得更加
混浊。用电位滴定法测定N,O-CMC取代度的过程中，
243※工艺技术 食品科学 2008, Vol. 29, No. 03
发现当pH2.8～6.0时，N,O-CMC溶液由透明状变为白色
的混浊悬浮液。因此在果汁的自然pH3.0条件下，N,O-
CMC悬浮在果汁中，起到增稠稳定的作用，阻碍了果
汁的澄清。当DS为0.6时，果汁的浊度随N,O-CMC添
加量的增加先上升，至添加量达到0.04%时开始下降。
当取代度为0.86时，随添加量的增加果汁浊度略有上
升，而后下降，当添加量达到0.02%时，果汁得到澄
清，而后随添加量增加，果汁的浊度稳定的保持在0浊
度，表明0.86取代度的N,O-CMC具有良好的澄清效果。
当取代度为1.03时，添加量需要达到0.03%时果汁才能
接近零浊度，这说明用于澄清黑莓汁的羧甲基壳聚糖的
取代度有一最佳范围。
并基本保持不变；取代度为0.6、0.74，添加量分别为
0.02%和0.01%时，果汁透光率最低。因此无论是从浊
度还是透光率来看，当添加到黑莓果汁中的羧甲基壳聚
糖的取代度为0.86时，果汁的澄清度最高，添加量最
少，并且可以在较广泛的添加量范围内使果汁保持最高
的澄清度。
2.4壳聚糖和羧甲基壳聚糖澄清黑莓果汁效果的比较
羧甲基壳聚糖和壳聚糖对黑莓果汁浊度和透光率的
影响见图4、5。由图可见，在添加量较低时，两者
都会使果汁的浊度上升，透光率下降。超过某一添加量
时，二者均可起到澄清作用，其中羧甲基壳聚糖降低果
汁浊度的效果更好，因为在相同添加量下，羧甲基壳聚
糖澄清的果汁浊度较低，透光率最高，只要0.02%就可
以使黑莓果汁达到零浊度。而壳聚糖的添加量在达到
0.05%时，果汁的浊度始终保持在1～2NTU之间，不
能使果汁得到完全澄清。这是因为二者对黑莓果汁的澄
清是粒间架桥和静电相互作用的共同结果，若黑莓果汁
中加入的壳聚糖较少，由于粒间架桥不充分，以及带
有正电荷的壳聚糖分子间的静电排斥作用，使 壳聚糖稳
定的悬浮在果汁中，造成果汁的浊度增加。而当壳聚
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0 0.005.010.020.030.040.05
浊
度
(
N
T
U
)
添加量(g/100g)
图2 不同DS的N,O-CMC对黑莓果汁浊度的影响
Fig.2 Effects of DS of CM-chitosan on turbidity of blackberry
juice
DS0.46
DS0.6
DS0.74
DS0.86
DS1.03
63
61
59
57
55
53
51
59
47
45
0 0.005.010.020.030.040.05
透
光
率
(
T6
6
0，
%
)
添加量(g/100g)
图3 不同DS的N,O-CMC对黑莓果汁透光率的影响
Fig.3 Effects of DS of CM-chitosan on transmittance of black-
berry juice
DS0.46
DS0.6
DS0.74
DS0.86
DS1.03
果汁透光率与N,O-CMC添加量的关系与上述结果相
反。从图3中可以看出，当N,O-CMC取代度为0.46时，
在添加量0～0.05%范围内，果汁透光率随添加量的增
加而下降，表明果汁变得混浊。当N,O-CMC取代度为
0.6、0.74、0.86和1.03时，果汁透光率都随其添加量
的增加，先下降后上升。其中，取代度为0.86时，果
汁透光率在羧甲基壳聚糖的添加量为0.005%时最小，而
后上升；在添加量大于0.02%以后，透光率达到最高值
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0 0.005.010.020.030.040.05
浊
度
(
N
T
U
)
添加量(%)
图4 N,O-CMC添加量对黑莓果汁浊度的影响
Fig.4 Effects of dosage of N,O-CMC on tuebidiy of blackberry
juice
羧甲基壳聚糖
壳聚糖
63
62
61
60
59
58
57
56
55
54
53
0 0.005.010.020.030.040.05
透
光
率
(
T60
0,

%
)
添加量(%)
图5 N,O-CMC添加量对黑莓果汁透光率的影响
Fig.5 Effects of dosage of N,O-CMC on transmittance of
blackberry juice
羧甲基壳聚糖
壳聚糖
2008, Vol. 29, No. 03 食品科学 ※工艺技术244
糖的添加量大于0.01%后，就可以在果汁中的悬浮颗粒
间充分架桥，从而形成絮凝体沉降下来。由于羧甲基
壳聚糖分子中既含有氨基又含有羧甲基，电荷密度大，
对果汁中引起混浊的物质吸附作用更强，因此较少的量
就可以起到絮凝的作用，因此澄清效果更好。
2.5用羧甲基壳聚糖、壳聚糖进行澄清对果汁中主要
理化性质影响的比较
在黑莓果汁中分别添加0.01%羧甲基壳聚糖、0.02%
壳聚糖，搅拌均匀后静置30min，离心，测定所得黑
莓澄清汁中主要的理化指标见表2。
由表2可知，经羧甲基壳聚糖澄清的黑莓果汁中的蛋
白质、多酚含量分别比原果汁中减少了20.5%、11.64%，
而经壳聚糖处理的果汁中相应成分只比原果汁分别减少
了8.2%，9.32%。这是因为在果汁中羧甲基壳聚糖分子
上的羧甲基经去质子化，带有负电荷，而果汁中的蛋
白质带有正电荷，可以通过静电吸附，在絮凝的过程
中被除去。由于蛋白质和多酚在果汁贮存期间会发生相
互作用，造成果汁的后混浊或者二次沉淀，因此减少
蛋白质和多酚，可以防止果汁储存期间生成后混浊或者
二次沉淀。
3 结 论
壳聚糖经过改性制备的羧甲基壳聚糖，可以用于黑
莓果汁的澄清。羧甲基壳聚糖的取代度、添加量对果
汁的澄清有影响。当取代度为0.86时，添加0.02%羧
甲基壳聚糖，静置30min后，果汁可以达到零浊度。澄
清黑莓果汁时，添加羧甲基壳聚糖比壳聚糖更能减少果
汁中的蛋白质、多酚和总糖，有助于减少果汁储存过
程中的后混浊和二次沉淀的产生。
表2 澄清前后黑莓果汁的主要化学成分
Table 2 Effects of chitosan and N,O-CMC on chemical characteristics of blackberry juice
多酚(mg/L) 蛋白质(g/L) 总糖(g/L)
原果汁 2389.06±25.71 3.66±0.04 40.58±0.7
羧甲基壳聚糖澄清 2111.07±72.48(11.64%) 2.91±0.04(20.5%) 34.23±0.6(15.65%)
壳聚糖澄清 2166.41±108.31(9.32%) 3.36±0.13(8.2%) 38.31±0.45(5.59%)
注：括号中的数值为黑莓果汁澄清后主要成分减少的百分比。
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