果膠酶澄清紅樹莓果酒的研究

陳亮，劉冉，辛秀蘭，李曄，李健，李燕

（北京電子科技職業學院生物工程學院，北京100029）

紅樹莓（Rubus idaeus）為薔薇科懸鉤子屬多年生落葉果樹，小灌木，俗稱“覆盆子”、“托盤”、“馬林”、“梅子”等[1]。紅樹莓營養豐富齊全，經測定，每100 克果實含總糖4.3 g，總酸（檸檬酸計）1.79 g，氨基酸18 種，氨基酸總量9.37g，含VC25 mg，鈣40 mg，磷44 mg，鉀170 mg，還含有鐵、鋅、錳等微量元素[2]。含有多種人體不可缺少且易吸收的營養元素，如VB2、鈣、鋅、鐵、鎂等，尤其是VC含量是蘋果的5 倍[3-4]。此外，紅樹莓中含量豐富的花色苷，是其主要的呈色物質。現代研究證明，紅樹莓花色苷具有抗氧化、抗突變、降低血清及肝臟中脂肪含量等功能[5-6]。

果酒是以果品為原料經發酵釀制而成的低度飲料酒，酒精度一般約為12%（體積分數），主要成分除乙醇外，還有糖、有機酸、酯類及維生素等。果酒具有低酒精度、高營養、益腦健身等特點，可促進血液循環和機體的新陳代謝，控制體內膽固醇水平，改善心腦血管功能，同時具有利尿、激發肝功能和抗衰老的功效。果酒含有大量的多酚，能起到抑制脂肪在人體中堆積的作用。隨著人們生活水平的提高以及對生活質量的更高要求，果酒的諸多優點和獨特功效受到越來越多的重視。但在紅樹莓發酵酒的加工、貯存及銷售過程中，容易出現沉淀、渾濁等現象，嚴重影響了紅樹莓發酵酒的品質和感官，成為企業面臨的一大問題。果膠酶是一類已經產業化的、新興的、可用于果蔬汁和紡織品處理的酶類產品[7-8]，本實驗采用果膠酶對紅樹莓果酒的澄清進行了研究。

1 材料與方法

1.1 材料

紅樹莓（Redraspberry）果實：采自匯源果樹種植園。

1.2 試劑

果酒酵母（斜面菌種）：購于中國食品發酵工業研究所；果膠酶（液體，標稱活力：30 000 PECTU/mL）：購于和氏璧生物技術有限公司。

1.3 儀器

培養箱：上海躍進醫療器械廠；FUL-30L 全自動發酵罐：上海國強生化工程裝備有限公司；DK-98-I 電子恒溫水浴鍋：余姚市東方電子儀器廠；SG280C1 型螺旋榨汁機：浙江蘇泊爾股份有限公司；Cary50 紫外可見分光光度計：美國瓦里安公司；PHS-3D 型pH 計：上海精密科學儀器有限公司。

1.4 方法

1.4.1 工藝流程

原料→預處理→破碎→果膠酶酶解→過濾混合果汁→調配→接種→發酵→陳釀→澄清→二次調配→罐裝→殺菌→產品

1.4.2 測定項目方法

紅樹莓果酒澄清度測定波長的確定。采用分光光度法，以透光率作為評定紅樹莓果酒澄清度的指標。蒸餾水為參比，光程1 cm，波長400 nm～900 nm 掃描，確定澄清度的測定波長為800 nm。此波長下透光率越高，表明澄清效果越好[9]，如圖1 所示。

圖1 紅樹莓果酒透光率掃描光譜圖Fig.1 The transmittance scan spectrum of red raspberry wine

1.4.3 單因素試驗

1.4.3.1 果膠酶添加量的選擇

取果膠酶，固定酶解溫度35 ℃，酶解時間120 min，pH 為3.5，按照下述比例（果膠酶∶紅樹莓果酒）：0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 mL/L 分別添加。重復3 次，并以800 nm處透光率為指標比較酶解澄清效果。

1.4.3.2 酶解溫度的選擇

取最佳果膠酶加入量，酶解時間120 min，pH 為3.5，分別在20、25、30、35、40℃進行澄清試驗。重復3次，并以800 nm 處透光率為指標比較酶解澄清效果。

1.4.3.3 酶解時間的選擇

取最佳果膠酶加入量，在最適酶解溫度和pH 為3.5 條件下，分別在30、60、90、120、150 min 內進行澄清試驗。重復3 次，并以800 nm 處透光率為指標比較酶解澄清效果。

1.4.3.4 酶解pH 的選擇

取最佳果膠酶加入量，在最適酶解溫度、酶解時間條件子啊，調整果酒pH 為3.0、3.5、4.0、4.5、5.0，分別進行澄清試驗。重復3 次，并以800 nm 處透光率為指標比較酶解澄清效果。

1.4.4 正交試驗因素水平的選擇

通過單因素試驗和數據分析，制定以果膠酶的不同添加量（A）、酶解溫度（B）、酶解時間（C）、酶解pH（D）4 因素3 水平進行正交優化設計，并以800 nm 處透光率為指標比較澄清效果，見表1。

表1 正交試驗因素水平表Table 1 The orthogonal design of clarification experiments with pectinase

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 果膠酶添加量對紅樹莓果酒澄清效果的影響

果膠酶添加量對紅樹莓果酒澄清效果的影響，見圖2。

圖2 果膠酶添加量對紅莓果酒澄清效果的影響Fig.2 The effect of pectinase dosage on red raspberry wine clarification

由圖2 可知，隨著果膠酶的添加量從0 mL/L 增加到0.2 mL/L 時，果酒透光率從72.08%提高到83.91%，不添加果膠酶時，由于果膠等多糖類物質沒有被酵母菌徹底降解，會產生較多的渾濁物，影響酒的色澤。隨著果膠酶添加量的逐步提高，果膠等多糖物質被大量降解，酒色較理想。繼續提高果膠酶加入量，當果膠酶添加量過多時，透光率反而下降，這是因為酶蛋白過多使果酒產生一定程度的渾濁從而引起果酒的透光率下降，而且使澄清成本增加，所以選用0.3 mL/L～0.5 mL/L 范圍用于正交試驗。

2.1.2 不同酶解溫度對紅樹莓酒澄清效果的影響

不同酶解溫度對紅樹莓酒澄清效果的影響，見圖3。

圖3 不同酶解溫度對紅莓果酒澄清效果的影響Fig.3 The effect of pectinase enzymolysis temperature on red raspberry wine clarification

由圖3 可知，20 ℃～25 ℃時溫度過低，酶解效果差，透光率只有79.01%～83.26%，此時酒體依然渾濁。當酶解溫度為30 ℃～35 ℃時，酶解效果逐漸提高到85.13%，紅樹莓果酒色澤呈現亮粉紅色，澄清效果較好。酶解溫度為40 ℃，超過果膠酶處理最適溫度，酶活迅速下降，澄清效果差，而且酶解溫度過高也會不利于保留紅樹莓果酒的營養成分和香氣。因此選用30 ℃～40 ℃用于正交試驗。

由于酶是蛋白質，只有在酶的有效溫度范圍內酶才會進行催化作用。在酶的最適溫度條件下，酶催化反應的速率達到最大。當溫度過高時，一般60 ℃以上，酶的活性會受到抑制，甚至引起變性而喪失其活性。

2.1.3 不同酶解時間對紅樹莓果酒澄清效果的影響

不同酶解時間對紅樹莓果酒澄清效果的影響，見圖4。

圖4 不同酶解時間對紅樹莓果酒澄清效果的影響Fig.4 The effect of pectinase enzymolysis time on red raspberry wine clarification

由圖4 可知，隨著酶解時間的延長，酶解效果顯著提高，而酶解時間的延長，利于微生物雜菌的生長。因此，選擇處理時間為90 min～150 min 用于正交試驗。

2.1.4 不同酶解處理pH 對紅樹莓澄清效果的影響

不同酶解處理pH 對紅樹莓澄清效果的影響，見圖5。

圖5 不同酶解pH 對紅莓果酒澄清度效果的影響Fig.5 The effect of pectinase enzymolysis pH on red raspberry wine clarification

由圖5 可知，隨著酶解pH 從3.0 提高到3.5，酶解效果顯著提高，從而影響到果酒的透光率，當pH 太低時，抑制了果膠酶的活性，致使果酒澄清度下降。但是當酶解pH 超過3.5 時，超過了酶的最適pH，果膠酶酶活迅速下降，處理效果差，澄清效果差。因此選擇透光率較好的pH 為3.0～4.0 時用于正交試驗。

2.2 果膠酶對果酒澄清的多因素正交試驗

根據果膠酶對紅樹莓單因素試驗結果按表1 的因素水平進行L9（34）正交試驗，以紅樹莓果酒透光率作為考察指標設計正交試驗。正交試驗結果見表2。

由表2 可知，進行極差分析可知，因素B 的極差最大，其次是A 和C，最后是D，可見決定試驗結果因素的主次順序是酶解溫度＞果膠酶添加量＞酶解時間＞酶解pH，其最優工藝條件為A2B2C3D1，即果膠酶添加量0.4 mL/L，酶解溫度35 ℃，酶解時間150 min，酶解pH 3。各因素的關系可用趨勢圖直觀地表示，如圖6。

由圖6 可以看出，紅樹莓果酒透光率的變化趨勢是酶解溫度對澄清度的影響最大，在30 ℃～40 ℃范圍內溫度對果酒澄清度的影響較大，溫度高，反應速度加快，但溫度太高，反而會抑制了果膠酶的活性，透光率下降，因此在35 ℃較好；其次是果膠酶的添加量對澄清度的影響。果膠酶添加量為0.4 mL/L 時透光率最大；當果膠酶添加過多時，果膠酶使果酒渾濁，透光率下降。時間對紅樹莓果酒的澄清度影響較小，時間過長會增加果酒中雜菌的生長和繁殖。酶解pH 對澄清度的影響最小，pH 為3 時，果酒的澄清度最高。

表2 果膠酶澄清紅樹莓果酒正交試驗方案及結果Table 2 The results of pectinase clarification orthogonal design experiments

圖6 各因素趨勢圖Fig.6 Trends of various factors

3 結論

本文研究結果表明：選用果膠酶處理紅樹莓果酒其澄清度較理想，澄清果酒中不含果膠物質；澄清后獲得的紅樹莓果酒呈亮紅色，具有紅樹莓自然色澤、口味純正、透明清澈、營養豐富。酶解溫度對果汁的澄清效果影響較大，其次是果膠酶添加量，影響最小的是澄清時間和酶解pH。通過正交試驗確定果膠酶酶法澄清紅樹莓果酒的最佳工藝參數是：果膠酶的添加量為0.4 mL/L、pH3、溫度35 ℃、時間150 min，可得到澄清透明、不含果膠的澄清紅樹莓果酒，為規模化生產澄清型紅樹莓果酒提供了工藝參數。

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