果膠酶處理對番茄出汁率的影響研究

吳慶智+毛曉英+馬慧麗+馬殷剛

摘 要：該文以番茄為原料，出汁率為指標，采用添加果膠酶的方式進行研究，通過單因素試驗和響應(yīng)面分析法確立番茄汁的最佳酶解工藝參數(shù)，結(jié)果表明：因素影響順序依次為酶添加量>酶解時間>酶解溫度。果膠酶處理優(yōu)化工藝參數(shù)為酶解溫度55℃、酶解時間70min、酶添加量0.04%，此時番茄的出汁率為51.1%。

關(guān)鍵詞：番茄；出汁率；果膠酶；響應(yīng)面分析

中圖分類號 TS255 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）02-03-0073-04

Abstract：Tomatoes were as raw material and the juice rate was as the index.The best digestion process parameters of tomato juice were established through the single factor tests and response surface analysis method.The results showed that the factors affect the sequence was：the adding quantity>digestion time>enzyme solution temperature.Optimized the process parameters by pectinase treatment were：the enzyme solution temperature of 55℃，70 min digestion time，adding amount of 0.04%，tomato juice yield of 51.1%.

Key words：Tomato；Juice yield；Pectinase；Response surface analysis

番茄（Solanum lycopersicum L.），又名西紅柿，屬于茄科番茄屬，原產(chǎn)南美洲的秘魯、厄瓜多爾等地，現(xiàn)已成為全球種植最廣泛、消費最多（鮮食或者加工）的蔬菜作物之一[1，2]。番茄含有豐富的營養(yǎng)有效成分，如鉀、葉酸、維生素A、維生素C、維生素E，并且含有有益健康的植物化學(xué)物質(zhì)，包括類胡蘿卜素、多酚（α-胡蘿卜素，β-胡蘿卜素，γ-胡蘿卜素，黃體素，番茄紅素）及類黃酮[3，4]。

番茄汁加工過程中，對番茄汁質(zhì)地影響很重要的酶是果膠酶。果膠酶起主要作用的有果膠甲酯酶（Pectin methylesterase，PME）和多聚半乳糖醛酸酶（polygalacturonase，PG）。PME和PG 2種酶共同控制著果膠的降解。當(dāng)番茄受到擦傷或者破碎時，PME可以催化細胞壁果膠中的半乳糖醛酸脫甲基并被激活[5，6]。PME作用后，番茄汁中的果膠在PG作用下進一步降解[7]，從而使番茄汁加工過程中的粘度降低及穩(wěn)定性下降[8，9]。果膠的狀態(tài)，無論是被PG降解還是通過交叉連接而強化，對加工產(chǎn)品而言都是很重要的一個因素。因此，通過控制保留或者降解果膠，改變果膠的PME和PG 2種酶在番茄加工中顯得尤為重要[10，11]。果蔬汁加工中添加果膠酶，使其作用于果膠中D-半乳糖醛酸殘基之間的糖苷鍵，通過破壞果膠分子，軟化果肉組織，提高了可濾性，加快了果汁的過濾速度，從而提高了出汁率[12]。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器 番茄購于新疆石河子市金馬市場。果膠酶購于信得利生物工程有限公司。DK-8D數(shù)顯恒溫水浴鍋（金壇市醫(yī)療儀器廠）；Thermo3X臺式高速冷凍離心機（賽默飛世爾科技（中國）有限公司）；BS2000型電子天平（德國賽多利斯公司）；多功能料理機攪拌機（九陽）；UVmini-1240紫外分光光度計（島津有限公司）。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程 番茄處理榨汁酶解流程：番茄→清洗→去皮、籽、蒂→打漿→冷破碎加熱→冷卻→添加酶→酶解→離心→過濾→滅酶→番茄汁。

1.2.2 出汁率的計算 計算公式如下：

[出汁率（%）=離心過濾后所得番茄汁的質(zhì)量（g）酶解前番茄漿的質(zhì)量（g）×100]

1.2.3 冷破碎條件的確定 番茄預(yù)處理打漿后，選取加熱溫度20～70℃，加熱10min。離心過濾后根據(jù)其出汁率大小縮小加熱范圍，得出最終冷破碎的最佳溫度。

1.2.4 果膠酶單因素實驗設(shè)計 選取酶解溫度、酶解時間以及果膠酶添加量3個因素，以番茄的出汁率為指標，進行單因素實驗，分析各因素對番茄出汁率的影響及最佳酶解條件。

1.2.4.1 酶解時間 番茄清洗打漿后，冷破碎處理10min，冷卻后向番茄汁中添加0.03%的果膠酶，在50℃恒溫酶解30、50、70、90、110min。待漿液冷卻后置于離心管內(nèi)，稱重平衡后，進行離心，設(shè)定離心機轉(zhuǎn)速：2 000r/min，時間：2min。離心后將其過濾，根據(jù)公式算出其出汁率。每組實驗設(shè)置3個平行，結(jié)果取平均值。

1.2.4.2 酶解溫度 番茄清洗打漿后，冷破碎處理10min，冷卻后向番茄汁中添加0.03%的果膠酶，分別在40、45、50、55、60℃恒溫酶解70min。待漿液冷卻后置于離心管內(nèi)，稱重平衡后，進行離心，設(shè)定離心機轉(zhuǎn)速：2 000r/min，時間：2min。離心后將其過濾，根據(jù)公式算出其出汁率。每組實驗設(shè)置3個平行，結(jié)果取平均值。

1.2.4.3 酶添加量 番茄清洗打漿后，冷破碎處理10min，冷卻后將其置于50℃恒溫水浴鍋中酶解70min，分別添加0.01、0.02、0.03、0.04、0.05%的果膠酶。漿液冷卻后置于離心管內(nèi)，稱重平衡后，進行離心，設(shè)定離心機轉(zhuǎn)速：2 000r/min，時間：2min。離心后將其過濾，根據(jù)公式算出其出汁率。每組實驗設(shè)置3個平行，結(jié)果取平均值。

1.2.5 響應(yīng)面法優(yōu)化番茄出汁率 以出汁率為響應(yīng)值，采用Design-Expert.V8.0.6軟件應(yīng)用響應(yīng)面分析法，選用Box-Behnken通過試驗數(shù)據(jù)擬合響應(yīng)面模型，對單因素試驗結(jié)果進行響應(yīng)面試驗，研究工藝條件對出汁率的影響。每個試驗組合重復(fù)試驗3次，取其平均值作為結(jié)果，試驗結(jié)果采用Design-Expert.V8.0.6軟件分析，確定出番茄汁的最優(yōu)工藝參數(shù)。果膠酶實驗因素、水平如表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 冷破碎溫度的確定 冷破碎指破碎后在低于70℃下保持一段時間，使脂肪氧化酶充分反應(yīng)產(chǎn)生風(fēng)味物質(zhì)[13]。由圖1可知，隨著溫度的不斷升高，出汁率呈現(xiàn)上升趨勢，在50℃時達到最理想效果；溫度繼續(xù)升高，出汁率雖然有所上升，但溫度過高不符合冷破碎條件且成本也會相應(yīng)增加。

2.2 果膠酶單因素實驗

2.2.1 酶解時間對番茄出汁率的影響 果膠會在果膠酶作用下分解，即使是極少量果膠的存在也會引起番茄出汁率的降低，為了保證酶解過程充分完全，酶解時間從30min起。由圖2可知，出汁率醉著酶解時間的增加呈先增后減的趨勢變化，當(dāng)酶解時間達到70min時番茄出汁率最高，為51.0%。因此，選擇酶解時間50min、70min、90min進行下一步實驗。

2.2.2 酶解溫度對番茄出汁率的影響 由圖3可知，隨著酶解溫度的增加，番茄出汁率逐漸增加，當(dāng)酶解溫度為55℃時，番茄出汁率最高。因此，選擇酶解溫度50℃、55℃、60℃進行下一步實驗。

2.2.3 果膠酶添加量對番茄出汁率的影響 果膠酶作用于果膠中D-半乳糖醛酸殘基之間的糖苷鍵，破壞果膠分子，軟化果肉組織，提高和加快了果汁的可濾性和過濾速度，從而提高了出汁率。但是酶添加量不宜過大，否則會增加生產(chǎn)成本，并影響番茄汁的口味[14]。由圖4可知，隨著酶添加量的增加，番茄的出汁率也呈升高趨勢。因此，選擇果膠酶添加量0.03%、0.04%、0.05%進行下一步實驗。

2.3 果膠酶響應(yīng)面實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

2.3.1 實驗方案與結(jié)果 試驗設(shè)計及結(jié)果見表2。按照試驗設(shè)計每個組合重復(fù)試驗3次，出汁率結(jié)果取其平均值，采用Design-Expert.V8.0.6軟件分析試驗結(jié)果。

由表2、表3可知，出汁率優(yōu)化的3個變量的優(yōu)化模型P<0.05，呈顯著差異水平，番茄汁的出汁率與3個變量之間的線性關(guān)系顯著，R2=97.20%；模型的調(diào)整確定系數(shù)AdjR2=93.59%，說明該模型能解釋響應(yīng)值的變化；擬合度分81.94%，說明擬合程度較好；失擬項不顯著（p=0.608 5），說明試驗所得二次回歸方程能很好地對響應(yīng)值進行預(yù)測。一次項A、B、C及二次項B2、C2表現(xiàn)為顯著，說明它們對響應(yīng)值影響較大。在所取的3個因素水平范圍中，出汁率的影響順序為：C>B>A，即酶添加量>酶解時間>酶解溫度。

2.3.2 響應(yīng)面分析及優(yōu)化 利用以Design-Expert.V8.0.6軟件進行二次回歸擬合，所得到的二次方程的響應(yīng)面圖及其等高線如圖5所示。由圖5可知，酶解時間和酶添加量對番茄汁出汁率的交互作用較為明顯。當(dāng)果膠酶添加量和酶解時間逐漸增加時，番茄汁出汁率逐漸提高，但當(dāng)酶添加量達到0.04%和酶解時間超過78min時，番茄汁出汁率反而有所下降，可能是由于長時間的加熱蒸發(fā)水分，從而降低了出汁率。

2.3.3 驗證實驗 對回歸模型分析，得果膠酶處理對番茄出汁率優(yōu)化工藝參數(shù)為酶解溫度55℃，酶解時間70min，酶添加量0.04%，經(jīng)過3組重復(fù)實驗實際測得出汁率為51.1%，試驗結(jié)果與模型結(jié)果基本一致，所得模型能較準確地預(yù)測實際番茄出汁率的情況。

3 結(jié)論

在冷破碎番茄的條件下，番茄雖然汁粘度較低，但具有良好的風(fēng)味。本研究采用冷破條件，結(jié)合果膠酶的處理，通過響應(yīng)面優(yōu)化，得到提高出汁率的影響順序依次為：酶添加量>酶解時間>酶解溫度。果膠酶處理提高出汁率的優(yōu)化工藝參數(shù)為：酶解溫度55℃，酶解時間70min，果膠酶添加量0.04%，此時番茄的出汁率為51.1%。

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（責(zé)編：張宏民）