酶解條件對提高復合果蔬汁出汁率的影響研究*

劉小莉　湯莉莉　劉安虎　邱永新　周劍忠*（江蘇省農業科學院農產品加工研究所，江蘇南京　004）（江蘇省連云港市東海果汁有限公司，江蘇連云港　006）（江蘇省海門市正余鎮農業服務中心，江蘇海門　600）

酶解條件對提高復合果蔬汁出汁率的影響研究*

劉小莉1**湯莉莉3劉安虎2邱永新2周劍忠1***
1（江蘇省農業科學院農產品加工研究所，江蘇南京210014）
2（江蘇省連云港市東海果汁有限公司，江蘇連云港201306）
3（江蘇省海門市正余鎮農業服務中心，江蘇海門226100）

在單因素試驗基礎上，采用果膠酶與纖維素酶（酶活比為1∶1）對復合果蔬漿進行酶解處理，并以出汁率為指標，以響應曲面中心組合設計，研究加酶量、酶解溫度、酶解時間及其交互作用對出汁率的影響。試驗結果表明，加酶量對出汁率的影響極顯著，而酶解溫度和酶解時間對出汁率的影響不顯著，各因素的二次項以及加酶量、酶解溫度交互對出汁率也有顯著的影響，且在加酶量0.13%，酶解溫度42.64℃，酶解時間2.49 h條件下，復合果蔬的出汁率可達81.34%±2.16%。

復合果蔬汁；果漿酶；纖維素酶；酶解；出汁率

復合果蔬汁飲料為高檔飲料，近年來在日本、歐美等發達國家開始盛行，由多種蔬菜、水果汁復合而成，是一種營養均衡的果蔬食品，是果蔬加工業中發展最快、最有潛力的一類產品。在當今的飲料市場，稱霸近百年的碳酸飲料市場已開始萎縮。隨著人們健康意識的加強，消費者更偏好購買茶、果蔬汁等非碳酸飲料。果蔬汁集環保、健康、營養和農工貿一體化等多種優勢，經合理搭配后，能為人體提供更全面的營養，使人體更容易吸收，營養豐富、口味多樣化的果蔬汁飲料產品的市場份額也將得到提高。目前復合果蔬汁加工過程中存在出汁率低、色澤不穩定，儲藏過程中出現分層、析水、渾濁等問題，制約著果蔬汁加工產業的發展。

酶作為生物催化劑，具有專一性強、催化效率高和作用條件溫和等顯著特點。生物酶解技術應用于飲料工業中，作用于植物細胞壁，植物細胞壁降解導致細胞液釋出，使果漿和植物物料的黏度急劇降低，從而顯著改善果蔬的加工性能，提高果蔬的出汁率及果蔬汁的澄清度和穩定性，簡化工藝，并且有利于保護產品的營養、風味和色澤。本文研究了果膠酶和纖維素酶處理方法對草莓、胡蘿卜、葡萄復合果蔬出汁率的影響，旨在確定適宜的酶解條件，以提高原料出汁率，為節約生產加工成本提供理論依據。

1　材料和方法

1.1材料和試劑

速凍草莓、胡蘿卜、葡萄原料，-20℃保藏，由連云港市東海果汁有限公司提供。根據前期研究成果，復合果蔬汁原料含量（以添加水的體積質量比計）為：草莓12%、胡蘿卜30%、葡萄20%。

果膠酶（酶活30 000 U/g）、纖維素酶（酶活50 000 U/g），泰安信得利生物工程有限公司。

1.2酶解方法

冷凍條件儲藏的草莓、胡蘿卜、葡萄原料在室溫解凍后，用榨汁機破碎得到果蔬原果漿，添加不同種類的生物酶制劑，在適宜的溫度下進行酶解，于3 500 r/min離心30 min，收集上清液即為果蔬汁。出汁率按以下公式計算：

式中：η——復合果蔬出汁率，%；

m1——果蔬原料質量，g；

m2——果蔬汁質量，g。

1.3試驗設計和數據分析

1.3.1酶解單因素試驗

稱好的果漿中分別加入1‰果膠酶、纖維素酶、以及果膠酶+纖維素酶（酶活比1∶1），攪拌均勻后40℃水浴2 h進行酶解，計算出汁率。

1.3.2響應曲面設計

進一步采用設計專家軟件（Design Expert version 6.0.10） 中的中心組合設計（CCD） 研究加酶量、酶解溫度、酶解時間及其交互作用對出汁率的影響。試驗結果進行二次回歸分析，獲得各自變量因子與響應值之間的回歸模型方程，并對方程各項系數進行方差分析。

2　結果與分析

2.1果膠酶和纖維素酶酶解效果的比較

本研究中果膠酶和纖維素酶的酶解效果見圖1。由圖1可以看出，酶制劑的添加對提高出汁率有顯著影響，且單一酶和復合酶酶解所得出汁率差異顯著（P＜0.05），采用果膠酶和纖維素酶處理可明顯提高出汁率，這是由于單酶水解具有特異性，采用雙酶混合水解有利于提高底物轉化率。

圖1　不同酶組合的酶解效果比較

2.2響應曲面回歸方程的建立與方差分析

根據上述試驗選用果膠酶與纖維素酶（酶活比為1∶1）進行復合酶解處理，以加酶量（A1）、酶解溫度（A2）、酶解時間（A3）為自變量，出汁率（Y）為響應值，通過中心組合試驗設計和響應面分析法對上述三因素進行優化，響應面設計方案和試驗結果見下頁表1。對試驗結果進行二次回歸分析，可得3個自變量因子與Y之間的回歸方程模型為：Y=78.00+4.37A1－1.13A2+0.25A3+3.50A1A2－0.75A1A3－0.25A2A3－4.50A12－6.00A22－6.25A32。

對上述方程模型進行方差分析，結果見下頁表2。由表2的方差分析結果可以看出，所得出汁率的回歸模型方程顯著，R2＞0.940 1，且失擬項F檢驗不顯著（P＞0.05），說明回歸方程的擬合程度較好，以模型方程擬合3個因素與出汁率之間的關系是可行的，可用該回歸模型代替試驗真實點對試驗結果進行分析。加酶量A1、二次項A22和A32對出汁率的影響極顯著（P＜0.01），二次項A12以及交互項中的A1A2對出汁率有顯著的影響（P＜0.05），而酶解溫度和酶解時間對出汁率的影響不顯著（P＞0.05）。

表1　響應面設計方案和試驗結果

表2　試驗結果方差分析表

2.3交互作用的響應面分析

由表2可知加酶量和酶解溫度的交互作用對出汁率有顯著的影響，對這2個因素的交互作用進行響應面分析，結果見圖2。由圖2可以看出，固定溫度或加酶量任一自變量，隨著另一自變量的增加，出汁率均呈現先增加后減小的趨勢，呈二次函數關系。分別對模型方程取一階偏導等于零并求解方程，得到最佳優化酶解條件參數為加酶量0.13%，酶解溫度42.64℃，酶解時間2.49 h。以這組最佳條件進行榨汁試驗，出汁率為81.34%± 2.16%。

圖2　加酶量和溫度的交互作用對出汁率的影響

3　討論和結論

果膠質是存在于高等植物細胞壁內及壁間的結構性多糖，是一類高分子碳水化合物，在果汁加工中，果膠不僅會影響出汁率，還會使果汁渾濁，它的存在會給果蔬加工工藝帶來許多損失。果膠酶和纖維素酶作為果蔬汁生產中的主要酶制劑，在食品工業中有重要的應用價值，已被廣泛應用于果蔬汁的提取和澄清、改善果蔬汁的可過濾性以及植物組織的浸漬和提取等工藝中。果膠酶能夠分解果膠，瓦解植物細胞的細胞壁及胞間層，破壞果實細胞的網狀結構，提高果實的破碎程度和果蔬的出汁率。

本研究在單因素試驗基礎上，采用果膠酶與纖維素酶（酶活比為1∶1）進行復合酶解處理，以出汁率為指標，以響應曲面中心組合設計，研究加酶量、酶解溫度、酶解時間及其交互作用對出汁率的影響。統計學試驗設計已廣泛應用于生化領域的優化研究。傳統的單因素法不僅費時，而且忽視了不同因子間的相互作用；正交試驗設計可同時考慮幾種因素，尋找最佳因素水平組合，但不能在給出的整個區域上找到因素和響應值之間的一個明確的函數表達式即回歸方程，從而無法找到整個區域內因素的最佳組合和響應值的最優值；析因設計、響應曲面等統計學試驗設計方法克服了這些缺點，通過少量的試驗次數就能確定多種影響因素組成中的關鍵因子及最優水平。

本研究結果表明，加酶量對出汁率的影響極顯著，而酶解溫度和酶解時間對出汁率的影響不顯著，各因素的二次項以及加酶量、酶解溫度交互對出汁率也有顯著的影響。在當加酶量0.13%，酶解溫度42.64℃，酶解時間2.49 h條件下，復合果蔬出汁率可達81.34%±2.16%。

［1］ 李文，陸海勤，黃玭，等.果膠酶在果蔬汁加工中的應用研究進展［J］.食品工業，2015，36（4）：244-247.

［2］ 岳賢田.低溫果膠酶對香蕉汁澄清效果的研究［J］.食品研究與開發，2015，36（17）：55-57.

［3］ RAI P，MAJUMDAR GC，DASGUPTA S，et al.Optimizing pectinase usage in pretreatment of mosambi juice for clarification by response surface methodology［J］.Journal of Food Engineering，2004，64（3）：397-403.

［4］ 吳定，孫嘉文，黃卉卉，等.固定化果膠酶提高蘋果出汁率的研究［J］.食品科學，2012，33（16）：40-44.

［5］ 楊建軍，馬齊，宋宏新.復合酶在蘋果汁加工中的應用研究［J］.食品科技，2005，30（3）：76-78；82.

［6］ 鐘肖瓊.果膠酶制劑及其在果漿出汁和果汁澄清方面的應用［J］.中外食品工業，2014（6）：11-13.

［7］ 蘇鳳賢，王曉琴，茍亞峰，等.響應面分析果膠酶提高人參果出汁率的工藝參數［J］.食品科學，2010，31（20）：83-88.

［8］BAS D，BOYAC1 IH.Modeling and optimizationⅠ：Usability of response surface methodology［J］.Journal of Food Engineering，2007，78：836-845.

［9］ FRANCIS F，SABU A，MADHAVAN KN，et al.Use of responsesurfacemethodologyforoptimizingprocess parameters for the production of α-amylase by Aspergillus oryzae［J］.Biochemical Engineering Journal，2003，15：107-115.

［10］ABDEL-FATTAH YR，SAEED HM，GOHAR YM，et al. Improved production of Pseudomonas aeruginosa uricase by optimizationofprocessparametersthroughstatistical experimental designs［J］.Process Biochemistry，2005，40 （5）：1 707-1 714.

［11］KALIL SJ，MAUGERI F，RODRIGUES MI.Response surface analysis and simulation as a tool for bioprocess design and optimization［J］.Process Biochemistry，2000，35（6）：539-550.

［12］OOIJKAAS LP，WILKINSON EC，TRAMPER J，et al. Medium optimization for spore production of Coniothyrium minitans using statistically-based experimental designs［J］. Biotechnology and Bioengineering，1999，64（1），92-100.

Effect ofenzymatic hydrolysis on the yield increase of mixed vegetable and fruit juice*

LIU Xiaoli1**TANG Lili3LIU Anhu1Qiu Yongxin2ZHOU Jianzhong1***
1（Institute ofagroJiangsu academyofagricultural sciences，Jiangsu Nanjing210014，China）
2（Lianyungangcity,Jiangsu province，East China sea juice Co.，Ltd.Jiangsu Lianyungang201306，China）
3（Jiangsu Haimen yuzhen agricultural service center，Jiangsu Haimen226100，China）

On the basis ofthe results of single-factor experiments,composite enzymatic hydrolysis with pectinase and cellulasewascarried outtoevaluatetheeffecton thejuiceyield.Through response surface methodology,the effects ofenzyme dosage,enzymatic temperature and time,as well as the interaction ofthe three factors,on the yield were studied.The resultsshowedthatenzymedosagehadaverysignificanteffectontheyield,whileenzymatictemperatureandtimenotsignificant.In addition,quadratic terms of all the factors and the interaction of enzyme dosage and enzymatic temperature werealsosignificantfortheyield.Undertheconditionofenzymedosage0.13%,enzymatictemperature42.64℃andenzymatictime2.49h,themaximumyieldcouldreachto81.34%±2.16%.

mixed vegetable and fruit juice；pectinase；cellulase；enzymatic hydrolysis；juice yield

2016-05-12

TS201.2+5

A

1673-6044（2016）02-0029-03

10.3969/j.issn.1673-6044.2016.02.009

江蘇省科技項目蘇北科技發展計劃-科技富民強縣項目（BN2014015）。
**劉小莉，女，1981年出生，2007年畢業于南京農業大學食品科學專業，博士，副研究員。
***周劍忠，通訊作者，E-mail：zjzluck@126.com.