果膠酶澄清枇杷果汁工藝的優化研究

俞麗娜,張興龍,劉紅星,倪志明,王鴻飛,邵興鋒

(1.寧波大學食品科學與工程系,浙江寧波 315211;2.寧波方太廚具有限公司,浙江寧波 315336)

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果膠酶澄清枇杷果汁工藝的優化研究

俞麗娜1,張興龍1,劉紅星2,倪志明2,王鴻飛1,邵興鋒*

(1.寧波大學食品科學與工程系,浙江寧波 315211;2.寧波方太廚具有限公司,浙江寧波 315336)

本文采用果膠酶對“寧海白”枇杷果汁進行澄清處理,以果汁透光率變化為指標,單因素分析不同酶添加量、反應時間和反應溫度對透光率的影響。進一步采用響應面優化實驗得出最佳澄清工藝:酶添加量為3 mg/L、反應時間為4 h、反應溫度為40 ℃。驗證實驗發現,果汁透光率平均值為91.02%,與模型預測值較為接近,模型可靠;同時,果膠酶的使用沒有顯著影響果汁中的可溶性固形物、VC和總酚含量,因而果膠酶用于澄清枇杷果汁具有應用前景。

枇杷,果汁,果膠酶,澄清,優化

枇杷別名盧橘(Eriobotryajaponica(Thunb.)Lindl),為薔薇科枇杷屬植物,因其葉形似琵琶,所以名為枇杷。枇杷品種眾多,主要分為紅沙枇杷和白沙枇杷兩大類。“寧海白”枇杷屬于白沙枇杷,是從實生白沙枇杷中選育出的優質新品[1],品質優良,皮薄,果肉呈白色,果實含糖量高、酸甜適口、風味濃郁,市場價值較高[2-3]。目前主要分布在浙江省及其周邊地區。近年來,隨著種植面積的增大,其產量也急劇上升。但是枇杷貨架期短、易腐爛的特點,以及每年大量的殘次果都需要進行深加工處理。

果汁不僅能夠保留水果中的原有風味、生物活性和營養物質,而且口感好,因此越來越受到消費者的青睞。將“寧海白”枇杷加工成果汁,不僅保留了其獨有的風味和營養物質,還可以解決枇杷的貯藏期短、難以運輸的問題,使資源得到充分利用。但是由于枇杷果漿汁中含有果膠以及蛋白質等物質,在加工中若未除去,這些物質會使枇杷果汁在加工及貯存過程中產生沉淀,因此有必要采取一定的澄清方法處理枇杷果汁(如離心澄清、殼聚糖澄清,超濾澄清等)[4]。現在的研究及生產,一般采用果膠酶,纖維素酶,半纖維素酶等處理原汁[5-7]。果膠酶可以打破并降解果膠分子,降低果汁的黏性,從而使果汁中的可溶性固形物沉淀,增強果汁的澄清效果,并且相比其他澄清方法具有方便、快捷、效果好等特點[8]。

本實驗以透光率為主要指標,研究了果膠酶添加量、酶解時間及酶解溫度對果汁澄清效果的影響,并在單因素的基礎上,對其進行三因素三水平的響應面優化實驗,以確定果膠酶澄清果汁的最佳工藝,并進行工藝驗證,以期為開發枇杷果汁提供切實的理論依據。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

枇杷(EriobotryajaponicaLindl.cv.NingHaiBai)在商業成熟時,采摘自浙江省寧海縣一市鎮,挑選無損傷、無害蟲的果實用于實驗,出汁率為60%;果膠酶(Pectinex Ultra Color,10000 U/mg)諾維信公司提供。

草酸-EDTA、偏磷酸乙酸、硫酸、鉬酸銨、福林酚、碳酸鈉、沒食子酸等。

HR2003型勻漿機飛利浦家庭電器有限公司;JY6002型電子天平上海舜宇恒平科學儀器有限公司;數顯恒溫水浴鍋國華電器有限公司;臺式低速離心機湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司;UV1600分光光度計上海美譜達儀器有限公司;WYT-4型手持糖量儀上海精密儀器儀表有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1“寧海白”枇杷原汁的制備寧海白枇杷,清洗后剝皮去核,用勻漿機打漿10 s得到枇杷果漿,離心分離(4600 r/min,10 min處理)得上清液為原汁,備用[9]。

1.2.2測定方法

1.2.2.1寧海白枇杷原汁透光率測定波長的確定取一定量的原汁,每升原汁加入2 mg果膠酶,40 ℃下放置1 h。采用分光光度計法,以透光率為澄清度指標,蒸餾水為對照,測定波長300～1000 nm掃描。

1.2.2.2可溶性固形物(SSC)測定手持糖量儀測定。

1.2.2.3抗壞血酸(VC)含量測定采用鉬藍比色法[10],取2 mL原汁加入到試管中,隨后依次加入草酸-EDTA溶液3 mL,偏磷酸乙酸0.5 mL,5%硫酸溶液1.0 mL及5%鉬酸銨溶液2 mL;加水定容到20 mL,混勻后于30 ℃水浴放置10 min。以空白管調零,測定760 nm下吸光值。配制濃度為0、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06 mg/mL的VC溶液,按上述方法測定吸光值,以VC含量作橫坐標,繪制標準曲線。

1.2.2.4總酚含量測定參考Sato的方法[11],取0.4 mL原汁加入0.4 mL福林酚試劑充分震蕩后靜置 3 min,再加入0.04 mL飽和NaCO3溶液,經充分震蕩后靜置于暗室1 h后,測定700 nm下吸光值。配制不同濃度沒食子酸溶液,按上述方法測定A700,并繪制標準曲線。

1.2.3單因素實驗

截至2018年9月底，全區棚戶區改造已新開工9.1萬套，開工率101%，基本建成6.6萬套，完成目標任務4.2萬套的157%，提前3個月超額完成2018年國家下達的棚戶區改造目標任務。10月11日，自治區人民政府召開2018年全區保障性安居工程建設暨2018—2020年棚戶區改造工作會議，自治區黨委常委、自治區人民政府副主席嚴植嬋出席會議，自治區住房城鄉建設廳廳長周家斌參加會議。

1.2.3.1最佳酶添加量的確定取7個燒杯各加入96 mL枇杷原汁,再分別加入0、0.05、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8 mg的果膠酶4 mL并充分混勻,使酶添加量為0、0.5、1、2、4、6、8 mg/L果漿,在40 ℃下酶解2 h。實驗進行3組平行,以透光率為指標確定最佳酶用量。

1.2.3.2最佳酶解時間的確定取6個燒杯分別加入96 mL枇杷原汁,各加入0.2 mg的果膠酶4 mL并充分混勻,即酶添加量為2 mg/L,在40 ℃下分別酶解0.5、1、2、3、4、5 h。其他處理同上。

1.2.3.3最佳酶解溫度的確定取5個燒杯分別加入96 mL枇杷原汁,各加入0.2 mg的果膠酶4 mL并充分混勻,即酶添加量為2 mg/L,分別在20、30、40、50、60 ℃下酶解2 h。其他處理同上。

1.2.4響應面實驗設計根據單因素實驗結果,以酶添加量、酶解時間、酶解溫度3個因素與出汁率進行響應面設計(表1),采用Design-Expert 8.0.6軟件對實驗數據進行回歸分析,優化枇杷果漿的酶解工藝。在分析得到的最佳工藝條件下處理果汁作為優化組驗證響應面分析的可靠性。以未經果膠酶處理的果汁作為對照組(CK組),同時測定優化組和CK組SSC含量、VC含量、總酚含量等指標。

表1　Box-Behnken設計實驗因素水平及編碼Table 1　Coded values and factors and levels of the Box-Behnken design

1.2.5數據統計與分析采用Excel(微軟,美國)數據處理系統和SPSS12.0統計分析軟件進行數據整理與分析。用Ducan’s multiple comparison方法進行顯著差異性分析,p<0.05表示差異顯著。用OriginPro8.1繪制數據圖(Microcal軟件公司,美國)。

2　結果與分析

2.1測定“寧海白”果汁透光率最適波長的確定

由圖1可以看出,果膠酶澄清“寧海白”枇杷原汁,果汁的透光率隨著波長的增加而逐漸增大且趨于穩定,當波長達到700 nm時,果汁透光率達到80%以上且趨于穩定,所以確定枇杷果汁透光率測定的最適波長為700 nm。

圖1　不同波長下枇杷果汁的透光率變化曲線Fig.1　Transmittance curves of loquat juice under different wavelength

2.2酶解時間對果汁透光率的影響

圖2　酶解時間對果汁透光率的影響Fig.2　Effect of hydrolysis time on juiceclarity of loquat

2.3酶解溫度對果汁透光率的影響

由圖3可以看出枇杷果汁透光率在40 ℃以內,隨溫度的上升而顯著增加(p<0.05);而在40 ℃之后,果漿出汁率迅速下降。產生這種現象的原因可能是果膠酶屬于蛋白類物質,溫度的變化影響其活性,當溫度在40～50 ℃時,果膠酶的活性最大,其透光率也高;而溫度過高或過低時,會抑制果膠酶活性,透光率也相對較低。由圖3可知當酶解溫度為40 ℃時,枇杷果汁的透光率最大。所以優化實驗選擇最佳酶解溫度為40 ℃。

圖3　酶解溫度對果汁透光率的影響Fig.3　Effect of hydrolysis temperature on juice clarity of loquat

2.4酶添加量對果汁透光率的影響

由圖4可知對照組的透光率小于74%,而實驗組透光率都大于80%,這是因為果膠酶可以有效的裂解果漿中的果膠物質,降低果膠物質的含量,提高出汁率。由圖4可以看出酶添加量在0.5 mg/L增大到2 mg/L果汁透光率率顯著增加(p<0.05),當酶添加量在2～8 mg/L時,隨著酶添加量的增加,透光率不再顯著變化(p>0.05)。所以優化實驗選擇最佳酶添加量為2 mg/L。

2.5果膠酶對“寧海白”枇杷果汁澄清的響應面實驗

2.5.1響應面實驗結果在單因素實驗的基礎上,根據Box-Benhnken的中心組合實驗設計原理進行響應面實驗。實驗結果見表2,并用Design-expert8.0.6對實驗結果進行分析。

圖4　酶添加量對果汁透光率的影響Fig.4　Effect of enzyme concentration on juice clarity of loquat表2　Box-Behnken設計方案及枇杷果汁透光率的測定結果Table 2　Box-Behnken design and response values of juice clarity

實驗號A酶添加量B時間C溫度透光率(%)110-184.06200087.72310186.3440-1184.78511089.37601186.667-10184.91800087.31901-185.3910-11085.5711-1-1084.081200086.7713-10-182.511400086.70150-1-179.471600086.86171-1084.86

2.5.2模型方差分析及顯著性檢驗對表2中以透光率為響應值,通過Design-Expert 8.0.6軟件對響應值與各因素的編碼值進行回歸擬合后,得到如下回歸方程:Y=87.07+0.94A+1.73B+1.41C+0.75AB-0.03AC-1.01BC-0.36A2-0.74B2-2.26C2。

從表3可以看出,所得的Y回歸方程極顯著(p<0.0001),且失擬檢驗不顯著(p=0.2424),說明此回歸模型很理想,用方程Y擬合3個因素與透光率之間的關系是可行的。模型的R2=0.9762,說明該模型擬合度較好。RSN=23.538大于4,說明實驗精度較高[13]。綜合以上分析得知:該模型與實際情況擬合較好,可用于預測透光率的變化情況。

表3　回歸方程系數顯著性檢驗表Table 3　Significance test of regression equation module

注:**.差異極顯著,p<0.01;*.差異顯著,p<0.05。

從3因素(A、B、C)對透光率的影響來看,一次項A(酶添加量)、B(酶解時間)和C(酶解溫度)對透光率有極顯著的影響;交互項中的AB、BC對透光率有顯著影響,AC對結果沒顯著影響,影響的順序依次是BC>AB>AC;二次項B2和C2對結果有顯著的影響,A2無顯著影響。

2.5.3交互作用對響應值影響分析由圖5可知,酶添加量和酶解時間交互作用顯著,當將酶解溫度固定為40 ℃,在酶添加量不變時,隨著時間的增加,果汁透光率增高,但是在酶添加量處于較高水平時,果汁透光率隨著時間的增大而迅速升高;當酶添加量處于較低水平時,果汁透光率在增長到一定水平后緩慢增長。同時在酶解時間處于較低水平時,果汁透光率隨著酶添加量的增加而增長緩慢;在酶解時間處于較高水平時,果汁透光率隨著酶添加量的增加迅速增長。

圖5　酶添加量和酶解時間對果汁透光率影響的響應面圖Fig.5　Response surface for juice clarity as a function of pectinase concentration and time

由圖6可知,酶添加量和酶解溫度交互作用不顯著,當將酶解時間固定為3 h時,在酶添加量不變時,果汁透光率的變化隨著酶解溫度的變化呈拋物線型,因此最優參數向0(40 ℃)水平偏移。但是在酶解溫度不變的情況下,果汁透光率隨著酶添加量的增加而增加,最優參數向+1(3 mg/L)水平移動。

圖6　酶添加量和酶解溫度對果汁透光率影響的響應面圖Fig.6　Response surface for juice clarity as a function of pectinase concentration and temperature

由圖7可知,酶解時間和酶解溫度交互作用顯著,當將酶添加量固定為2 mg/L時,在酶解時間不變時,隨著酶解溫度的增加,果汁透光率增高;但是當酶解溫度超過40 ℃之后,果汁透光率逐漸下降。在酶解溫度不變的情況下,出汁率隨著酶解時間的增加而增加,最優參數向+1(4 h)水平移動。

圖7　酶解時間和酶解溫度對果汁透光率影響的響應面圖Fig.7　Response surface for juice clarity as a function of time and temperature

2.5.4最佳工藝參數及驗證通過計算分析,得到的最終優化出的實驗條件為:酶添加量3.00 mg/L、酶解時間4.00 h、酶解溫度為39.79 ℃,考慮實際生產條件,工藝調整為酶添加量3 mg/L、酶解時間4 h、酶解溫度為40 ℃,模型預測果汁透光率為94.22%。在此基礎上進行3次驗證實驗,得到透光率平均值為91.02%,與預測值接近,并且基本營養物質含量與對照組沒有差異(表4)。VC標準曲線:y=0.1297x+0.0049,R2=0.9987;沒食子酸標準曲線:y=8.0723x-0.0162,R2=0.9967。

表4　優化組與對照組部分營養物質含量Table 4　The content of partial nutrientsin optimized group and the control

3　結論

本研究獲得了酶法澄清“寧海白”枇杷果汁的最佳工藝參數為酶添加量3 mg/L、酶解時間4 h、酶解溫度為40 ℃,透光率平均值為91.02%。驗證實驗發現,優化后的澄清度與預測值接近;同時,酶解處理的枇杷果汁與未處理果汁的SSC、VC、總酚含量無顯著差異。因此,應用果膠酶澄清枇杷果汁可以達到理想的澄清效果,且對果汁的營養成分基本沒有影響。

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Study on optimal clarification process of loquat fruit juice with pectinase

YU Li-na1,ZANG Xing-long1,LIU Hong-xing2,NI Zhi-ming2,WANG Hong-fei1,SHAO Xing-feng1,*

(1.Department of Food Science and Engineering,Ningbo University,Ningbo 315211,China;2.Ningbo Fotile Kitchenware Co. Ltd,Ningbo 315336,China)

‘Ninghaibai’ loquat fruit juice was clarified by pectinase,and the effect of enzyme dosage,reaction time and reaction temperature on juice light transmittance were investigated. The result of response surface optimization experiment was as follows:enzyme dosage 3 mg/L,the reaction time 4 h,the reaction temperature 40 ℃. Verification test was performed on this basis,and the average transmittance was 91.02%,approaching to the prediction value and the response model was reliable. In addition,there was no significant effect on soluble solid content,VCand total phenols of using pectinase,so the pectinase used to clarify loquat fruit juice had the good application prospect.

loquat;juice;pectinase;clarification;optimization

2015-05-19

俞麗娜(1990-)，女，在讀碩士，研究方向：農產品貯藏與加工，E-mail:369768871@qq.com。

邵興鋒(1980-)，男，博士，副教授，研究方向：食品貯藏保鮮，E-mail:shaoxingfeng@nbu.edu.cn。

浙江省自然科學基金項目(LR15C20002)；浙江省健康智慧廚房系統集成重點實驗室建設項目(2014E10014)；寧波市農業和社會發展攻關項目(2014C50084)。

TS255.1

B

1002-0306(2016)03-0201-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.03.034