復合酶法脫除生姜皮的新工藝研究

劉波，袁利鵬，劉旭光

（廣東農工商職業技術學院，廣東廣州510507）

復合酶法脫除生姜皮的新工藝研究

劉波，袁利鵬*，劉旭光

（廣東農工商職業技術學院，廣東廣州510507）

對傳統生姜去皮工藝進行改進，研究復合酶解法去除生姜皮的新工藝條件。試驗以去皮效果為評價指標，通過單因素試驗初步確立復合酶復配比例、料液比、酶濃度、酶解溫度、時間及pH，再通過正交試驗對生姜去皮的最佳酶解工藝進行優化。試驗結果表明，生姜去皮的最佳酶解工藝條件為：果膠酶與纖維素酶的復合比例為1∶2.5（g/g），料液比（生姜∶酶解液）為1∶3（g/mL），酶濃度為0.40%，酶解溫度為40℃，酶解pH值為4，酶解時間為50min。

生姜去皮；纖維素酶；果膠酶；酶解

生姜，又名地辛、百辣云，系姜科多年生宿根草本植物姜（ZingiBer officinale）的根莖。性溫，其特有的“姜辣素”能刺激胃腸黏膜，使胃腸道充血，消化能力增強，能有效地治療吃寒涼食物過多而引起的腹脹、腹痛、腹瀉、嘔吐等[1]。此外，生姜還具有抑制癌細胞生長、抗膽結石、預防和治療高血脂等保健功效[2]。因此，生姜食品的開發利用備受關注，除了傳統的生姜加工品（如姜汁、醋姜等），生姜蛋白酶、生姜膳食纖維、姜油樹脂、姜精油等生姜深加工產品在國內外市場也頗受歡迎[2-3]。

在多數生姜加工利用時，剝皮是常見的工序。目前常采用的傳統手工去皮法，不僅費時費工，而且存在去皮不徹底、質量及營養損耗都較大等問題[4]。而中國是生姜的主要出產國之一，生姜類產品主要是去皮后的加工產品[2-5]。因此，研究新型生姜去皮技術代替傳統手工去皮法具有很重要的現實意義。目前，針對此領域的研究甚少。

纖維素是由葡萄糖組成的大分子多糖，不溶于水及一般有機溶劑，是植物細胞壁的主要成分[6]；果膠是的主要成分是部分甲酯化的a（1，4）-D-聚半乳糖醛酸，在適宜條件下其溶液能形成凝膠和部分發生甲氧基化（甲酯化，也就是形成甲醇酯）[7]。本試驗針對生姜皮的結構特點，選用復合酶解法對生姜進行處理，旨在探索生姜去皮的酶解新工藝。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器設備

生姜：購自廣州市增城中新菜市場；果膠酶（酶活力≥10萬U/g）：天津市酶制劑廠；纖維素酶（酶活力≥8萬U/g）：上海東風生化技術有限公司。

HWS28型恒溫水浴鍋：上海-恒科技有限公司；MP511型pH計：上海三信儀表廠；HZX-JA100型電子天平：鄭州萬博儀器設備有限公司。

1.2 方法

1.2.1 去皮工藝流程

生姜→清洗→酶解試驗→感官評價

1.2.2 酶的復合水解[8-11]

生姜皮主要成分是纖維素和果膠，因此試驗對生姜添加一定量的復合酶（纖維素酶和果膠酶），并在一定的酶解溫度、pH、時間和底物濃度條件下進行酶解處理。

1.2.2.1 料液比對生姜去皮效果的影響

果膠酶與纖維素酶的復合比例為1∶1（g/g），復合酶濃度為0.35%，酶解溫度為40℃，pH為4，酶解時間為 50 min，在此條件下，考察 m（生姜）：v（酶解液）分別為 1 ∶1、1 ∶2、1 ∶3、1 ∶4、1 ∶5（g/mL）對生姜去皮效果的影響。

1.2.2.2 酶的復配比例對生姜去皮效果的影響

復合酶濃度為0.35%，料液比（生姜∶酶解液）為1 ∶3（g/mL），酶解溫度為 40℃，pH 為 4，酶解時間為50 min，在此條件下，考察果膠酶與纖維素酶的不同復配比例[1 ∶1、1 ∶1.5、1 ∶2、1 ∶2.5、1 ∶3（g/g）]對生姜去皮效果的影響。

1.2.2.3 復合酶濃度對生姜去皮效果的影響

果膠酶與纖維素酶的復合比例為1∶2.5（g/g），料液比（生姜：酶解液）為1∶3（g/mL），酶解溫度為40℃，pH值為4，酶解時間為50 min，在此條件下，考察不同復合酶濃度（0.10%、0.20%、0.30%、0.40%、0.50%和0.60%）對生姜去皮效果的影響。

1.2.2.4 酶解液pH對生姜去皮效果的影響

果膠酶與纖維素酶的復合比例為1∶2.5（g/g），料液比（生姜：酶解液）為 1∶3（g/mL），復合酶濃度為0.35%，酶解溫度為40℃，酶解時間為50 min，在此條件下，考察不同 pH（2、3、4、5 、6）對生姜去皮效果的影響。

1.2.2.5 酶解液溫度對生姜去皮效果的影響

果膠酶與纖維素酶的復合比例為1∶2.5（g/g），料液比（生姜 ∶酶解液）為 1∶3（g/mL），復合酶濃度為0.35%，酶解pH值為4，時間為50 min，在此條件下，考察不同酶解溫度（20、30、40、50、60 ℃）對生姜去皮效果的影響。

1.2.2.6 酶解時間對生姜去皮效果的影響

果膠酶與纖維素酶的復合比例為1∶2.5（g/g），料液比（生姜 ∶酶解液）為 1∶3（g/mL），復合酶濃度為0.35%，酶解溫度為40℃，pH值為4，在此條件下，考察不同酶解時間（30、40、50、60 min）對生姜去皮效果的影響。

1.2.3 最佳去皮酶解工藝的確定

根據單因素試驗結果，對酶解條件進一步優化，進行正交試驗，確定最佳酶解去皮工藝。

1.2.4 生姜去皮效果感官評價法[12]

生姜去皮效果根據生姜皮的脫除情況、去皮后生姜的完整性、色澤、風味、硬度來進行評分。感官評定人員為來自不同專業的20名同學。按評分標準對去皮效果進行評分，取整數均值作為最后結果。生姜去皮效果感官評價標準見表1。

表1 生姜去皮效果感官評價標準Table 1 Sensory evaluation standard of the peeling effect of ginger

2 結果

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 料液比對生姜去皮效果的影響

按照1.2.2.1中的試驗方法，考察m（生姜）∶v（酶解液）料液比分別為 1 ∶1、1 ∶2、1 ∶3、1 ∶4、1 ∶5（g/mL）對生姜去皮效果的影響，結果見表2、圖1。

由結果可知，料液比為1∶3（g/mL）時，去皮效果最好，且能同時保證去皮后生姜的形狀、顏色和質地。

2.1.2 酶的復配比例對生姜去皮效果的影響

按照1.2.2.2中的試驗方法，考察果膠酶與纖維素酶的不同復配比例 1 ∶1、1 ∶1.5、1 ∶2、1 ∶2.5、1 ∶3（g/g）對生姜去皮效果的影響，結果見表3、圖2。

表2 料液比對生姜去皮效果的影響Table 2 The influence of the substrate concentration and enzyme concentration ratio on the effect of ginger peeling

圖1 料液比對生姜去皮效果的影響Fig.1 The influence of the substrate concentration and enzyme concentration ratio on the effect of ginger peeling

表3 酶的復配比例對生姜去皮效果的影響Table 3 The influence of the compound proportion of the enzymes on the effect of ginger peeling

圖2 酶的復配比例對生姜去皮效果的影響Fig.2 The influence of the compound proportion of the enzymes on the effect of ginger peeling

由結果可知，果膠酶與纖維素酶的復配比例為1∶2.5（g/g）時，去皮效果最好，且能同時保證去皮后生姜的形狀、顏色和質地。此外，1∶3（g/g）的配比對顏色影響不大，但對外形和質地有一定影響，原因可能是不斷加量的纖維素酶與生姜肉中部分纖維素發生水解所致，因此，纖維素酶的用量不宜太高。

2.1.3 復合酶濃度對生姜去皮效果的影響

按照1.2.2.3中的試驗方法，考察復合酶的不同濃度（0.10%、0.20%、0.30%、0.40%、0.50%和 0.60%）對生姜去皮效果的影響，結果見表4、圖3。

表4 復合酶濃度對生姜去皮效果的影響Table 4 The influence of the enzyme concentration on the effect of ginger peeling

圖3 復合酶濃度對生姜去皮效果的影響Fig.3 The influence of the enzyme concentration on the effect of ginger peeling

由結果可知，酶濃度太低，盡管能很好保持姜的品質，但去皮不徹底，不能完全解決生姜加工脫皮工藝需求；隨著酶濃度增高，去皮效果明顯，盡管對生姜質地有一定影響，但酶濃度增加至0.40%時，生姜質地仍能得到較好保持。綜合考慮，選擇復合酶濃度為0.40%，效果最佳。

2.1.4 酶解液pH對生姜去皮效果的影響

由于試驗所用果膠酶的作用pH值為2.5～6.0，纖維素酶的作用pH值為4.0～6.0，故試驗中復合酶液的pH 設計了 2、3、4、5、6 5 個因素，按照 1.2.2.4 中的試驗方法，考察酶解液在不同pH條件下對生姜去皮效果的影響，結果見表5、圖4。

表5 酶解液pH對生姜去皮效果的影響Table 5 The influence of pH in the enzyme solution on the effect of ginger peeling

圖4 酶解液pH對生姜去皮效果的影響Fig.4 The influence of pH in the enzyme solution on the effect of ginger peeling

由結果可知，pH值太小，去皮效果不佳，可能是由于纖維素酶活性受到抑制的緣故。pH值為5時，酶活力較大，去皮效果較好，但生姜品質受到一定影響。而pH值為4時，去皮效果和質地都能達到最好。

2.1.5 酶解液溫度對生姜去皮效果的影響

按照1.2.2.5中的試驗方法，考察不同酶解溫度（20、30、40、50、60℃）對生姜去皮效果的影響，結果見表 6、圖 5。

表6 酶解液溫度對生姜去皮效果的影響Table 6 The influence of temperature in the enzyme solution on the effect of ginger peeling

由結果可知，酶解溫度過低，酶活不能達到最佳能力，去皮效果不徹底；當酶液溫度過高時，酶的活力逐漸降低，也不能達到最佳去皮效果；而當酶解溫度為40℃時，生姜不僅去皮效果最好，其對組織、質地的損傷程度也明顯低于高溫情況。

圖5 酶解溫度對生姜去皮效果的影響Fig.5 The influence of temperature in the enzyme solution on the effect of ginger peeling

2.1.6 酶解時間對生姜去皮效果的影響

按照1.2.2.6中的試驗方法，考察不同酶解時間（30、40、50、60 min）對生姜去皮效果的影響，結果見表7、圖 6。

表7 酶解時間對生姜去皮效果的影響Table 7 The influence of enzymatic hydrolysis time on the effect of ginger peeling

圖6 酶解時間對生姜去皮效果的影響Fig.6 The influence of enzymatic hydrolysis time on the effect of ginger peeling

由結果可知，酶解時間達到50 min時，生姜去皮效果最好，而酶解時間低于50 min時，盡管生姜品質保持良好，但不能實現完全去皮的效果，因此不符合試驗需要。由圖也可看出，隨著酶解時間的延長，酶解前期評分的變化趨勢較大，可能由于復合酶的作用時間不夠，因此去皮效果差異性較大造成的；但當酶解時間達到50 min時，再延長酶解時間10 min，評分反而會下降，但是評分變化趨勢較酶解前期變得沒那么明顯，這是由于復合酶解時間已達去皮效果，但這個時間段的酶解反應不足以使得生姜的質地有明顯損傷。因此，試驗選擇50 min作為最佳酶解時間進行生姜去皮。

2.2 正交試驗結果

根據圖6單因素試驗結果，由于酶解50 min能達到理想去皮效果，而反應時間分別為40、60 min時評分值下降趨勢不太明顯，說明50 min反應時間較理想，為了減少試驗次數，正交設計時不考慮酶解時間的影響，確定為50 min。根據圖1、圖3，料液比與復合酶濃度都有較大影響，但考慮到酶在溶液中反應的真實環境，所以確定復合酶濃度為0.40%，以料液比為研究對象設計正交試驗。而圖2、圖4、圖5結果表明，酶的復配比例、酶解溫度、pH對結果影響都較大，且都不能忽視，因此最終確定酶的復配比例、料液比、酶解溫度和酶解pH進行四因素三水平正交試驗（表8），對生姜最佳酶解去皮工藝進行優化。正交試驗因素水平表見表8，正交試驗結果見表9。

表8 正交試驗因素水平表L9（34）Table 8Factors and levels of orthogonal test L9（34）

表9 正交試驗結果Table 9 Results of orthogonal experiment

正交試驗結果表明（表9），影響生姜酶解去皮效果的因素主次順序為：酶的復配比例＞酶解pH＞酶解溫度＞料液比。最佳去皮酶解工藝為A2B3C2D2，即：酶的復配比例為 1 ∶2.5（g/g），料液比為 1 ∶3.5（g/mL），酶解溫度為40℃，酶解pH值為4。此酶解工藝條件下，生姜的去皮感官評分為92，與單因素試驗結果A2B2C2D2（感官評分96）相比，最后選擇A2B2C2D2為最佳酶解去皮工藝條件。

3 結論

通過單因素試驗與正交試驗，確定了生姜的最佳酶解去皮工藝：酶的復配比例為1∶2.5（g/g），料液比為1∶3（g/mL），復合酶濃度為0.40%，酶解溫度為40℃，酶解pH值為4，酶解時間為50 min。在此酶解工藝條件下，生姜去皮效果最好，感官評分為96。

該酶解去皮法針對生姜皮的結構特點，針對性強，效果好，且處理溫和，操作、食用安全，有效地解決了生姜去皮的難題，大大節約了勞動力、生產成本與生產時間，對生姜加工產業具有重要的實際意義。

[1] 王姝,梁翠茵.生姜藥理作用的研究進展[J].衛生職業教育,2014,32(22)：148-150

[2] 孫宏春,王文亮,李海雷,等.生姜在食品加工中的開發現狀及發展前景[J].中國食物與營養,2008(1)：34-36

[3] 吳曉憊,顧龔平,張衛明,等.姜綜合利用及深加工技術研究進展[J].中國野生植物資源,2003,22(3)：5-9

[4] 湯先祥.生姜去皮法[J].中國釀造,1993(3)：33-35

[5] 羅曉娟,程松,潘英妮,等.不同地區姜與姜皮的質量評價[J].中國調味品,2014,24(8)：35-37

[6] 張智峰,纖維素改性研究進展[J].化工進展,2010,29(8)：1493-1501

[7] 張學杰,郭科,蘇艷玲.果膠研究新進展[J].中國食品學報,2010,10(1)：167-174

[8] 白永亮,袁根良,杜冰,等.復合酶解結合超高壓技術制備香蕉汁的工藝優化[J].農業工程學報,2013,29(2)：273-279

[9] 林慧敏,鄧尚貴,龐杰,等.復合酶解帶魚蛋白制備亞鐵螯合多肽的工藝優化[J].中國食品學報,2011,11(8)：87-94

[10]周艷華,馬美湖,蔡朝霞,等.復合酶解可溶性蛋膜蛋白制備多肽的工藝優化[J].食品科學,2010,31(2)：92-97

[11]呂一舟,尹國民,楊哪,等.酶法去板栗皮技術的研究[J].食品工業科技,2012,33(24)：219-222

The New Peeling Technology of Ginger by Compound Enzymes Method

LIU Bo，YUAN Li-peng*，LIU Xu-guang

（Guangdong AIB Polytechnic College，Guangzhou 510507，Guangdong，China）

The traditional peeling technology of ginger was improved，and the conditions of the new peeling technology of ginger by compound enzymes method were studied.Peeling effect as the evaluation index，the compound proportion of the enzymes，the ratio of the substrate concentration and enzyme concentration，the enzyme concentration，the temperature，the time and the pH value were preliminary found through the single factor experiment.Then the best peeling technology of ginger by compound enzymes method was optimized through the orthogonal experiment.Experimental results showed that the optimum enzyme hydrolysis conditions of the ginger peeling was：the compound proportion of pectinase and cellulase was 1 ∶2.5（g/g），the ratio of the substrate concentration and enzyme concentration was 1∶3（g/mL），the enzyme concentration was 0.40%，the temperature was 40℃，the pH of enzyme solution was 4，and the hydrolysis time was 50 min.

peeling of ginger；cellulase；pectinase；enzymatic hydrolysis

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.14.024

廣東省教育廳高等學校優秀青年教師培養計劃項目（2014145）

劉波（1980—），女（漢），講師，碩士研究生，研究方向：農產品加工與質量檢測。

*通信作者：袁利鵬（1979—），男，副教授，研究方向：農產品加工與質量檢測。

2016-03-29