木瓜果汁澄清工藝的優化研究

李西騰，魏楠，鄭楠，黃璟如

（江蘇食品藥品職業技術學院食品學院，江蘇淮安223003）

木瓜果汁澄清工藝的優化研究

李西騰，魏楠，鄭楠，黃璟如

（江蘇食品藥品職業技術學院食品學院，江蘇淮安223003）

以果膠酶為澄清劑，以透光率為指標，通過單因素試驗，研究果膠酶用量、酶解溫度、酶解時間和酶解pH值對木瓜果汁澄清度的影響，并采用響應面法對澄清工藝進行優化。果膠酶對木瓜果汁澄清的最佳工藝條件為：酶用量580mg/L、酶解時間2.4h、酶解溫度49℃、酶解pH值為3.3。用優選方案所制備的木瓜果汁透光率為98.13%，澄清效果好。

木瓜果汁；果膠酶；澄清；優化

木瓜為薔薇科屬，主要分布在我國南方地區，木瓜含有多種營養成分，含有豐富的碳水化合物、蛋白質、礦物質和多種維生素，稱為百益之果[1-2]。木瓜還含有木瓜酚、黃酮等活性成分，具有健脾胃、消暑解渴、降血脂、降血壓、提高人體免疫力等保健功能[3-6]。木瓜果漿汁中含有一定的果膠物質，會導致渾濁，并產生沉淀現象，需要對木瓜果汁進行澄清。果膠酶能使果膠物質水解，使果汁的黏性降低，果汁變得清澈，果膠酶水解具有條件溫和、操作簡便、水解快速、效果明顯等特點，廣泛用于果汁加工中[7-11]。

本試驗利用果膠酶作為澄清劑對木瓜果汁進行澄清處理，以木瓜果汁的透光率為指標，通過響應面優化試驗確定果膠酶澄清果汁的最佳工藝，試圖為木瓜果汁的生產提供優化的工藝參數。

1 材料與方法

1.1 原料與儀器

木瓜：市售充分成熟的番木瓜，江蘇淮安蘇果超市；果膠酶（10萬U/g）：深圳恒生生物科技有限公司。

JYL-C012九陽料理機：九陽股份有限公司；GKC214恒溫水浴鍋：常州國華儀器有限公司；722分光光度計：上海佑科儀器儀表有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 木瓜果汁的制備[10]

木瓜→清洗→去皮、去籽→打漿→加熱滅酶（95℃，1 min）→果膠酶處理→過濾（120目雙層紗布）→清汁

1.2.2 測定方法

果汁澄清度的測定：采用分光光度法[12]。以蒸餾水作參比，于700 nm波長下用722分光光度計測定透光率，用透光率T（%）表示果汁的澄清度。

1.2.3 單因素試驗

1.2.3.1 果膠酶用量的選擇

用1 mol/L的HCl調整木瓜原汁的pH值為4.0，分別加入 100、200、300、400、500、600 mg/L 的果膠酶，混勻后在45℃下酶解2 h。以透光率為指標確定酶用量，試驗重復進行3次取平均值。

1.2.3.2 酶解時間的選擇

調整木瓜原汁的pH值為4.0，加入500 mg/L的果膠酶，混勻，在 45 ℃下分別酶解 1、1.5、2、2.5、3、3.5 h。以透光率為指標選擇合適的的酶解時間。

1.2.3.3 酶解溫度的選擇

調整木瓜原汁的pH值為4.0，加入500 mg/L的果膠酶，混勻，分別在 30、35、40、45、50、55 ℃ 下酶解 2 h。以透光率為指標選擇適宜的酶解溫度。

1.2.3.4 果汁pH值的選擇

用1 mol/L的HCl調整木瓜原汁的pH值分別為2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5，加入 500 mg/L 的果膠酶，混勻，在45℃下酶解2 h。以透光率為指標選擇合適的pH值。

1.2.4 響應面試驗設計

以果膠酶用量、酶解時間、酶解溫度、果汁pH值為參數，以透光率為指標進行響應面設計，對果膠酶澄清木瓜果汁的工藝進行優化（見表1）。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。

表1 Box-Behnken設計試驗因素水平表Table 1 Factors and levels of the Box-Behnken design

2 結果與分析

2.1 果膠酶用量對果汁透光率的影響

不同果膠酶用量對木瓜果汁澄清效果的影響結果見圖1。

圖1 果膠酶用量對果汁透光率的影響Fig.1 Effect of enzyme concentration on juice clarity of pawpaw

從圖1可以看出，透光率隨著果膠酶用量的增加而迅速增大；果膠酶用量大于500 mg/L時，透光率增加緩慢。果膠酶用量少時，果膠物質分解不完全，澄清效果差；用量過多時，酶蛋白又會使果汁產生混濁，而且增加了成本。因此，選擇果膠酶用量為500 mg/L。

2.2 酶解時間對果汁透光率的影響

在45℃，果膠酶用量為500 mg/L的條件下考察酶解時間對木瓜果汁澄清效果的影響，結果見圖2。

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

由圖2可以看出，在2 h之內，木瓜果汁的透光率隨著時間的增加而增大，2 h之后透光率的不再升高，說明果膠物質基本完全分解，透光率不再增加。因此選擇酶解時間2 h較為適宜。

2.3 酶解溫度對果汁透光率的影響

在酶解時間2 h和果膠酶用量為500 mg/L時，考察不同溫度下果膠酶對果汁澄清效果的影響，結果見圖3。

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 pawpaw

由圖3可知，45℃之前，木瓜果汁的透光率隨著溫度的升高而增加，45℃之后，透光率下降。果膠酶的活性在一定溫度范圍內，隨著溫度的升高而增大，當溫度過高時，酶的活性受到抑制，透光率也就相應降低。因此，優化試驗選擇的果膠酶的酶解溫度為45℃。

2.4 pH值對果汁透光率的影響

不同pH值對木瓜果汁澄清效果的影響結果見圖4。

圖4 pH值對果汁透光率的影響Fig.4 Effect of pH on juice clarity of pawpaw

由圖4可知，透光率隨著pH值的升高而增大。當pH值達到3.5時，透光率最大，而后，當pH值繼續升高，透光率下降。因此，選擇pH值為3.5左右。

2.5 響應面試驗結果與分析

響應面試驗的方案與結果見表2。

表2 Box-Behnken試驗設計方案及結果Table 2 Experimental design and results of Box-Behnken

利用Design-Expert 8.06軟件將表2數據進行回歸擬合，得到響應值（透光率Y）對影響透光率的因素A（酶用量）、B（時間）、C（溫度）和 D（pH 值）的二次多項式回歸方程為：Y=85.63+13.80 A-1.01B+15.15C-15.97D+4.43AB+3.16AC+7.99AD+8.34BC-4.39BD+4.96CD-10.82A2-6.04B2-15.83C2-13.67D2。模型的方差分析結果見表3。

表3 回歸方程系數顯著性檢驗Table 3 Regression coefficients and their significance test

續表3 回歸方程系數顯著性檢驗Continue table 3 Regression coefficients and their significance test

由表3可以看出，該模型的一次項、二次項和交互項中的 A、C、D、AD、BC、A2、B2、C2、D2為顯著項。回歸方程整體模型顯著，失擬項不顯著，表明擬合度較好，模型能反應響應值變化，透光率的變化可以用該模型預測。

根據回歸方程得出不同因素的響應面結果見圖5～圖10，從圖可以看出多個變量對響應值的影響，曲面越陡峭，該因素對響應值的影響越顯著。酶用量、溫度和pH值對透光率的影響都是明顯的，因為曲面比較陡峭，而酶解時間的曲面比較平緩，所以是不明顯的。而響應面的等高線圖為橢圓形，則表明2個因素的交互作用明顯，如為圓形則兩者之間的交互作用不明顯，從圖中可以看出酶用量和酶解時間、酶用量和酶解溫度、酶解時間和pH值、酶解溫度和pH值的交互作用不明顯，果膠酶用量和pH值、酶解時間和酶解溫度交互作用明顯。

圖5 果膠酶用量和酶解時間對果汁透光率的影響Fig.5 Effects of enzyme concentration and hydrolysis time on juice clarity

圖6 果膠酶用量和酶解溫度對果汁透光率的影響Fig.6 Effects of enzyme concentration and hydrolysis temperature on juice clarity

圖7 酶解時間和酶解溫度對果汁透光率的影響Fig.7 Effects of hydrolysis time and hydrolysis temperature on juice clarity

圖8 果膠酶用量和pH值對果汁透光率的影響Fig.8 Effects of enzyme concentration and pH on juice clarity

圖9 酶解時間和pH值對果汁透光率的影響Fig.9 Effects of hydrolysis time and pH on juice clarity

圖10 酶解溫度和pH值對果汁透光率的影響Fig.10 Effects of hydrolysis temperature and pH on juice clarity

2.6 最佳工藝條件確定及驗證

通過計算分析，得到最大響應值所對應的因素條件為：酶用量578.01 mg/L、酶解時間2.42 h、酶解溫度48.59℃、pH 3.32，模型預測果汁透光率值為98.91%。為了方便操作，工藝調整為酶用量580 mg/L、酶解時間2.4 h、酶解溫度49℃、pH3.3，在此基礎上進行3次澄清工藝試驗，得到透光率平均值為98.13%，與預測值接近，說明響應面法優化果膠酶澄清木瓜果汁的優化模型較為可靠。

3 結論

利用響應面法優化果膠酶澄清木瓜果汁的工藝，得到最佳工藝參數組合為：酶用量580 mg/L、酶解時間2.4 h、酶解溫度49℃、pH值3.3，在此條件下，木瓜果汁透光率的預測值為98.91%，實測值為98.13%，澄清效果較好。

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Study on Optimal Clarification Process of Pawpaw Fruit Juice

LI Xi-teng，WEI Nan，ZHENG Nan，HUANG Jing-ru
（School of Food，Jiangsu Food&Pharmaceutical Science College，Huai'an 223003，Jiangsu，China）

The pawpaw fruit juice was clarified by pectinase，and the effect of enzyme concentration，hydrolysis time，hydrolysis temperature and hydrolysis pH on juice light transmittance were investigated.The result of re sponse surface optimization experiment was as follows：enzyme concentration 580 mg/L，the hydrolysis time 2.4 h，the hydrolysis temperature 49℃，and the hydrolysis pH 3.3.Under this optimal condition，the average transmittance of pawpaw fruit juice was 98.13%，the effect of clarification was good.

pawpaw juice；pectinase；clarification；optimization

2016-10-03

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.14.021

李西騰（1969—），男（漢），講師，碩士，主要從事食品生物技術方向的研究。