復合酶對枸杞果汁出汁率的影響

任旭桐 崔振華 邱佳 徐桂花 劉敦華 歷媛媛

摘要?為了保證枸杞果汁良好的感官品質，提高出汁效率，試驗以枸杞果汁為原料，通過添加果膠酶、半纖維素酶，調整二者復合比例，考察在不同溫度以及酶解時間等條件下，復合酶對枸杞果汁出汁率的影響，研究表明枸杞果汁中添加2.5 g/L復合酶（果膠酶與半纖維素酶比例為2∶1），在50 ℃下酶解120 min，出汁率可達87.12%，明顯提高了枸杞果汁的出汁率。

關鍵詞?枸杞;復合酶;出汁率

中圖分類號?TS275.5文獻標識碼?A

文章編號?0517-6611（2019）22-0175-03

Abstract?In order to ensure the good sensory quality of Lycium chinense juice and improve the juice yield，in this experiment， L. chinense juice was used as raw material. By adding pectinase and hemicellulase， the ratio of the two enzymes was adjusted，the factors influencing the juice yield of L. chinense were investigated under different temperature and enzymatic hydrolysis time. The results showed that adding 2.5 g/L complex enzyme （pectinase to hemicellulase ratio was 2∶1） to L. chinense juice and enzymatic hydrolysis was carried out at 50 ℃ for 120 min. The method was effective in improving the yield of L. chinense juice， and the juice yield could reach 87.12%.

Key words?Lycium chinense;Complex enzyme;Juice yield

枸杞（Lycium chinense）為茄亞目茄科枸杞屬灌木植物成熟果實，俗稱紅果子、狗牙子、牛右力、紅珠仔刺等，喜光照，耐鹽堿[1] ，主要產區為我國的西北5省區（陜、甘、寧、青、蒙）以及河北等地，其中“寧夏枸杞”享譽盛名，并作為唯一品種被載入《中國藥典》（2015版）[2] 。因其卓越的藥用價值及保健功效，自古以來就備受歷代醫藥學家推崇，明朝李時珍曾在其醫藥著作《本草綱目》中記錄：“春采枸杞葉，名天精草;夏采花，名長生草;秋采子，名枸杞子;冬采根，名地骨皮。”說明枸杞的葉、花、果實等都可作為藥材使用[3]，隨著現代醫學的發展，各項研究證明枸杞中的生物活性物質（黃酮類、生物堿、枸杞多糖、氨基酸、甾醇類等）具有增強人體免疫力、抗氧化、補肝養腎、養血補氣、益精明目、降三高、緩解疲勞、美容等多種藥理、生理功效[4]。為了充分利用枸杞鮮果的營養價值與藥用價值，避免鮮果運輸條件高、儲存時間短、易腐爛等問題，可將其制成汁液，雖然在一定程度上極大保留了枸杞營養物質，但是市面上出售的枸杞果汁很容易出現混濁、沉淀甚至變質等現象，這主要是因為枸杞果實細胞間的水溶性果膠和原果膠層部分難以分離以及游離的蛋白類、多酚類物質引起的，這種現象不僅會影響部分營養成分難以溶出，而且會影響后期感官品評。為了改變這種現狀需對枸杞果汁作進一步酶解處理，利用果膠酶和半纖維素酶復合作用高效性及特異性來分解果膠，使果肉細胞間水溶性果膠和原膠質層分離并將纖維素水解成寡糖或單糖的蛋白質，使果肉細胞中間層黏結物進一步分解，不僅有利于可溶性固形物的溶出，而且有利于枸杞中果膠類物質降解，破壞了它們的組織結構，使其失去膠凝作用，形成絮狀沉淀，從而使果肉和果汁更好地得以分離，極大改善了漿果型果汁飲料的壓榨性能以及出汁率[5-8]。

酶作為生物催化劑的一種，在相關酶的催化作用下，生物體內各項反應即便在溫和的條件下也能高效、特異地進行[9]，在果汁加工工藝中常常添加果膠酶、纖維素酶、半纖維素酶以及復合酶用于澄清果汁體系并提高出汁率。其中果膠酶主要由果膠酯酶和解聚酶兩大類組成，果膠酯酶可以將果膠水解，產物為半乳糖醛酸和甲醇[10]。半纖維素酶由黑曲菌的培養抽提液，經交聯葡聚糖凝膠的層析柱精制而得，可分解果膠，起到澄清作用[11]。將2種酶復合作用于食品飲料加工，不僅高效便捷，還可以提高鮮果出汁率[12]。筆者擬通過單因素試驗篩選，以出汁率作為最終評價指標，考察不同復合酶添加比例、添加量、酶解時間以及酶解溫度對果汁出汁率的影響，應用正交分析手段，確定提高枸杞果汁出汁率的最優工藝及方法[13-15]。

1?材料與方法

1.1?材料與試劑

枸杞果汁，寧夏紅枸杞產業集團有限公司提供;果膠酶30萬U/g，泰安信得利生物工程有限公司提供;半纖維素酶10萬U/g，上海權旺生物科技有限公司提供。

1.2?儀器與設備

AR224CN系列電子天平（0.000 1 g），上海奧豪斯儀器有限公司生產;SHJ-4水浴恒溫磁力攪拌器，常州亞特試驗儀器有限公司生產;PHS-3C精密pH測量儀，上海精密科學儀器有限公司生產;TGL-16G離心機，上海安亭科學儀器廠生產。

1.3?方法

1.3.1?單因素試驗。

以枸杞果汁為原材料，通過設置不同復合酶比例、酶量、酶解溫度以及酶解時間等相關條件，依次開展單因素試驗后，在3 000 r/min的參數下離心10 min，過濾后取上清液測定其質量，選擇可溶性固形物含量（%）和出汁率（%）為評價指標，探究在不同條件下復合酶對枸杞果汁出汁率的影響并繪制曲線圖。

F=M1M2×100%

式中，F為枸杞汁的出汁率（%）;

M1為離心后樣品上清液的質量（g）;M2為離心前樣品的質量（g）。

1.3.2?正交試驗。

考察復合酶添加比例、酶量（g/L）、酶解時間（min）以及酶解溫度（℃）4因素對枸杞果汁出汁率的影響，以出汁率（%）作為最終考察指標，應用正交分析手段，確定提高枸杞果汁出汁率的最優工藝及方法。因素水平見表1。

2?結果與分析

2.1?復合酶添加比例對枸杞果汁出汁率的影響

準確量取100 mL枸杞果汁，依次添加復合酶（果膠酶∶半纖維素酶），添加比例分別為1∶1、1∶2、2∶1、1∶3、3∶1，放置于50 ℃下酶解處理60 min后過濾取上層清液，分別測定枸杞果汁中可溶性固形物含量以及出汁率（圖1），根據分析結果確定復合酶添加比例。

由圖1可知，當果膠酶和半纖維素酶復合比例為1∶2時，可溶性固形物含量與出汁率2項指標均達到峰值，分別為18.04%和86.55%，說明在此條件下，復合酶的酶解作用最強，一方面通過分解果膠，使得細胞間的水溶性果膠與膠質層相分離并水解纖維素，將細胞之間黏結物相分離，極大地改善了可溶性固形物的溶出條件。另一方面復合酶破壞了膠類物質的結構，使果肉與汁液更好地分離，提高了果汁出汁率。但隨著復合酶比例的不斷調整，可溶性固形物含量與果汁出汁率反而有所下降，一方面可能是因為大量果膠質類物質被水解，在沉淀過程中吸附了體系中其他物質;另一方面酶解過程中，果汁溶液體系被破壞，一些蛋白類物質容易凝聚形成沉淀，從而影響果汁出汁率以及可溶性固形物的溶出。綜合考慮，確定3種復合酶（果膠酶∶半纖維素酶）添加比例分別為1∶1、1∶2、2∶1，并進行正交優化。

2.2?復合酶用量對枸杞果汁出汁率的影響

準確量取100 mL枸杞果汁，分別加入0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 g/L的復合酶，放置于50 ℃下酶解處理60 min后過濾取上層清液，分別測定枸杞果汁中可溶性固形物含量以及出汁率（圖2），根據分析結果確定復合酶用量。

由圖2可知，以可溶性固形物含量為例，隨著復合酶用量逐漸增大，其含量變化曲線整體呈現高斯分布，在0.5～1.5 g/L區間內，呈上升趨勢，這主要是因為復合酶相互作用水解果膠，并將膠質層部分分離逐步分解成寡糖或單糖的蛋白質，使得可溶性固形物易于溶出。但在1.5～3.0 g/L區間內，隨著復合酶用量的持續增加，可溶性固形物含量逐漸減少，說明此時果汁溶液體系中存在大量被酶解的果膠質，不斷吸附累積沉淀，導致可溶性固形物溶出減少。

以出汁率為例，隨著復合酶用量逐漸增大，枸杞汁的出汁率整體呈上升趨勢（尤其是在1.0～1.5 g/L內呈指數增長），說明復合酶促使溶液體系中果膠類物質水解，破壞膠質層，形成絮狀沉淀，將更多地汁液從果肉中分離出來，提高了出汁率。當復合酶用量大于2.0 g/L時，出汁率開始隨著酶量的增加趨勢逐漸趨于平緩，說明酶促反應進行的過程中，底物濃度不再減少，反應趨于飽和。綜合考慮，確定復合酶用量為1.5～2.5 g/L，并進行正交優化。

2.3?復合酶酶解時間對枸杞果汁出汁率的影響

準確量取100 mL枸杞果汁，加入1.0 g/L復合酶，放置于50 ℃下分別酶解處理10、20、30、60、90、120 min，然后過濾取上層清液分別測定枸杞果汁中可溶性固形物含量以及出汁率（圖3），根據分析結果確定酶解時間。

由圖3可知，以可溶性固形物為例，隨著復合酶酶解時間的延長，可溶性固形物含量也呈上升趨勢，在10～60 min內上升比較明顯，這說明在復合酶持續作用下，果膠類物質被逐漸分解，使得可溶性固形物持續溶出;而在60 min后可溶性固形物含量增加趨勢不是很明顯，在90～120 min內，可溶性固形物含量僅僅提高0.1%，說明因為酶解反應趨于平衡，可溶性固形物此時不再溶出，達到飽和狀態。

以出汁率為例，在10～60 min內，隨著酶解時間的延長出汁率顯著提高，說明在復合酶作用下果肉細胞不斷被分裂，果膠組織也被分解，提高了出汁率。當酶解時間超過60 min后，趨勢逐漸變緩，一方面說明果汁中果肉細胞組織及果膠基本被分解，另一方面酶解時間的延長導致部分酶失活，酶促反應停止。綜合分析，將復合酶酶解時間初步定為60～120 min，并進行正交優化。

2.4?復合酶酶解溫度對枸杞果汁出汁率的影響

準確量取100 mL枸杞果汁，加入1.0 g/L復合酶，分別放置于20、30、40、50、60、70 ℃下處理60 min，然后過濾取上層清液分別測定枸杞果汁中可溶性固形物含量以及出汁率（圖4），根據分析結果確定酶解溫度。

由圖4可知，以可溶性固形物為例，隨著酶解溫度的持續升高，其含量整體呈先上升后下降的趨勢，并在50 ℃時達到峰值，為17.83%。說明提高溫度可以加快酶促反應速率，可溶性固形物溶出速率加快，但當酶解溫度大于50 ℃后，較高的溫度使得酶分子結構中氫鍵等非共價鍵斷裂，直接破壞了酶的生物活性，導致酶失活，可溶性固形物溶出率降低。

以出汁率為例，在20～50 ℃內，隨著酶解溫度的持續增加，復合酶的活性增強，出汁率上升趨勢較為明顯，并在50～60 ℃內趨于平緩，當溫度大于60 ℃，出汁率又急速下降，說明溫度過高抑制了復合酶的生物活性，導致其失活，起不到提高出汁效率等相關作用。綜合分析，將復合酶酶解溫度初步定在40～60 ℃內，并進行正交優化。

2.5?正交分析

根據單因素試驗的篩選分析得到復合酶用量（g/L）、酶解溫度（℃）、酶解時間（min）以及復合酶添加比例等因素最佳工藝參數區間，選擇出汁率為評價指標，應用正交分析手段，確定提高枸杞果汁出汁率的最優工藝及方法，正交試驗設計見表2。

R值：1.716>1.715>1.709>1.705，A（復合酶用量）、B（酶解溫度）、C（酶解時間）、D（酶添加比例）4種因素對枸杞果汁出汁率的影響主次順序是A>B>D>C，根據出汁率以及K值比較，可知枸杞果汁最佳工藝參數是A3B2C3D3，即復合酶添加比例（果膠酶∶半纖維素酶）2∶1，復合酶用量2.5 g/L，酶解溫度50 ℃，酶解時間120 min。但在正交試驗中無此組合，需要開展驗證試驗，測得枸杞果汁出汁率為87.12%。

3?結論

試驗系統地研究了應用復合酶提高枸杞果汁出汁率的方法與工藝，利用復合酶水解果膠的特性，通過單因素篩選，運用正交分析及驗證試驗等手段，確定枸杞汁出汁率最佳工藝條件：枸杞果汁中添加2.5 g/L復合酶（果膠酶與半纖維素酶比例為2∶1），在50 ℃下酶解120 min，該方法用于提高枸杞果汁出汁率效果明顯，出汁率可達87.12%。從優化結果來看，一是解決了新鮮枸杞果汁易混濁、感官品質差等現象，提高了果汁出汁率;二是利用酶解處理的生物高效性，不破壞枸杞汁的自身營養成分，符合果汁加工行業趨向多元化、健康化、綠色化的發展態勢。

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