復配酶在蘋果汁澄清加工中的應用研究

張海燕，劉玉琦，劉靚，劉敏堯，郭梅*

（1.天津農學院 食品科學與生物工程學院，天津 300384；2.天津諾奧酶生產力促進有限公司，天津 300399）

蘋果是世界四大水果之一，果汁是蘋果最主要的加工產品，占世界蘋果加工產品總量的90%以上。我國的蘋果種植面積和產量占全球一半以上，以這種資源優勢為基礎，蘋果汁近年來發展迅速，生產規模快速擴張[1]。中國海關的統計數據表明，2020年我國出口的蘋果汁、梨汁、菠蘿汁等果汁的數量較2019年有不同幅度增加。蘋果汁是我國產量最大和出口量最大的果汁，出口量占我國出口果蔬汁總量的86%以上[2]。

蘋果汁的加工采用傳統的直接壓榨法出汁率較低，主要是因為水果細胞壁中含有果膠質、纖維素和半纖維素等多糖類物質。隨著蘋果汁市場需求的不斷增加，其加工技術水平不斷提高，生產規模也在不斷擴大[3]。采用酶解法可以提升出汁率，酶解可破壞果實細胞壁的纖維素、半纖維素和果膠等物質，導致細胞壁降解，使細胞交聯斷裂，降低果漿黏度，果汁變得澄清透亮，還可簡化加工工藝[4-7]。果膠酶可以快速分解果膠，降低榨汁的黏度，有利于果汁的過濾，濾液更為澄清，還可以減少化學澄清劑的用量，改善果汁質量[8-9]；纖維素酶可以提高細胞膜和細胞壁的通透性，使細胞內容物加快溶出，加工安全易控[10]；木聚糖酶則可以制備功能性寡糖，降低果汁濁度使之澄清；果汁的過濾性與其濁度呈反比，用木聚糖酶處理后的果汁過濾性增加[11-13]。

國內對蘋果汁酶解澄清的研究也有報道，現有的研究大多局限于單一酶的應用研究。由于復配酶的使用不僅可以降低酶的使用量、生產成本，還可以提高酶的利用效率、提高鮮果出汁率，高效便捷[14-17]。因此，本試驗通過研究復配酶（果膠酶、纖維素酶和木聚糖酶）的酶解工藝，探討果膠酶添加量、纖維素酶添加量、木聚糖酶添加量、酶解時間4個因素對蘋果出汁率和蘋果汁澄清度的影響，以期獲得出汁率高和澄清度高的蘋果汁。

澄清度的測定[18]：采用紫外-可見光分光光度計在660 nm處測定蘋果汁的透光率（%），以蒸餾水為參比。

1.2.4 單因素試驗

選擇果膠酶添加量、纖維素酶添加量、木聚糖酶添

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蘋果（紅富士）：市售；果膠酶（酶活 3萬 U/g）、纖維素酶（酶活10萬U/g）、木聚糖酶（酶活15萬U/g）：天津諾奧酶生產力促進有限公司。

榨汁機（JYL-C020）：九陽股份有限公司；數顯恒溫水浴鍋（HHS型）：江蘇金壇市金城國盛實驗儀器廠；紫外-可見光分光光度計（UV755B型）：上海佑科儀器儀表公司；電子天平（FA2004型）：北京塞多利斯儀器有限公司；高速臺式離心機（16WS型）：湖南湘儀離心機儀器有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程

蘋果→清洗、挑選→切塊（加抗壞血酸0.1%護色）→榨汁→酶解→過濾→滅酶→離心→灌裝→殺菌→澄清蘋果汁。

1.2.2 操作要點

1）榨汁、酶解、過濾：挑選新鮮、無蟲害、無腐爛蘋果，用清水沖洗，切成塊狀，浸泡于0.1%的抗壞血酸水溶液中護色，按料液比1∶1（g/mL）混合榨汁后，將其預熱至50℃，在充分攪拌下加入一定量復配酶（果膠酶、纖維素酶和木聚糖酶）進行酶解。蘋果汁酶解后采用150目工業篩網濾袋過濾。

2）滅酶、離心、灌裝、殺菌：采用85℃滅酶2 min，冷卻后6 000 r/min離心4 min，得到澄清蘋果汁。

1.2.3 指標的測定

出汁率的計算公式如下。加量、酶解時間為考察因素，酶解pH4，酶解溫度50℃，以出汁率和澄清度為檢測指標進行單因素試驗。

1.2.4.1 果膠酶添加量對蘋果出汁率和蘋果汁澄清度的影響

固定纖維素酶添加量為0.07%，木聚糖酶添加量為0.005%，酶解時間1 h，考察果膠酶添加量為0.04%、0.07%、0.10%、0.13%、0.16%條件下的蘋果出汁率和蘋果汁澄清度。

1.2.4.2 纖維素酶添加量對蘋果出汁率和蘋果汁澄清度的影響

固定果膠酶添加量為0.07%，木聚糖酶添加量為0.005%，酶解時間1 h，考察纖維素酶添加量為0.01%、0.03%、0.05%、0.07%、0.09%條件下的蘋果出汁率和蘋果汁澄清度。

1.2.4.3 木聚糖酶添加量對蘋果出汁率和蘋果汁澄清度的影響

固定果膠酶添加量為0.07%，纖維素酶添加量為0.07%，酶解時間1 h，考察木聚糖酶添加量為0.005%、0.010%、0.015%、0.020%、0.025%條件下的蘋果出汁率和蘋果汁澄清度。

1.2.4.4 酶解時間對蘋果出汁率和蘋果汁澄清度的影響

固定果膠酶添加量為0.07%，纖維素酶添加量為0.07%，木聚糖酶添加量為0.005%，考察酶解時間為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5h條件下的蘋果出汁率和蘋果汁澄清度。

1.2.5 正交試驗

根據單因素試驗的結果，進行L9（34）正交試驗，確定出利用復配酶制取澄清蘋果汁的最佳工藝參數。因素水平見表1。

表1 正交試驗因素水平Table 1 Factors and levels of orthogonal tests

1.3 數據處理

每個數據均為3次試驗的平均值，使用EXCEL軟件對數據進行統計分析并繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 果膠酶添加量對蘋果出汁率和蘋果汁澄清度的影響

果膠酶添加量對蘋果出汁率和蘋果汁澄清度的影響見圖1。

圖1 果膠酶添加量對蘋果出汁率和蘋果汁澄清度的影響Fig.1 Effects of pectinase addition on apple juice yield and apple juice clarity

由于蘋果中含有大量的果膠，在破碎壓榨過程中會因膠體黏著性導致汁液流出受阻。果膠酶可以催化果膠解聚、降低果汁黏度，提高原料出汁率和原料利用率[19-20]。由圖1可以看出，出汁率隨果膠酶添加量的增加而增大，當果膠酶添加量大于0.10%時，果汁的出汁率增加不明顯；同樣，澄清度隨著果膠酶添加量的增加而提高，當果膠酶添加量大于0.10%時，果汁的澄清度變化趨于平穩。考慮成本問題，選擇果膠酶添加量為0.07%、0.10%、0.13%進行正交試驗。

2.2 纖維素酶添加量對蘋果出汁率和蘋果汁澄清度的影響

纖維素酶添加量對蘋果出汁率和蘋果汁澄清度的影響見圖2。

圖2 纖維素酶添加量對蘋果出汁率和蘋果汁澄清度的影響Fig.2 Effects of cellulase addition on apple juice yield and apple juice clarity

纖維素酶可水解纖維素，破壞細胞壁，同時釋放出被其夾裹的果膠，以便被果膠酶水解。由圖2可以看出，出汁率和澄清度都隨纖維素酶添加量的增加而增大，當纖維素酶添加量大于0.05%時，出汁率和澄清度增加均不明顯，綜合出汁率和澄清度考慮，選擇纖維素酶添加量為0.03%、0.05%、0.07%進行正交試驗。

2.3 木聚糖酶添加量對蘋果出汁率和蘋果汁澄清度的影響

木聚糖酶添加量對蘋果出汁率和蘋果汁澄清度的影響見圖3。

圖3 木聚糖酶添加量對蘋果出汁率和蘋果汁澄清度的影響Fig.3 Effects of xylanase addition on apple juice yield and apple juice clarity

木聚糖酶能夠水解半纖維素，促使細胞壁破碎，將木聚糖酶與果膠酶、纖維素酶以適量配比共同作用，能更大程度地破壞植物細胞，進而提高出汁率和澄清度[21-22]，同時又能有效地降低果汁黏度[15]。由圖3可見，當木聚糖酶添加量為0.010%時，出汁率達到最高；當木聚糖酶添加量為0.015%時，澄清度達到最高，因此選擇木聚糖酶添加量為0.005%、0.010%、0.015%進行正交試驗。

2.4 酶解時間對蘋果出汁率和蘋果汁澄清度的影響

酶解時間對蘋果出汁率和蘋果汁澄清度的影響見圖4。

圖4 酶解時間對蘋果出汁率和蘋果汁澄清度的影響Fig.4 Effects of enzymolysis time on apple juice yield and apple juice clarity

由圖4可以看出，隨酶解時間的延長，出汁率和澄清度均在增加，且增加速率越來越慢，當酶解時間大于2.0 h時，酶解時間的延長對出汁率和澄清度影響不明顯，反而會影響生產效率，綜合生產時間成本因素，選擇酶解時間為1.5、2.0、2.5 h進行正交試驗。

2.5 正交試驗結果

2.5.1 正交試驗的結果與分析

選用L9（34）正交表，試驗結果與極差分析見表2和表3。

表2 L9（34）正交試驗結果Table 2Results of L9（34）orthogonal tests

由表3極差分析可知，影響蘋果出汁率的主次因素順序為果膠酶添加量＞纖維素酶添加量＞酶解時間＞木聚糖酶添加量。以出汁率為指標時，酶解的最佳組合是A2B2C2D2，果膠酶添加量為0.10%，纖維素酶添加量為0.05%，木聚糖酶添加量為0.010%，酶解時間2.0 h。影響蘋果汁澄清度的主次因素順序為纖維素酶添加量＞酶解時間＞木聚糖酶添加量＞果膠酶添加量。以澄清度為指標時，酶解的最佳組合是A2B2C3D2，果膠酶添加量為0.10%，纖維素酶添加量為0.05%，木聚糖酶添加量為0.015%，酶解時間2.0 h。

表3 正交試驗極差分析Table 3 Range analysis of orthogonal tests

2.5.2 驗證試驗

為確保試驗結果的準確性，對極差分析得到的最佳組合A2B2C2D2、A2B2C3D2與正交試驗中的最高出汁率組合A3B2C1D2、最高澄清度組合A2B2C1D1進行驗證試驗，結果見表4。

表4 驗證試驗結果Table 4 Results of verification test

由表4可知，在A2B2C2D2組合條件下，出汁率為91.6%，澄清度達96.3%。對以上結果綜合考慮，選擇復配酶酶解蘋果汁的最佳工藝條件為A2B2C2D2，即果膠酶添加量為0.10%，纖維素酶添加量為0.05%，木聚糖酶添加量為0.010%，酶解時間2.0 h。

3 結論

通過單因素試驗考察了果膠酶添加量、纖維素酶添加量、木聚糖酶添加量、酶解時間對蘋果出汁率和蘋果汁澄清度的影響，通過正交試驗和驗證試驗，確定最佳酶解工藝參數：果膠酶添加量為0.10%，纖維素酶添加量為0.05%，木聚糖酶添加量為0.010%，酶解時間2.0 h，此條件下，得到的蘋果出汁率為91.6%，蘋果汁澄清度為96.3%。該工藝操作簡單，成本較低，具有良好的應用前景。