復合酶制備番茄胡蘿卜混合果汁的工藝優(yōu)化

中圖分類號：S609 文獻標志碼：A 文章編號：1001-4330（2025）04-0944-10

0引言

【研究意義】新疆是我國優(yōu)質蕃茄和胡蘿下資源的主產區(qū)[1]，番茄富含番茄紅素、酚類化合物、VC和VA，胡蘿卜含有類胡蘿卜素和人體必須的氨基酸等[2-4]，制成復合蔬菜汁更具營養(yǎng)價值和保健功能[5]。出汁率是果汁加工的重要評價指標。傳統(tǒng)榨汁工藝難以徹底破壞細胞壁、細胞膜等生物屏障，導致果肉細胞不能被充分破碎，存在出汁率低和營養(yǎng)物質無法完全釋放等問題[6-7]。【前人研究進展】目前常用于提高出汁率的方法有機械法和酶法2種，因酶解具有專一性、特異性、成本低和無有機殘留等特點，在食品工業(yè)中廣泛應用[8]。植物細胞壁主要由果膠、蛋白質、纖維素等大分子物質組成[9。果蔬細胞壁結構不同，破壁處理需要使用的酶也不同[10]。研究發(fā)現(xiàn)，酶解有降低果汁粘度和澄清度，提高多酚類物質和改善果汁感官特性的作用[\"]。混合酶可以針對不同的底物及位點，能夠加快水解速度，減少酶的用量，有利于降低生產成本[1]。有研究表明，在番茄中加入復合酶可以提高中酚類化合物含量、番茄紅素含量和抗氧化活性[12]。在胡蘿卜槳中，纖維素酶和果膠酶在酶解胡蘿卜漿時具有協(xié)同作用。但是，復合酶解胡蘿卜時，纖維素酶對胡蘿卜的出汁率及可溶性固形物含量影響較小，無法完全破壞細胞壁[13]，因此對復合酶酶解工藝的研究至關重要。【本研究切入點】以番茄和胡蘿卜為原料制備混合蔬菜汁有益于營養(yǎng)和風味的互補，但目前關于此類飲料的復合酶解工藝及其對出汁率等關鍵品質研究尚少。需優(yōu)化復合酶制備番茄胡蘿卜混合果汁的工藝，篩選最佳工藝條件。【擬解決的關鍵問題】以胡蘿卜、番茄混合果汁為研究對象，研究復合酶比例、酶添加量、酶解時間及酶解溫度對出汁率和透光率的影響，在單因素試驗的基礎上，利用響應面優(yōu)化法優(yōu)化混合果汁的酶解工藝，提高果汁產品品質，為番茄胡蘿卜資源的開發(fā)利用提供科學依據(jù)，

材料與方法

1.1 材料

番茄和胡蘿卜為市售，挑選無損傷、無病害的果實用于試驗。胡蘿卜經(jīng)洗凈、去皮、切片后熱燙3～5min ，以料：水 τ=1：1 的比例打漿 1min 。番茄清水洗凈后熱燙 1min ，去皮并除去果柄花萼，打漿 45s 。番茄果漿和胡蘿 h 果漿按1：2復配時，復配果汁風味較好，酸甜適中，感官評分較高，因此選擇番茄果漿與胡蘿卜果漿比例1：2試驗。將打漿后的番茄果槳和胡蘿卜果漿按1：2混合，得到的混合果漿設置為對照組（CK）;酶解后的果漿是將番茄胡蘿卜果汁按1：2混合，酶解后于 85°C 下滅酶 5min 進行滅菌處理。果膠酶（ 50000μg^? ）、纖維素酶（ 50000μg^? ）、沒食子酸（純度 gt;98% ，上海源葉生物科技有限公司）；福林酚（北京索萊寶科技有限公司）；無水碳酸鈉（純度 gt;99.8% ，天津市致遠化學試劑有限公司）。

1.2 方法

1. 2.1 單因素試驗

試驗設計 $3 ＼colon 1 ＼ 、 2 ＼colon 1 ＼ 、 1 ＼colon 1 ＼ 、 1 ＼colon 2$ 和1：3五個復合酶比例；0、6、12、18、24和 30g/L 六個加酶量；30、60、90、120和 150min 五個時間參數(shù)；40、45、50、55和 60^°C 五個溫度參數(shù)。分別測定不同復合酶比例、加酶量、時間和溫度下混合果汁出汁率和透光率變化情況。

1. 2.2 響應面試驗

采用Box-Behnken試驗設計，以復合酶比例（纖維素酶/果膠酶）、加酶量（ 8/L ）、酶解時間（min）和酶解溫度（ C ）為考察因素，出汁率 （%） 和透光率（ 1% ）為響應值，每組3個平行。表1

1.2.3 出汁率

參考張程慧[9]方法計算出汁率。出汁率= 榨出的果蔬汁質量-加水量 X果質量100% 。

1.2.4 透光率

參考陳銘中[14]方法。取加酶處理和未加酶處理的復配果汁各 10mL ，以轉速 12000r/min 離心 20min ，取上清液。以透光率為指標，測定波長于 300～1000nm 區(qū)間（各波長間隔為 5nm ），測得番茄胡蘿卜復配果汁的最大吸收波長為705nm 。以蒸餾水為空白，在 705nm 下測定上清液的透光率值（以 T% 表示）。

表1 Box-Behnken試驗設計因素水平

1.2.5 總酚含量

酚類化合物采用福林酚試劑測定：將 1mL 過濾后 （0.45μm ）的溶液與 5mL0.2N 福林酚試劑混合，混合物中加入 4mL 飽和碳酸鈉溶液（ 7.5% ），搖勻。避光反應2h后，測定溶液在765nm 處的吸光度[15]。沒食子酸（GAE）在 20～ 125μg/mL 內線性良好，以沒食子酸濃度為 X ，吸光度為Y，繪制標曲，回歸方程為 Y=0.0056X+ 0.079 8，R²=0.999 6. 。結果以每毫升果汁中沒食子酸當量（ μgGAE/mL 表示。

1.2.6β-胡蘿卜素含量

于 1g 樣品中加入 1gCaCl₂?2H₂O 和50mL浸提溶液（ 50% 己烷、 25% 丙酮、 25% 乙醇、0.1%2.6- 二叔丁基對甲酚）。將混合物在 4^°C 下攪拌 20min 。加人 15mL 試劑級水后，將混合物在 4^°C 下再攪拌 10min 。用分液漏斗將含有類胡蘿卜素的有機相與水相分離并過濾。使用正己烷 +0.1%2，6- 二叔丁基對甲酚作為空白，在450nm 處用分光光度法測量濾液的吸光度[6]。

類胡蘿卜素濃度=吸光度×體積×104樣品質量

式中， A= 吸光度，體積 Σ=Σ 提取物的總體積，E_1cm^1%= 消光系數(shù)（對于己烷中的 β- 胡蘿卜素 Σ=Σ 2560），每組3個平行。

1.2.7 可溶性固形物

采用阿貝折光儀法測定TSS含量 （%） 。

1.2.8 抗氧化能力

1.2.8. 1 DPPH自由基清除能力

將 7.89mg DPPH溶于 100mL 乙醇中制備DPPH自由基溶液。在96孔平板上加入 100μL 的DPPH溶液和 100μL 測定被測樣品。在室溫下避光放置，反應 30min 后測定 517nm 處的吸光度，每組3個平行。

式中， .A₁ 100μL 樣品 +100μL DPPH;

A₂ 100μL 樣品 +100μL 溶劑；

A₃ 100μL （204 DPPH+100μL 溶劑；

清除率 =[A₃-（A₁-A₂）]/A₃×100% 。

1.2.8.2 ABTS自由基清除能力

參照文獻方法，用蒸餾水做空白對照。以過硫酸鉀（ 2.45mmol/L 與ABTS溶液（ 7mmol L）混合制備ABTS儲備液。在測試前，將混合物在室溫下的黑暗環(huán)境中保存 12～16h 。用蒸餾水稀釋ABTS儲備液將吸光度調至 （0.70±0.02） ，在室溫下避光中放置 5min ，用酶標儀測定在734nm處吸光度，每組3個平行。ABTS自由基的清除能力計算公式如下：

清除率 。

式中， ?A₁ 16μL 樣品 +184μL DPPH;

A₂ 16μL 樣品 +184μL 溶劑；

A₃ 16μL DPPH +184μL 溶劑。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2. 1. 1 復合酶比例對出汁率和透光率的影響

研究表明，當酶解比例小于 1：2 時，果汁透光率隨著復合酶（纖維素酶/果膠酶）添加比例的增加顯著上升，當復合酶添加比例在1：2，透光率達到最大值，分別為 88.01% ，當酶解比例為1：3時，出汁率呈顯著下降的趨勢；當酶解比例低于1：2時，果汁出汁率呈上升趨勢，當酶解比例為1：2時出汁率為最高 82.71% ，當酶解比例大于1：2時，出汁率逐漸下降，最佳復合酶比例為1：2。圖1

2.1.2酶添加量對出汁率和透光率的影響

研究表明，在復合酶添加量低于 24g/L 的時，混合果汁的透光率也逐漸提高，當復合酶添加量為 24g/L 時，透光率達到最大值 85.14% ，當酶添加量大于 24g/L 時，透光率顯著下降。當酶添加量在 0～6g/L ，出汁率顯著上升，當出汁率在6～24g/L 時，出汁率緩慢上升，逐漸達到最大88.35% ，酶添加量大于 24g/L ，果汁出汁率顯著下降。復合酶添加量應選擇為 24g/L 為宜。圖2

注：不同小寫字母表示組內差異顯著（ Plt;0.05 ），相同小寫字母表示組內差異不顯著（ Pgt;0.05. ，下同

Notes：Different lowercase letters indicatesignificant differences withinthegroup Plt;0.05 ），thesame lowercase letters indicateno significantdifferenceswithinthe group（ Pgt;0.05 ），thesameasbelow

Fig.1Changesofjuiceyield and light transmittance under different compound enzyme ratios

2.1.3 酶解時間對出汁率和透光率的影響

研究表明，在 30～60min ，隨著酶解時間的延長，出汁率逐漸上升，在 60～150min 出汁率變化不顯著，在 120min 時達到最大值，最大值為83.36% 。在 30～60min 內，隨著酶解時間的延長，透光率逐漸上升，在 60min 時透光率最大，最大值為 91.36% 。當酶解時間大于 60min 后，透光率逐漸下降。選取酶解時間為 60min 進行后續(xù)試驗。圖3

2.1.4酶解溫度對出汁率和透光率的影響

研究表明，在 40～45^°C ，隨著溫度的升高，出汗率大幅提升，在 45°C 時達到最大值 81.24% 。在 45～50^°C ，出汁效率略微下降；在 50～60^°C ，出汗率又呈逐漸上升的趨勢，但在該時間內出汁率變化不顯著。透光率的溫度變化范圍同出汁率相似，在 40～45^°C ，隨著溫度的升高，透光率逐漸提高，在 45^°C 時達到最大值為 95.76% 。但當溫度在 45～50^°C ，透光率呈下降趨勢；當溫度大于50% 后，果汁透光率受溫度影響不再顯著。選取酶解溫度 45^°C 進行后續(xù)試驗。圖4

2.2 響應面優(yōu)化試驗

2. 2.1 響應面試驗結果

研究表明，混合果汁的出汁率和透光率二次回歸方程如下：

混合果汁出汁率二次回歸方程：

Y₁= 84.80- 0.017A+ 0.48B+ 0.83C- 0.91D-1.00AB+0.69AC-0.64AD-0.55BC+ 0.54BD+0.43CD-0.63A²-1.52B²-2.93C²- 3.45D²

混合果汁透光率二次回歸方程：

Y₂=95.13+0.017A-0.012B+0.03C+ 0.77D-0.69AB+0.21AC-0.12AD-0.18BC- 0.27BD+3.76CD-4.02A²-1.64B²-1.33C²- 3.43D² 表2

2.2.2 出汁率和透光率模型方差及顯著性檢驗

研究表明，所得的出汁率模型極顯著（ Plt; 0.0001），失擬檢驗不顯著（ Pgt;0.05） ，回歸模型區(qū)域理性化;出汁率模型決定系數(shù) R²=0.9807 ，模型擬合度好。出汁率回歸方程系數(shù)顯著性檢驗表結果顯示，一次項 （C，D） 和二次項 （A²，B²，C² 和 D² ）對果汁出汁率有極顯著影響（ Plt;0.01 ），一次項（B） 及交互項 （AB，AC，AD，BD） 對果汁出汁率有顯著影響（ Plt;0.05， ），其余交互項不顯著。各因素對出汁率的影響從高到低為 Dgt;Cgt;Bgt;A 。表3

透光率模型 F 值為31.2，極顯著（ Plt;0.0001），失擬項不顯著（ Pgt;0.05 ；模型決定系數(shù) R²=0.9689 ，模型擬合度好。交互項（CD）和二次項 （A²，B²，C² 和 D² ）對果汁透光率有極顯著影響（ ），一次項 （D） 對果汁透光率顯著影響（ Plt;0.05） ）。各因素對透光率的影響從高到低為 Dgt;Cgt;Agt;B 。2個模型與實際情況擬合較佳，可用于預測出汁率和透光率的變化情況。表4

2.2.3 各因素交互作用的響應面變化

研究表明，酶解溫度和酶解時間的響應面較陡峭，兩者交互作用強，對出汁率影響顯著；其余因素交互曲面較平緩，對響應值作用小。酶解時間和酶解溫度的響應面較陡，兩者交互作用對混合果汁的透光率具有顯著的影響，其余因素曲面平緩，對透光率影響不顯著。圖5＼～6

2.2.4 最佳工藝參數(shù)及驗證

研究表明，最佳酶解工藝為復合酶比例（纖維素酶/果膠酶）為1：2、酶添加量為 24.45g/L 、酶解時間為 63.24min 、酶解溫度為 45.07% ，在此條件下出汁率平均值為 85.72% 、透光率平均值為 94.76% 。復合酶（半纖維素酶/果膠酶）比例1：2，酶添加量 24.5g/L 、酶解時間 63.00min 、酶解溫度為 45°C ，模型預測果汁出汁率為84.86% 、透光率為 95.11% 。實際值與預測值較為接近，混合果汁酶解的工藝參數(shù)可行。

Fig. 5 Changes response surface diagram of the influence of four factors on juice yield

Fig. 6 Changes response surface of the influence of four factors on juice transmittance

2.2.5 酶解前后營養(yǎng)物質含量變化

研究表明，酶解后總酚含量顯著提高，從原來的 40.21μgGAE/mL 提高至 125.41μg GAE/mL ;酶解對 β- 胡蘿 h 素影響不顯著，含量略微下降，從 154.30μg/g 降低至 136.22μg/g 。酶解前后對DPPH、ABTS自由基清除率具有不同的影響，酶解對果汁DPPH自由基清除率的影響不顯著；酶解對果汁ABTS自由基清除率的影響顯著（ Plt;0.05 ）。酶解在一定程度上提高了果汁ABTS自由基清除能力。表5

3討論

3.1復合酶（纖維素酶和果膠酶）混合使用時，果蔬細胞間水溶性果膠和原膠質層分離，果肉細胞中間層黏結物進一步分解，破壞組織結構，使果肉與汗液分離，提高果汁出汁率。復合酶加入后蛋白質與多酚類物質失去凝膠作用，形成絮狀沉淀，再通過離心后將果汁和絮狀沉淀分離，能夠提高果汁的透光率[18]。在細胞壁中，果膠能夠調節(jié)細胞壁粘彈性、控制流體流動和影響分子的相互作用，高比例果膠酶有利于降低細胞內附粘性和組織硬度[19]。試驗結果顯示，當復合酶比例為1：1時出汁率和透光率較低，該研究結果與前人研究結果一致[20]。隨著果膠酶在復合酶比例中增大，出汁率和透光率呈上升趨勢，說明隨著果膠酶比例的增加，細胞壁中大分子網(wǎng)絡破壞程度變大，使具有較強保水能力和較大水力半徑的果膠被水解。

3.2適宜的酶添加量可以有效提高加工效率。結果表明，復合酶添加量為 24g/L ，透光率和出汁率均達到最大。當復合酶添加量低于 24g/L 時，出汁率和透光率逐漸上升，是因為酶與果汁充分結合，使果蔬細胞壁分解。當酶添加量大于 24g/L 時，復合酶與底物會產生飽和，阻礙酶活性中心與底物反應，在胡蘿卜渣中的也存在類似結果[21]若酶添加量過低，與底物結合的復合酶不足，酶解效率降低，會影響果汁出汁效率和透光率。

3.3酶解時間也是影響果汁理化指標的關鍵因素。研究結果顯示，隨著酶解時間的延長，透光率呈先上升后下降，出汁率逐漸上升在 60min 后逐漸趨于平緩。出汁率的變化是由于果肉細胞在復合酶作用被分裂，果膠組織也被水解，但隨著酶解時間延長，果膠組織不再被分解。酶解時間過長，果汁也會發(fā)生酶促反應造成果汁褐變，導致透光率下降[22];也會增加底物生成量，導致混合果汁懸浮物絮凝沉積。

3.4研究結果表明，復合果汁的最佳酶解溫度為45^°C 。不同酶的最適溫度不同，雖然果膠酶和纖維素酶可以提高果汁品質，但超過最適溫度，酶的活性會受到影響。當酶解溫度過高時，蛋白質變性，復合酶活性降低，出汁率和透光率出現(xiàn)下降的情況。溫度低于最適溫度時，隨著溫度的升高復合酶活性增大，酶促反應速率提高，果膠酶和纖維素酶酶解與底物有效作用，出汁率和透光率逐漸上升。3.5纖維素酶可以使纖維素水解成葡糖糖，一般從細菌或真菌中提取[23]。在復合酶酶解后，混合果汁的透光率顯著高于酶解前果汁，這可能是因為果膠和纖維素部分水解，其中包裹的蛋白質被釋放，與帶電粒子碰撞導致絮凝，而絮凝物會吸附、纏繞果汁中的懸浮顆粒，最終通過離心被去除，使透光率提高。出汁率和總酚含量的提高，可能是由于纖維素酶和果膠酶將細胞壁結構中的多糖成分水解，而果膠相對于半乳糖醛酸具有高保水能力和水力半徑，因此在果膠水解后，混合果漿中的水分子會被釋放；果膠的水解也會伴隨大分子網(wǎng)絡的破壞，使酚類化合物從生物屏障中釋放[24]。 β- 胡蘿卜素含量的降低，可能是酶解過程中的溫度上升導致 β- 胡蘿卜素分解，并且這個過程 β- 胡蘿卜素的分解大于由于細胞壁破碎釋放的 β- 胡蘿卜素含量。因此，混合果汁的復合酶酶解處理在一定程度上降低了 β- 胡蘿卜素的含量。酶解前后的可溶性固形物變化無顯著性差異，與SiddiqM的結果一致[25]。酶解前后果汁的2種抗氧化能力變化呈不同趨勢，可能是因為DPPH自由基與ABTS抗氧化機理不同所致。 β- 胡蘿卜素具有抗氧化性和維生素原A活性， β- 胡蘿卜素含量下降可能是造成這種差異的原因。

4結論

建立了一種復合酶法酶解混合番茄胡蘿卜制備的最佳工藝，其參數(shù)為復合酶比例1：2、酶添加量為 24.5g/L 、酶解時間為 63min 、酶解溫度為45°C ，出汁率和透光率分別為 85.72% 和95. 11% ，與模型預測值接近。酶解前后部分指標顯著提高，其中透光率提高了 66.99% ，出汁率提高了 24.70% ，總酚含量提高了 85.20μg GAE/mL ，ABTS自由基清除率提高了 6.03% ；但是酶解處理對 β- 胡蘿卜素含量、可溶性固形物含量以及DPPH自由基清除率影響不顯著。

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Abstract：【 Objective】 Process optimization of tomato and carrot mixed juice prepared by compound enzyme，Optimum process conditions are obtained. Which can provide theoretical basis for the production process of mixed juice.【Methods】With tomato and carrot as raw materials，compound enzyme（cellulase and pectinase）is used to prepare fruit juice，The efects of 4 single factors： enzyme ratio，enzyme addition，enzymolysis time and enzymolysis temperature on the quality of mixed juice were explored. On this basis，Design-Expert was used to optimize the response surface of 4 factors and 3 levels，and a multiple regression model was establishedand analyzed by analysis of variance.【Results】When thecompound enzyme was 1：2，the enzyme addition amount was 24.5g/L ，the enzymolysis temperature was 45°C ，and the enzymolysis time was 63.00 min，the juice yield and light transmittance of the mixed juice were 84.86% and 95.11% ，respectively. In addition，the total phenol content of enzymatically hydrolyzed juicewas higher than that of non-enzymatically hydrolyzed juice. （125.41μgGAE/mL） ）.【Conclusion】 The compound enzyme method can significantly improve the juice yield，light transmitance and total phenol content of tomato and carrot mixed juice.

Key words：fruit juice；compound enzyme； juice yield; light transmitance；process optimization