酶澄清法對(duì)仙人掌出汁率及其生物活性成分的影響

竇明理，宮 主，劉光宇，徐 卉，盧鳳瑾，李艾黎

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030)

酶澄清法對(duì)仙人掌出汁率及其生物活性成分的影響

竇明理，宮 主，劉光宇，徐 卉，盧鳳瑾，李艾黎*

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030)

探討了酶澄清法對(duì)仙人掌出汁率、黃酮類物質(zhì)和SOD提取量的影響。采用正交實(shí)驗(yàn)法分析確定酶解仙人掌汁液的最佳工藝條件為:添加0.15g/L果膠酶，于pH4.5、50℃條件下酶解2h后，仙人掌的出汁率可達(dá)85.11%，汁液所含黃酮量為0.88mg/mL，SOD活力為325U/mL。

仙人掌，酶澄清法，黃酮，SOD

新鮮仙人掌營(yíng)養(yǎng)豐富，富含多糖、黃酮和SOD等多種活性功能性成分，被譽(yù)為21世紀(jì)的綠色天然食品［1］。但由于仙人掌原汁中含有較多的蛋白質(zhì)和一定量的果膠、單寧、酚類物質(zhì)［2］，加入飲料后較渾濁，靜置處理后易形成二次沉淀，影響產(chǎn)品外觀。目前人們多采用酶法對(duì)仙人掌汁液進(jìn)行澄清處理。如張嘉等［3］采用了果膠酶和淀粉酶協(xié)同作用提高仙人掌出汁率。季慧等［4］采用響應(yīng)面分析確定果膠酶澄清汁液時(shí)的最佳酶解工藝條件。不過(guò)類似研究多只探討了酶處理對(duì)提高仙人掌出汁率的貢獻(xiàn)，卻忽略了該工藝對(duì)仙人掌中生物活性成分的影響。故本研究分別以仙人掌的出汁率、黃酮類物質(zhì)和SOD提取量為參考指標(biāo)，篩選最佳酶解工藝條件，為生產(chǎn)性能穩(wěn)定、營(yíng)養(yǎng)豐富的仙人掌清汁飲料奠定一定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

食用仙人掌 市售，要求4～6月齡，莖肉飽滿，無(wú)蟲(chóng)、無(wú)病變及無(wú)腐爛;SOD測(cè)試盒 南京建成生物工程研究所;蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品 哈爾濱奕博爾科技發(fā)展有限公司;亞硝酸鋁、亞硝酸鈉、氫氧化鈉等 均為分析純;果膠酶 西格瑪分裝(酶單位20000U/g)。

721-2000分光光度計(jì) 山東高密彩虹分析儀器有限公司;高速離心機(jī) 北京醫(yī)用離心機(jī)廠;JJ-2B高速組織搗碎機(jī) 江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司;DHP-9462型電熱恒溫培養(yǎng)箱 上海一恒科技有限公司;PHS-3C數(shù)字酸度計(jì) 上海鵬順科學(xué)儀器有限公司;電子天平 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司。

1.2 工藝流程

1.2.1 仙人掌處理 選取新鮮翠綠的仙人掌，清水洗凈后去皮，用刀切成厚度約1cm的均一薄片，置于高速組織搗碎機(jī)中打漿，漿汁置于4℃低溫貯存待用。

1.2.2 酶解正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 選用L9(43)正交實(shí)驗(yàn)法選擇酶解處理的最優(yōu)條件。酶解工藝的各影響因素分別為果膠酶添加量、反應(yīng)的pH、酶解溫度和時(shí)間。主要參考指標(biāo)為仙人掌的出汁率，次要參考指標(biāo)為黃酮類物質(zhì)和SOD提取量，驗(yàn)證優(yōu)化后酶解的條件，得到最佳工藝條件。

表1 酶解工藝L9(43)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表2 各因素的極差分析結(jié)果

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 出汁率測(cè)定［5］取打漿后的仙人掌糊狀物以5000r/min離心20min，取終端清汁并計(jì)算出汁率。出汁率為終端清汁與打漿后仙人掌糊狀物重量的比值。

1.3.2 仙人掌黃酮類物質(zhì)含量的測(cè)定［6］

1.3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 準(zhǔn)確稱取蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品0.029g，用 40%的乙醇定容至 250mL，得濃度為0.116mg/mL標(biāo)準(zhǔn)液備用;精確吸取蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液5、10、20、30、35mL于5個(gè)25mL容量瓶中，加入5%亞硝酸鈉1.4mL搖勻，靜置5min，再加入10%亞硝酸鋁溶液1.4mL，混勻靜置6min，加入1mol/L的氫氧化鈉溶液10mL，用40%乙醇定容至50mL，混勻靜置10min后于510nm波長(zhǎng)下測(cè)吸光光度值，空白試劑作為參比液。以溶液中的蘆丁質(zhì)量分?jǐn)?shù)Y(g/L)為縱坐標(biāo)，吸光度值為橫坐標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)曲線見(jiàn)圖1?；貧w方程為:y=0.1053x+0.0006，R2=0.9995。

圖1 黃酮含量標(biāo)準(zhǔn)曲線

1.3.2.2 黃酮類物質(zhì)的測(cè)定 采用乙醇浸提法提取酶解后仙人掌清液中的黃酮類物質(zhì)。取料液3mL置于50mL容量瓶中，樣品按與1.3.2.1方法顯色后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算含量。

1.3.3 仙人掌總SOD活力測(cè)定 采用南京建成生物工程有限公司的總超氧化物歧化酶測(cè)試試劑盒。通過(guò)黃嘌呤及黃嘌呤氧化酶反應(yīng)系統(tǒng)產(chǎn)生超氧陰離子自由基(O2-·)，后者氧化羥胺形成亞硝酸鹽，在顯色劑的作用下呈現(xiàn)紫紅色，用可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)其吸光度。每毫升仙人掌提取液對(duì)SOD抑制率達(dá)50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的SOD量為一個(gè)SOD活力單位(U/mL)。

式中:X;總SOD活力(U/mL);OD0:對(duì)照管吸光度值;OD1:測(cè)定管吸光度值;V:反應(yīng)總體積(mL);v:測(cè)定時(shí)取樣體積(mL);N:稀釋倍數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 酶解實(shí)驗(yàn)結(jié)果

酶解工藝正交實(shí)驗(yàn)的因素水平設(shè)計(jì)及結(jié)果如表1所示。

由表2的極差結(jié)果分析得出，四因素對(duì)仙人掌出汁率影響的主次順序?yàn)锳＞D＞B＞C，即果膠酶用量對(duì)提高仙人掌出汁率貢獻(xiàn)最大，而pH偏酸性時(shí)也有助于破壞仙人掌汁的膠體體系，增強(qiáng)汁液的澄清效果［4］。影響黃酮含量的主次因素依次為D＞C＞A＞B，即酸性、略高溫環(huán)境更有利于酶的效果揮發(fā)以及黃酮類化合物的提取，反而酶添加量對(duì)指標(biāo)值影響較小。而影響SOD活力的主次因素依次為D＞B＞C＞A，即偏中性pH環(huán)境、短時(shí)間酶解更有利于SOD的提取，而果膠酶用量對(duì)指標(biāo)值的影響最小。

由酶澄清法對(duì)仙人掌出汁率影響的極差分析結(jié)果可明顯看出，仙人掌中的出汁率隨酶添加量和溫度的上升而增加，隨蒸煮時(shí)間的延長(zhǎng)和pH的上升而下降。當(dāng)最佳組合為A3B2C3D1時(shí)，即添加0.15g/L果膠酶、于pH4.5、50℃條件下酶解2h后，仙人掌的出汁率最高。

由酶澄清法對(duì)仙人掌黃酮含量影響的極差分析結(jié)果清晰可見(jiàn)，酶添加過(guò)量，長(zhǎng)時(shí)間的高溫處理或堿性條件均會(huì)導(dǎo)致黃酮類物質(zhì)的損失。特別是提取時(shí)間超過(guò)2h后，黃酮的提取量迅速下降?？偨Y(jié)出的最佳組合為A1B2C3D1，即于0.05g/L酶用量、pH4.5和50℃條件下酶解2h后，仙人掌汁中的黃酮浸提量最高。

表3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果

如酶澄清法對(duì)仙人掌SOD含量影響的極差分析結(jié)果所示，最優(yōu)SOD提取量的組合為A1B1C1D3，即0.05g/L酶用量，于pH6.5、40℃下酶解1.5h，SOD浸提率最高。該結(jié)果與王中鳳等人［7］研究結(jié)果相似:即超過(guò)45℃的高溫處理對(duì)SOD活性穩(wěn)定不利。另外，中性偏堿的pH范圍有利于SOD的提取和及其活性穩(wěn)定。

2.2 單次最佳實(shí)驗(yàn)條件的驗(yàn)證

由表3可以看出，理論值與實(shí)際值差別不顯著，說(shuō)明用正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)選出的最優(yōu)組合符合實(shí)際情況。

驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:采取適宜的果膠酶處理法不僅能提高仙人掌汁的出汁率，還能有效提高功能性成分的浸出。首先，和未經(jīng)酶處理的對(duì)照組相比，優(yōu)化后的出汁率最高增幅可達(dá)33.78%。其次，按最佳酶法提取的總黃酮量可達(dá)0.93mg/mL，且加酶處理后比不加酶提取率提高17.72%。再次，經(jīng)酶處理后仙人掌汁液中的SOD含量最高為361U/mL，加酶處理后比空白組提取率提高20.33%。

3 結(jié)論

在仙人掌飲料的研究開(kāi)發(fā)中，探索最為經(jīng)濟(jì)有效的榨汁技術(shù)，同時(shí)最大限度保留其中含有的生物活性成分對(duì)降低廠家成本及提高產(chǎn)品質(zhì)量有重大意義。

3.1 經(jīng)過(guò)果膠酶處理的仙人掌料液，一方面使仙人掌中以果膠質(zhì)為主的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)充分破壞，減少了提取過(guò)程中因果膠成分引起的過(guò)濾、濃縮和分離的困難;另一方面又釋放出更多的黃酮類物質(zhì)和SOD成分，也減少了提取物中的雜質(zhì)，從而簡(jiǎn)化后續(xù)純化程序。

3.2 以仙人掌的出汁率為主要參考指標(biāo)，黃酮類物質(zhì)和SOD提取量為次要參考指標(biāo)，最終優(yōu)選出的酶處理?xiàng)l件為添加0.15g/L果膠酶、于pH4.5、50℃條件下酶解2h。在該工藝條件下，仙人掌的出汁率可達(dá)85.11%，汁液所含黃酮量為0.88mg/mL，SOD活力為325U/mL。

［1］曹俊濤，劉華鋼，梁蓓蓓.仙人掌的化學(xué)營(yíng)養(yǎng)成分和藥理研究進(jìn)展［J］.廣西科學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，23(2):117-119.

［2］凌朝陽(yáng)，何雪飛.仙人掌清汁飲料的研制［J］.實(shí)驗(yàn)報(bào)告與理論研究，2006，9(8):12-14.

［3］張嘉，李多偉，管茂東，等.酶法制取仙人掌原汁工藝研究［J］.食品工業(yè)科技，2006，27(10):112-113.

［4］季慧，丁霄霖.“米邦塔”仙人掌汁的營(yíng)養(yǎng)特性及酶法澄清研究［J］.食品研究與開(kāi)發(fā)，2006，27(2):170-172.

［5］王成忠，趙曉紅.仙人掌清汁生產(chǎn)工藝的探討［J］.食品科技，2006，51(4):95-97.

［6］韓淑琴，楊洋，楊祖平，等.仙人掌黃酮的分離及其抗氧化活性研究［J］.四川食品與發(fā)酵，2006，42(5):32-35.

［7］王中鳳，肖厚榮，楊紅，等.仙人掌SOD提取條件及提取過(guò)程活性穩(wěn)定性研究［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2008，34(7): 156-158.

Effect of enzymic clarification on the juice production yield and bio-activity components of cactus

DOU Ming-li，GONG Zhu，LIU Gang-yu，XU Hui，LU Feng-jin，LI Ai-li*
(Northeast Agriculture University，F(xiàn)ood College，Harbin 150030，China)

In this paper，the effects of the enzymic clarification on the juice production yield，amount of flavone and superoxide dismutase(SOD)extraction of the cactus were studied.The orthogonal design was used to obtain the optimal parameters of processing.The results showed that hydrolysis conditions of cactus which were as follows: pectinase concentration 0.15g/L，hydrolysis time 2 hours，hydrolysis temperature 50℃and hydrolysis pH 4.5.Under the condition，the production yield was up to 85.11%，meanwhile the contents of flavone and the activity of cactus SOD were 0.88 mg/mL and 325U/mL，respectively.

cactus;enzymic clarification;flavone;superoxide dismutase

TS201.1

B

1002-0306(2011)03-0267-03

2009-08-06 *通訊聯(lián)系人

竇明理(1986-)，本科生，研究方向:食品科學(xué)與工程。

東北農(nóng)業(yè)大學(xué)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)研究課題資助。