酶法提高草莓出汁率的研究

王新惠，白　婷，梁　琴，王國燕，謝常偉，鄭　偉，楊　園（成都大學(xué)生物產(chǎn)業(yè)學(xué)院，四川成都610106）

基礎(chǔ)研究

酶法提高草莓出汁率的研究

王新惠，白婷，梁琴，王國燕，謝常偉，鄭偉，楊園
（成都大學(xué)生物產(chǎn)業(yè)學(xué)院，四川成都610106）

摘要：分別采用果膠酶、蛋白酶和纖維素酶單一酶劑酶解草莓果漿，結(jié)果表明，果膠酶用量0.08%，25℃酶解30 min，出汁率可達(dá)85%以上，出汁率提高26.7%，而添蛋白酶和纖維素酶對出汁率提高不顯著，僅分別提高7.8%和10.2%。采用果膠酶、蛋白酶和纖維素酶協(xié)同酶解，結(jié)果表明，25℃酶解30 min，出汁率可達(dá)98.7%，出汁率提高30.4%，突破單一酶劑果汁溶出不完全的瓶頸。

關(guān)鍵詞：果膠酶；蛋白酶；纖維素酶；草莓；出汁率

草莓果實(shí)鮮嫩多汁、郁香酸甜、風(fēng)味獨(dú)特，營養(yǎng)價值高，深受廣大消費(fèi)者喜愛。由于草莓成熟期短，不耐儲藏和運(yùn)輸，往往出現(xiàn)果農(nóng)豐產(chǎn)不增收的現(xiàn)象，釀造草莓果酒則是草莓加工升值的很好出路之一。草莓果實(shí)含有豐富的果膠和纖維素，采用傳統(tǒng)壓榨工藝很難破碎細(xì)胞，導(dǎo)致草莓出汁率和色素浸出率較低，黏度大，過濾困難，不僅影響草莓利用率，也嚴(yán)重影響后續(xù)草莓果酒色澤、風(fēng)味，同時對草莓果酒的澄清也極為不利。

近年來，隨著果汁加工業(yè)的興起，果膠酶、纖維素酶、蛋白酶、葡萄糖苷酶等多種酶被應(yīng)用于果蔬汁加工中，其中使用最多的是果膠酶。大量研究表明，果膠酶在果汁生產(chǎn)過程中，可將出汁率提高10%～35%[1-2]。目前，我國對酶法提高草莓果漿出汁率的研究已有報道，但往往采用單一酶進(jìn)行酶解，而草莓細(xì)胞壁中，伸展蛋白、其他結(jié)構(gòu)蛋白、壁酶、纖維素和果膠等結(jié)合，使細(xì)胞壁呈現(xiàn)穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)，因此采用單一酶劑進(jìn)行酶解，很難徹底破壞草莓細(xì)胞壁，使果汁完全溶出。此外，國內(nèi)報道的酶解工藝往往需調(diào)節(jié)pH至4左右，酶解溫度40℃，酶解4 h～6 h，該酶解工藝對后續(xù)草莓果酒釀造極為不利。

本文根據(jù)草莓細(xì)胞結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，利用果膠酶、蛋白酶和纖維酶協(xié)同作用，酶解草莓細(xì)胞中的果膠、蛋白質(zhì)和纖維素等大分子，從而破壞果膠、蛋白質(zhì)和纖維素等大分子構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)果汁溶出，提高出汁率。同時，果膠酶和蛋白酶把果膠和蛋白質(zhì)水解成可溶性的小分子物質(zhì)，破壞果膠和蛋白在草莓漿中形成的穩(wěn)定體系，使草莓果漿得以澄清，提高其出汁率，也利于后續(xù)草莓果酒澄清。本文采用果膠酶、蛋白酶和纖維酶協(xié)同酶解，不需調(diào)節(jié)pH、酶解溫度低、酶解時間短，保證草莓汁原有口味和色澤，還有利于后續(xù)草莓果酒的釀造和品質(zhì)保證，為草莓深度開發(fā)和利用提供一定的參考。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

新鮮成熟草莓由成都雙流草莓農(nóng)場提供；果膠酶（酶活力1 800 U/g）：Sigma公司生產(chǎn)；纖維素酶和蛋白酶（酶活力1 800 U/g）：諾維信天津公司生產(chǎn)，酶活力分別為15 000 U/g和93 400 U/g。

1.2設(shè)備與儀器

LZ-105型螺旋打漿機(jī)：張家港市白熊韓東飲料機(jī)械有限公司；LD5-2A離心機(jī)：北京醫(yī)用離心機(jī)廠；JA2003電子天平：上海天平儀器廠。

1.3工藝流程

草莓→洗凈→破碎→酶處理→壓榨分離果汁→過濾→草莓汁

1.4指標(biāo)測定方法

參照曹輝等方法[3]測定草莓出汁率。

式中：為酶解后上清液質(zhì)量，g；為酶解前草莓漿質(zhì)量，g。

1.5草莓果漿的制備

挑選成熟無病蟲害的新鮮草莓果實(shí)，用0.09% NaCl溶液浸泡5 min，清水沖凈后，采用螺旋打漿機(jī)打漿。打漿后立即向果漿加入1%抗壞血酸進(jìn)行護(hù)色處理。

1.6酶處理對草莓出汁率的影響

1.6.1不同酶劑對草莓出汁率的影響

稱取100g草莓果漿，分別按質(zhì)量比0%、0.04%、0.08%、0.12%、0.16%、0.20%量加入果膠酶攪勻，25℃酶解30 min后測定草莓出汁率。

稱取100 g草莓果漿，分別按質(zhì)量比0%、0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.1%量加入蛋白酶攪勻，25℃酶解30 min后測定草莓出汁率。

稱取100 g草莓果漿，分別按質(zhì)量比0%、0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%量加入纖維素酶攪勻，25℃酶解30 min后測定草莓出汁率。

1.6.2復(fù)合酶對草莓出汁率的影響

稱取100 g草莓果漿，加入復(fù)合酶（果膠酶0.08%、蛋白酶0.06%、纖維素酶0.03%），酶解30 min后測定草莓出汁率。

稱取5組100 g草莓果漿，酶復(fù)合方式如表1，酶解30 min后測定各組草莓出汁率。酶添加劑量：果膠酶0.08%、蛋白酶0.06%、纖維素酶0.03%。

表1　酶復(fù)合方式Table 1　The enzyme complex treatment

2　結(jié)果與分析

2.1不同酶劑對草莓出汁率的影響

分別使用果膠酶、蛋白酶和纖維素酶處理草莓果漿，3種酶對草莓出汁率的影響如圖1所示。

圖1　不同酶劑對草莓果漿出汁率的影響Fig.1　The influence of different enzymes treatment on the juice extraction rate of strawberry

添加果膠酶草莓果漿出汁率顯著提高，當(dāng)酶添加量達(dá)到0.08%，草莓果漿出汁率可達(dá)85%以上，與對照相比出汁率提高26.7%。添加蛋白酶和纖維素酶，草莓果漿出汁率增加不顯著，與對照相比出汁率僅分別提高7.8%和10.2%。

成熟草莓含纖維素約15mg/g，半纖維素約12mg/g，果膠約10 mg/g[4]。草莓果肉富含纖維素、半纖維素和果膠，因而細(xì)胞不易破碎，導(dǎo)致草莓出汁率較低。此外，草莓在成熟過程中，胞內(nèi)共價結(jié)合果膠和離子結(jié)合果膠逐漸轉(zhuǎn)化成可溶性果膠，可溶性果膠含量達(dá)到3 mg/g左右[4]。草莓果肉破碎后，部分可溶性果膠釋放到果漿中，可溶性果膠具有良好的凝膠化和乳化穩(wěn)定作用，使果漿汁黏度增大，嚴(yán)重影響草莓的出汁率，同時造成果漿過濾困難，也對后續(xù)草莓果酒的澄清極為不利[5]。

果膠酶和纖維素酶可降解草莓果肉中的果膠、纖維素、半纖維素，從而有利于果汁的溶出，提高出汁率。然而，試驗結(jié)果表明，僅果膠酶添加使草莓出汁率顯著提高，而添加纖維素酶的效果不佳，這與李靜燕等[5]研究結(jié)果基本一致。產(chǎn)生此現(xiàn)象的主要原因是草莓果肉中的果膠存在于相鄰細(xì)胞壁間的胞間層中，起著將細(xì)胞粘在一起的作用；纖維素、半纖維素存在細(xì)胞壁中，與結(jié)構(gòu)蛋白、果膠等構(gòu)成具有一定硬度和彈性的細(xì)胞壁，呈現(xiàn)穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)。添加果膠酶后，果膠酶可酶解細(xì)胞間的果膠，使細(xì)胞之間彼此分開，有利于胞間果汁溶出，使出汁率顯著提高，而纖維素、半纖維素和蛋白質(zhì)存在細(xì)胞壁中，而草莓細(xì)胞之間填充著果膠，阻礙蛋白酶、纖維素酶與細(xì)胞壁的作用，從而不能充分發(fā)揮酶解作用，不能有效破壞草莓細(xì)胞壁，導(dǎo)致草莓出汁率提高不顯著。由此可見，單一酶劑酶解草莓果漿，很難取得最佳效果，若能將果膠酶、蛋白酶和纖維素酶協(xié)同作用，徹底破壞草莓細(xì)胞結(jié)構(gòu)，將取得理想效果。

2.2酶協(xié)同作用對草莓出汁率的影響

果膠酶、蛋白酶和纖維素酶協(xié)同酶解對草莓果漿出汁率的影響如圖2所示。

圖2　果膠酶、蛋白酶和纖維素酶協(xié)同酶解對草莓果漿出汁率的影響Fig.2　The influence of compound enzymes（pectinase，protease and cellulose）treatment on the juice extraction rate of strawberry

草莓果漿在3種酶協(xié)同酶解作用下，出汁率可達(dá)98.7%，與對照相比出汁率提高30.4%，突破單一酶劑果汁溶出不完全的瓶頸。

李靜燕、蘇平、劉興艷等[5-8]添加果膠酶，調(diào)節(jié)果漿pH 4，酶解溫度40℃，酶解4 h～6 h，果漿出汁率也可達(dá)到90%以上。然而，該酶解工藝對后續(xù)草莓果酒釀造極為不利：調(diào)節(jié)果漿pH 4，不僅果漿口感偏酸，影響草莓果酒的口感，還會抑制后續(xù)草莓果酒發(fā)酵過程中酵母的生長，導(dǎo)致發(fā)酵啟動緩慢和雜菌的滋生；草莓中富含VC、超氧化物歧化酶（SOD）、VE和花青素等，果漿在溫度40℃酶解，將加速它們的氧化，導(dǎo)致果漿褐變，嚴(yán)重影響草莓果酒的色澤，且酶解時間長，在此過程中果漿中的雜菌開始滋生，嚴(yán)重影響草莓果酒的品質(zhì)和安全性。本工藝采用果膠酶、蛋白酶和纖維素酶協(xié)同酶解，不需調(diào)節(jié)pH、酶解溫度低，酶解時間短，有利于后續(xù)草莓果酒的釀造和品質(zhì)保證。

探討不同酶復(fù)合形式對出汁率的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3　不同酶復(fù)合形式對出汁率的影響Fig.3　The influence of different compound enzymes treatments on the juice extraction rate of strawberry

結(jié)果表明，果膠酶、纖維素酶和蛋白酶復(fù)合作用對出汁率的增加貢獻(xiàn)最顯著，果膠酶與纖維素酶復(fù)合次之、纖維素酶與蛋白酶復(fù)合作用效果最差。產(chǎn)生此現(xiàn)象的主要原因是細(xì)胞壁中的纖維素與伸展蛋白、其他結(jié)構(gòu)蛋白結(jié)合或被包裹，當(dāng)?shù)鞍酌杆獾襞c纖維素結(jié)合或包裹纖維素的蛋白，纖維素酶才能有效與纖維素作用，從而水解纖維素，破壞細(xì)胞壁，使果汁最大程度溶出。由此可見，雖然果膠和纖維素是阻礙果汁溶出、導(dǎo)致果漿黏稠的主要因素，但蛋白酶協(xié)同效應(yīng)對提高出汁率也是不可缺少的因素。

3　結(jié)論

酶法液化是通過特殊的酶處理工藝解破壞果蔬的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，提高果蔬原料浸出率，從而最大限度地獲得果蔬汁的新型果蔬加工工藝[9-10]。采用果膠酶、纖維素酶和蛋白酶協(xié)同酶解，酶解溫度25℃，酶解30 min，草莓果漿出汁率比直接榨汁提高30.4%，經(jīng)濟(jì)效益可觀，且有利于后續(xù)草莓果酒釀造，可用于工業(yè)化生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]許英一,徐雅琴.果膠酶在果蔬汁生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].飲料工業(yè), 2005,8(4):15-18

[2]龐彩霞,金英姿.果膠酶在果蔬飲料中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技,2008(1):81-82

[3]曹輝,王振斌,馬海樂,等.草莓澄清汁的加工技術(shù)研究[J].食品科學(xué),2007,28(4):117-120

[4]薛炳燁,毛志泉,束懷瑞.草莓果實(shí)發(fā)育成熟過程中糖苷酶和纖維素酶活性及細(xì)胞壁組成變化[J].植物生理與分子生物學(xué)學(xué)報, 2006,32(3):363-368

[5]李靜燕,楊玉玲,李春陽,等.酶法提高草莓出汁率的工藝優(yōu)化[J].江西農(nóng)業(yè)學(xué)報,2011,23(9):155-158

[6]蘇平,葉興乾,金良俊,等.不同處理對草莓出汁率及理化成分的影響[J].浙江農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,1997,23(6):687-688

[7]劉興艷,蒲彪,鞠從榮,等.響應(yīng)面法優(yōu)化草莓漿酶解工藝[J].食品科學(xué),2012,33(16):63-67

[8]孫利娜,王璋,許時嬰.酶法生產(chǎn)草莓汁的研究[J].食品工業(yè)科技, 2005,26(11):89-92

[9]王素雅,王璋.酶法生產(chǎn)澄清型香蕉汁的研究[J].食品科技,2002 (7):44-46

[10]王軍,張寶善,張潤光.果膠酶和纖維素酶對牛心柿出汁率的影響[J].食品工業(yè)科技,2005,29(5):139-141

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.20.001

收稿日期：2013-12-02

基金項目：國家自然科學(xué)基金（31301552）；成都大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗項目（CDU-CX-201301121）

作者簡介：王新惠（1982—），女（漢），副教授，博士，研究方向：食品加工技術(shù)研究與質(zhì)量安全控制。

Technology for High Extraction Rate of Juice from Strawberry by Enzyme Method

WANG Xin-hui，BAI Ting，LIANG Qing，WANG Guo-yan，XIE Chang-wei，ZHENG Wei，YANG Yuan
（Faculty of Biotechnology Industry，Chengdu University，Chengdu 610106，Sichuan，China）

Abstract：The strawberries were treated with pectinase，protease and cellulose，respectively.When the amount of the pectinase addition was 0.08%，enzymolysis temperature was at 25℃and enzymolysis time was 30min，the highest juice extraction rate of 85%was obtained which was 26.7%higher than that of the control group （directly squeezing the juice）.However，when strawberries were treated with protease and cellulose，the juice yield increase was not significant and the juice extraction rate only increased 7.8%and 10.2%，respectively. When the strawberries were treated with compound enzymes（pectinase，protease and cellulose）for 30 min at 25℃，the juice extraction rate can reach 98.7%and the juice yield increased by 30.4%.

Key words：pectinase；protease；cellulose；strawberry；juice extraction rate