西番蓮果渣酶解工藝的研究

張佳艷，林歡，秦戰(zhàn)軍

（廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院，廣西柳州545616）

西番蓮果渣酶解工藝的研究

張佳艷，林歡，秦戰(zhàn)軍

（廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院，廣西柳州545616）

采用酶解技術(shù)提高西番蓮果渣的出汁率，對4種水解酶進(jìn)行篩選，得到果膠酶與纖維素酶的混合酶的酶解效果最好。以西番蓮果渣為原料，以果渣出汁率、果汁可溶性固形物含量與維生素C含量為指標(biāo)，采用單因素試驗(yàn)探討酶添加量、酶解pH、酶解溫度、酶解時(shí)間對果渣汁液質(zhì)量的影響，并通過正交試驗(yàn)優(yōu)化果渣酶解工藝。結(jié)果表明，最佳酶解工藝為：混合酶0.2%、酶解pH4.5、酶解時(shí)間4h、酶解溫度50℃。在此條件下果渣出汁率達(dá)到83.36%，可溶性固形物含量為16.27%，維生素C含量為17.29%。

西番蓮；果渣；酶解；出汁率

西番蓮（Passion Fruit）為西番蓮科（Passifloraceae）西番蓮屬（Passiflora Linn.）多年生草本或木質(zhì)藤本植物的果實(shí)［1］，又名雞蛋果、百香果。由于西番蓮果汁含量高，果汁熱穩(wěn)定性良好［2］，具有抑菌活性［3］，含有上百種芳香化合物［4］，因此目前主要應(yīng)用于果汁飲料的生產(chǎn)［5］，具有“果汁之王”的美稱［6］。其果汁需求量在國際市場上每年以15%～20%的速度增長，呈供不應(yīng)求的趨勢［7］。

西番蓮細(xì)胞壁是由果膠、纖維素、半纖維素等物質(zhì)組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其阻止細(xì)胞內(nèi)容物流出，使西番蓮打漿后的果漿粘稠，果渣含量高，出汁率低，生產(chǎn)效率低［8］。目前西番蓮酶解工藝研究中多以單一的果膠酶酶解工藝優(yōu)化為主，然而，僅使用果膠酶無法徹底水解細(xì)胞壁的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，為進(jìn)一步提高出汁率，徹底水解果膠、纖維素等物質(zhì)，采用混合酶是關(guān)鍵。

為提高西番蓮果的出汁率，本文以西番蓮果渣為原料，篩選水解酶并對混合酶的酶解工藝進(jìn)行優(yōu)化，旨在通過優(yōu)化混合酶酶解條件提高西番蓮果汁的出汁率和品質(zhì)。

1材料與方法

1.1材料與儀器

西番蓮、白砂糖（一級）：市售；果膠酶（3萬U/g）：阿拉丁試劑（上海）有限公司；其他試劑：分析純

AL104分析天平：梅特勒托利多儀器有限公司；SHZ-82A水浴恒溫振蕩器：常州國華電器有限公司；PHS-25CW pH計(jì)：上海般特儀器制造有限公司；2WAJ阿貝折光儀：北京維欣儀奧科技發(fā)展有限公司；TGL-16G臺式離心機(jī)：上海安亭科學(xué)儀器廠。

1.2方法

1.2.1工藝流程

1.2.2工藝要點(diǎn)

1.2.2.1原料處理

選擇良好成熟度的西番蓮紫果為原料，剔除爛果或生果。經(jīng)去果殼、壓榨、過濾后得到西番蓮果渣。由于過濾后的果渣含水量不一致將影響酶解工藝的優(yōu)化，故將果渣烘干至恒重后使用；為使酶解過程中酶與果渣充分并均勻的混合，故向烘干的果渣回添果渣質(zhì)量5倍的西番蓮汁，混勻制漿后進(jìn)行酶解提取。

1.2.2.2西番蓮酶解酶類選擇

選取果膠酶、木聚糖酶、葡聚糖酶和纖維素酶4種酶，分別稱取50 g果漿加入5個250 mL錐形瓶中，其中1組為空白組。用碳酸鹽緩沖溶液調(diào)節(jié)pH，分別添加0.1%（果渣重量）的酶，恒溫水浴振蕩器中酶解（振蕩頻率為180 r/min）3 h。酶解結(jié)束后用4層紗布過濾至無液體滴出為止，測定果汁出汁率。

1.2.2.3混合酶試驗(yàn)

將果膠酶與纖維素酶混合（質(zhì)量比1∶1），采用混合酶進(jìn)行酶解?；旌厦赣昧繛?.1%，酶解pH為4.0，溫度為50℃，其他操作同1.2.2.2節(jié)。

1.2.3果渣酶解優(yōu)化單因素試驗(yàn)

1.2.3.1酶添加量對果渣汁液質(zhì)量的影響

在酶解溫度為50℃、酶解時(shí)間3 h、酶解pH為4的條件下，添加果渣重量的0.01%、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%的果膠酶進(jìn)行單因素試驗(yàn)，探討果膠酶添加量對西番蓮果渣汁液質(zhì)量的影響，得到果膠酶的較佳添加量。

1.2.3.2酶解pH對果渣汁液質(zhì)量的影響

在酶解溫度為50℃、酶解時(shí)間3 h、果膠酶較佳添加量的條件下，設(shè)置反應(yīng)pH分別為3、3.5、4、4.5、5進(jìn)行單因素試驗(yàn)，探討酶解pH對西番蓮果渣汁液質(zhì)量的影響，得到較佳酶解pH。

1.2.3.3酶解時(shí)間對果渣汁液質(zhì)量的影響

在酶解溫度為50℃，果膠酶較佳添加量、較佳pH條件下，設(shè)置酶解時(shí)間分別為1、2、3、4、5 h進(jìn)行單因素試驗(yàn)，探討酶解時(shí)間對西番蓮果渣汁液質(zhì)量的影響，得到較佳酶解時(shí)間。

1.2.3.4酶解溫度對果渣汁液質(zhì)量的影響

在果膠酶較佳添加量、較佳pH、較佳時(shí)間的條件下，設(shè)置酶解溫度分別為40、45、50、55、60℃進(jìn)行單因素試驗(yàn)，探討酶解溫度對西番蓮果渣汁液質(zhì)量的影響，得到較佳酶解溫度。

1.2.4西番蓮汁理化指標(biāo)測定

1.2.4.1果渣出汁率

果渣出汁率是酶提取工藝的重要指標(biāo)，出汁率越高，表明酶解工藝越優(yōu)良，其計(jì)算方法如下：

1.2.4.2可溶性固形物的測定［9］

可溶性固形物含量是果渣出汁率及果汁品質(zhì)的重要標(biāo)準(zhǔn)。在一定范圍內(nèi)，可溶性無形物含量越高，果汁的品質(zhì)越好，加工性能越優(yōu)良。以去蒸餾水作為空白，采用阿貝折光儀測定果汁的可溶性固形物含量。

1.2.4.3維生素C含量的測定［10］

西番蓮汁維生素C含量很高［11］，其果汁中維生素C的保留情況反映了果汁的營養(yǎng)品質(zhì)高低。本文維生素C的測定采用2，6-二氯靛酚滴定法進(jìn)行測定。

2結(jié)果與分析

2.1果渣水解酶篩選結(jié)果

4種酶對果渣出汁率的影響見表1。

表14　種酶對果渣出汁率的影響Table 1Effects of four hydrolase on juice yield from passion fruit

由表1可知，西番蓮果渣經(jīng)酶解后，出汁率明顯升高，其中果膠酶與纖維素酶的混合酶的酶解效果最好，出汁率為38.9%，單一酶中以果膠酶與纖維素酶的酶解效果較好。因此，將果膠酶與纖維素酶混合，采用混合酶進(jìn)一步優(yōu)化酶解工藝參數(shù)。

2.2酶解單因素條件的確定

2.2.1酶添加量對果渣汁液質(zhì)量的影響

在酶解溫度為50℃，酶解時(shí)間3 h、pH為4的條件下，混合酶添加量對西番蓮果渣出汁率、果汁可溶性固形物、維生素C含量的影響結(jié)果見圖1。

圖1　混合酶添加量對果渣汁液質(zhì)量的影響Fig.1Effect of pectinase amount on juice quality

由圖1可以看出，隨著混合酶添加量的提高，果渣酶解越徹底，出汁率越高，果汁中的可溶性固形物與維生素C含量也越高。由于混合酶添加量在0%～0.15%范圍內(nèi)果渣出汁率快速上升，而添加量在0.15%～0.2%范圍時(shí)，出汁率上升并不顯著，且同時(shí)，果汁中可溶性固形物與維生素C含量上升也并不顯著，因此，混合酶較合適的添加量為0.15%。

2.2.2酶解pH對果渣汁液質(zhì)量的影響

在混合酶添加量為0.15%、酶解溫度為50℃，酶解時(shí)間3 h的條件下，混合酶pH對西番蓮果渣出汁率、果汁可溶性固形物、維生素C含量的影響結(jié)果見圖2。

圖2　酶解pH對果渣汁液質(zhì)量的影響Fig.2Effect of hydrolysis pH on juice quality

由圖2可以看到，當(dāng)pH在3～4.5的范圍時(shí)，果渣出汁率顯著增加，同時(shí)，可溶性固形物與維生素C含量也提高，表明果渣在混合酶的作用下溶解并使出汁率提高的同時(shí)，也使果渣中的可溶性固形物有維生素C溶解在果汁中。當(dāng)pH在4.5時(shí)，果渣出汁率達(dá)到最大值，而當(dāng)pH上升到5時(shí)，果渣出汁率降低。這主要是由于較高或較低的pH會使酶的催化速度降低導(dǎo)致的。因此選擇pH 4.5為混合酶的較佳pH。

2.2.3酶解時(shí)間對果渣汁液質(zhì)量的影響

在混合酶添加量為0.15%、酶解溫度為50℃，pH為4.5的條件下，混合酶酶解時(shí)間對西番蓮果渣出汁率、果汁可溶性固形物、維生素C含量的影響結(jié)果見圖3。

圖3　酶解時(shí)間對果渣汁液質(zhì)量的影響Fig.3Effect of hydrolysis reaction time on juice quality

如圖3所示，在酶解時(shí)間為1 h～4 h范圍時(shí)，果渣出汁率、可溶性固形物、維生素C含量隨酶解時(shí)間的延長而增加，且上升速度較快，這主要是由于隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，酶解越充分；在4 h～5 h范圍時(shí)，果渣出汁率、可溶性固形物增加的速度放緩，維生素C含量下降。這主要是由于酶解已經(jīng)較充分的完成，繼續(xù)延長時(shí)間無法再大幅度提高出汁率與可溶性固形物，而維生素C在長時(shí)間加熱并接觸空氣的條件下會被氧化，因此含量降低。因此選擇4 h為酶解的較適宜時(shí)間。

2.2.4酶解溫度對果渣汁液質(zhì)量的影響

在混合酶添加量為0.15%、酶解時(shí)間為4 h、pH為4.5的條件下，混合酶酶解溫度對西番蓮果渣出汁率、果汁可溶性固形物、維生素C含量的影響結(jié)果見圖4。

圖4　酶解溫度對果渣汁液質(zhì)量的影響Fig.4Effect of hydrolysis temperature on juice quality

如圖4所示，在40℃～55℃范圍內(nèi)，果渣出汁率、可溶性固形物、維生素C含量隨酶解時(shí)間的延長而增加，且上升速度較快，這主要是由酶在最適溫度范圍時(shí)，溫度的升高可加強(qiáng)酶的催化能力；在55℃～60℃范圍時(shí)，果渣出汁率、可溶性固形物與維生素C含量均下降。這主要是由于酶在最適溫度范圍外，對高溫非常敏感，過高的溫度使酶蛋白質(zhì)變性，催化能力降低。因此選擇55℃為酶解的較適宜溫度。

2.3酶解條件正交優(yōu)化

根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果，采用正交表L9（34）進(jìn)行試驗(yàn)，研究混合酶添加量、酶解pH、時(shí)間、溫度對果渣出汁率、可溶性固形物含量、維生素C含量的影響。試驗(yàn)因素與水平設(shè)置見表2，正交試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表2　酶解工藝條件正交試驗(yàn)因素水平表Table 2Factor levels of orthogonal test for enzymatic hydrolysis

表3　酶解條件正交試驗(yàn)L9（34）結(jié)果與極差分析Table 3Results and range analysis of orthogonal test of reactionconditions for optimizing enzymatic hydrolysis

從表2中的極差大小可以看出，混合酶各因素對西番蓮果汁出汁率的影響的主要順序?yàn)椋好附鈖H（B）＞混合酶添加量（A）＞酶解時(shí)間（C）＞酶解溫度（D）。由均值大小得到西番蓮果渣出汁率最高的最佳酶解工藝為A2B2C1D1。即混合酶添加量為0.15%，pH 4.5，時(shí)間為3.5 h，溫度為50℃。

混合酶各因素對西番蓮果汁中可溶性固形物含量的影響的主要順序?yàn)椋好附鉁囟龋―）＞混合酶添加量（A）＞酶解pH（B）＞酶解時(shí)間（C）。由均值大小得到西番蓮果汁可溶性固形物最高的最佳酶解工藝為A3B1C3D1。即混合酶添加量為0.2%，pH 4，時(shí)間為4.5 h，溫度為50℃。

混合酶各因素對西番蓮果汁中維生素C含量的影響的主要順序?yàn)椋夯旌厦柑砑恿浚ˋ）=酶解時(shí)間（C）＞酶解溫度（D）＞酶解pH（B）。由均值大小得到西番蓮果汁可溶性固形物最高的最佳酶解工藝為A1B2C2D1。即混合酶添加量為0.1%，pH 4.5，時(shí)間為4 h，溫度為50℃。

表4　混合酶酶解正交試驗(yàn)方差分析表Table 4Analysis of variance for juice yield with various pectinase hydrolysis conditions

將表3方差分析結(jié)果與正交試驗(yàn)極差結(jié)果結(jié)合可以得到，酶解pH（B）對出汁率影響顯著，而B2的出汁率最高，因此選擇B2，即酶解pH為4.5；混合酶添加量（A）與酶解溫度（D）對可溶性固形物的含量有顯著影響，由于在A3、D1的可溶性固形物含量較高，因此選擇A3、D1，即混合酶添加量為0.2%、酶解溫度為50℃；酶解時(shí)間（C）對維生素C含量影響顯著，而C2的維生素C含量較高，因此選擇C2，即酶解時(shí)間為4 h。

2.4酶解最優(yōu)組合的驗(yàn)證試驗(yàn)

由表可以看出，當(dāng)混合酶添加量為0.2%、酶解pH為4.5、酶解時(shí)間為4 h、酶解溫度為50℃時(shí)，出汁率達(dá)到83.36%，可溶性固形物含量為16.27%，維生素C含量為17.29%。

表5　驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果Table 5Verifying test results

3結(jié)論

1）西番蓮細(xì)胞壁是由果膠、纖維素、半纖維素等物質(zhì)組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其阻止細(xì)胞內(nèi)容物流出，僅采用果膠酶無法徹底水解該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，為進(jìn)一步提高出汁率，徹底水解果膠、纖維素等物質(zhì)是關(guān)鍵，因此采用混合酶酶解西番蓮果渣可使其出汁率顯著提高。

2）由于不同程度的壓榨將造成果渣中果汁含量不一，在采用酶法酶解果渣時(shí)難以使酶的工藝參數(shù)保持穩(wěn)定，為恒定果渣的重量，本文以烘干的西番蓮果渣為原料，使混合酶的酶解工藝參數(shù)具有穩(wěn)定性，并對工業(yè)上以混合酶提高西番蓮果汁出汁率的方法建立具有一定參考意義。

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Process Study on Enzymatic Hydrolysis of Passion Fruit Pomace

ZHANG Jia-yan，LIN Huan，QIN Zhan-jun
（Lushan College of Guangxi University of Science and Technology，Liuzhou 545616，Guangxi，China）

In order to improve the juice yield of Passion Fruit pomace，four hydrolase was found to have the best effect in hydrolyzing Passion Fruit pomace.Mixed enzymes hydrolysis conditions effect on juice quality extracted from Passion Fruit pomace were studied.The optimum technological parameters for enzymatic extraction were determined through single factor experiments couple with orthogonal tests.The result of the orthogonal tests indicates that juice with desirable yield，content of soluble solids and vitamin C was obtained as 0.2%mixed enzymes，pH 4.5，temperature 50℃.Under these conditions，the juice yield was 83.36%，content of soluble solid and vitamin C was 16.27%and 17.29%，respectively.

passionfruit；pomace；enzymolysis；juiceyield

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.19.023

2015-10-27

廣西高校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目（201413639006）；廣西壯族自治區(qū)高等學(xué)?？茖W(xué)研究項(xiàng)目（KY2015YB519）

張佳艷（1986—），女（漢），講師，碩士研究生，從事食品加工與營養(yǎng)方面的教學(xué)與研究工作。