木瓜果汁澄清工藝的優(yōu)化研究

李西騰，魏楠，鄭楠，黃璟如

（江蘇食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)院食品學(xué)院，江蘇淮安223003）

木瓜果汁澄清工藝的優(yōu)化研究

李西騰，魏楠，鄭楠，黃璟如

（江蘇食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)院食品學(xué)院，江蘇淮安223003）

以果膠酶為澄清劑，以透光率為指標(biāo)，通過單因素試驗(yàn)，研究果膠酶用量、酶解溫度、酶解時間和酶解pH值對木瓜果汁澄清度的影響，并采用響應(yīng)面法對澄清工藝進(jìn)行優(yōu)化。果膠酶對木瓜果汁澄清的最佳工藝條件為：酶用量580mg/L、酶解時間2.4h、酶解溫度49℃、酶解pH值為3.3。用優(yōu)選方案所制備的木瓜果汁透光率為98.13%，澄清效果好。

木瓜果汁；果膠酶；澄清；優(yōu)化

木瓜為薔薇科屬，主要分布在我國南方地區(qū)，木瓜含有多種營養(yǎng)成分，含有豐富的碳水化合物、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)和多種維生素，稱為百益之果[1-2]。木瓜還含有木瓜酚、黃酮等活性成分，具有健脾胃、消暑解渴、降血脂、降血壓、提高人體免疫力等保健功能[3-6]。木瓜果漿汁中含有一定的果膠物質(zhì)，會導(dǎo)致渾濁，并產(chǎn)生沉淀現(xiàn)象，需要對木瓜果汁進(jìn)行澄清。果膠酶能使果膠物質(zhì)水解，使果汁的黏性降低，果汁變得清澈，果膠酶水解具有條件溫和、操作簡便、水解快速、效果明顯等特點(diǎn)，廣泛用于果汁加工中[7-11]。

本試驗(yàn)利用果膠酶作為澄清劑對木瓜果汁進(jìn)行澄清處理，以木瓜果汁的透光率為指標(biāo)，通過響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)確定果膠酶澄清果汁的最佳工藝，試圖為木瓜果汁的生產(chǎn)提供優(yōu)化的工藝參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 原料與儀器

木瓜：市售充分成熟的番木瓜，江蘇淮安蘇果超市；果膠酶（10萬U/g）：深圳恒生生物科技有限公司。

JYL-C012九陽料理機(jī)：九陽股份有限公司；GKC214恒溫水浴鍋：常州國華儀器有限公司；722分光光度計(jì)：上海佑科儀器儀表有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 木瓜果汁的制備[10]

木瓜→清洗→去皮、去籽→打漿→加熱滅酶（95℃，1 min）→果膠酶處理→過濾（120目雙層紗布）→清汁

1.2.2 測定方法

果汁澄清度的測定：采用分光光度法[12]。以蒸餾水作參比，于700 nm波長下用722分光光度計(jì)測定透光率，用透光率T（%）表示果汁的澄清度。

1.2.3 單因素試驗(yàn)

1.2.3.1 果膠酶用量的選擇

用1 mol/L的HCl調(diào)整木瓜原汁的pH值為4.0，分別加入 100、200、300、400、500、600 mg/L 的果膠酶，混勻后在45℃下酶解2 h。以透光率為指標(biāo)確定酶用量，試驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行3次取平均值。

1.2.3.2 酶解時間的選擇

調(diào)整木瓜原汁的pH值為4.0，加入500 mg/L的果膠酶，混勻，在 45 ℃下分別酶解 1、1.5、2、2.5、3、3.5 h。以透光率為指標(biāo)選擇合適的的酶解時間。

1.2.3.3 酶解溫度的選擇

調(diào)整木瓜原汁的pH值為4.0，加入500 mg/L的果膠酶，混勻，分別在 30、35、40、45、50、55 ℃ 下酶解 2 h。以透光率為指標(biāo)選擇適宜的酶解溫度。

1.2.3.4 果汁pH值的選擇

用1 mol/L的HCl調(diào)整木瓜原汁的pH值分別為2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5，加入 500 mg/L 的果膠酶，混勻，在45℃下酶解2 h。以透光率為指標(biāo)選擇合適的pH值。

1.2.4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以果膠酶用量、酶解時間、酶解溫度、果汁pH值為參數(shù)，以透光率為指標(biāo)進(jìn)行響應(yīng)面設(shè)計(jì)，對果膠酶澄清木瓜果汁的工藝進(jìn)行優(yōu)化（見表1）。在分析得到的最佳工藝條件下處理果汁作為優(yōu)化組驗(yàn)證響應(yīng)面分析的可靠性。

表1 Box-Behnken設(shè)計(jì)試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels of the Box-Behnken design

2 結(jié)果與分析

2.1 果膠酶用量對果汁透光率的影響

不同果膠酶用量對木瓜果汁澄清效果的影響結(jié)果見圖1。

圖1 果膠酶用量對果汁透光率的影響Fig.1 Effect of enzyme concentration on juice clarity of pawpaw

從圖1可以看出，透光率隨著果膠酶用量的增加而迅速增大；果膠酶用量大于500 mg/L時，透光率增加緩慢。果膠酶用量少時，果膠物質(zhì)分解不完全，澄清效果差；用量過多時，酶蛋白又會使果汁產(chǎn)生混濁，而且增加了成本。因此，選擇果膠酶用量為500 mg/L。

2.2 酶解時間對果汁透光率的影響

在45℃，果膠酶用量為500 mg/L的條件下考察酶解時間對木瓜果汁澄清效果的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 酶解時間對果汁透光率的影響Fig.2 Effect of hydrolysis time on juice clarity of pawpaw

由圖2可以看出，在2 h之內(nèi)，木瓜果汁的透光率隨著時間的增加而增大，2 h之后透光率的不再升高，說明果膠物質(zhì)基本完全分解，透光率不再增加。因此選擇酶解時間2 h較為適宜。

2.3 酶解溫度對果汁透光率的影響

在酶解時間2 h和果膠酶用量為500 mg/L時，考察不同溫度下果膠酶對果汁澄清效果的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 酶解溫度對果汁透光率的影響Fig.3 Effect of hydrolysis temperature on juice clarity of pawpaw

由圖3可知，45℃之前，木瓜果汁的透光率隨著溫度的升高而增加，45℃之后，透光率下降。果膠酶的活性在一定溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高而增大，當(dāng)溫度過高時，酶的活性受到抑制，透光率也就相應(yīng)降低。因此，優(yōu)化試驗(yàn)選擇的果膠酶的酶解溫度為45℃。

2.4 pH值對果汁透光率的影響

不同pH值對木瓜果汁澄清效果的影響結(jié)果見圖4。

圖4 pH值對果汁透光率的影響Fig.4 Effect of pH on juice clarity of pawpaw

由圖4可知，透光率隨著pH值的升高而增大。當(dāng)pH值達(dá)到3.5時，透光率最大，而后，當(dāng)pH值繼續(xù)升高，透光率下降。因此，選擇pH值為3.5左右。

2.5 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與分析

響應(yīng)面試驗(yàn)的方案與結(jié)果見表2。

表2 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果Table 2 Experimental design and results of Box-Behnken

利用Design-Expert 8.06軟件將表2數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸擬合，得到響應(yīng)值（透光率Y）對影響透光率的因素A（酶用量）、B（時間）、C（溫度）和 D（pH 值）的二次多項(xiàng)式回歸方程為：Y=85.63+13.80 A-1.01B+15.15C-15.97D+4.43AB+3.16AC+7.99AD+8.34BC-4.39BD+4.96CD-10.82A2-6.04B2-15.83C2-13.67D2。模型的方差分析結(jié)果見表3。

表3 回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)Table 3 Regression coefficients and their significance test

續(xù)表3 回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)Continue table 3 Regression coefficients and their significance test

由表3可以看出，該模型的一次項(xiàng)、二次項(xiàng)和交互項(xiàng)中的 A、C、D、AD、BC、A2、B2、C2、D2為顯著項(xiàng)。回歸方程整體模型顯著，失擬項(xiàng)不顯著，表明擬合度較好，模型能反應(yīng)響應(yīng)值變化，透光率的變化可以用該模型預(yù)測。

根據(jù)回歸方程得出不同因素的響應(yīng)面結(jié)果見圖5～圖10，從圖可以看出多個變量對響應(yīng)值的影響，曲面越陡峭，該因素對響應(yīng)值的影響越顯著。酶用量、溫度和pH值對透光率的影響都是明顯的，因?yàn)榍姹容^陡峭，而酶解時間的曲面比較平緩，所以是不明顯的。而響應(yīng)面的等高線圖為橢圓形，則表明2個因素的交互作用明顯，如為圓形則兩者之間的交互作用不明顯，從圖中可以看出酶用量和酶解時間、酶用量和酶解溫度、酶解時間和pH值、酶解溫度和pH值的交互作用不明顯，果膠酶用量和pH值、酶解時間和酶解溫度交互作用明顯。

圖5 果膠酶用量和酶解時間對果汁透光率的影響Fig.5 Effects of enzyme concentration and hydrolysis time on juice clarity

圖6 果膠酶用量和酶解溫度對果汁透光率的影響Fig.6 Effects of enzyme concentration and hydrolysis temperature on juice clarity

圖7 酶解時間和酶解溫度對果汁透光率的影響Fig.7 Effects of hydrolysis time and hydrolysis temperature on juice clarity

圖8 果膠酶用量和pH值對果汁透光率的影響Fig.8 Effects of enzyme concentration and pH on juice clarity

圖9 酶解時間和pH值對果汁透光率的影響Fig.9 Effects of hydrolysis time and pH on juice clarity

圖10 酶解溫度和pH值對果汁透光率的影響Fig.10 Effects of hydrolysis temperature and pH on juice clarity

2.6 最佳工藝條件確定及驗(yàn)證

通過計(jì)算分析，得到最大響應(yīng)值所對應(yīng)的因素條件為：酶用量578.01 mg/L、酶解時間2.42 h、酶解溫度48.59℃、pH 3.32，模型預(yù)測果汁透光率值為98.91%。為了方便操作，工藝調(diào)整為酶用量580 mg/L、酶解時間2.4 h、酶解溫度49℃、pH3.3，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行3次澄清工藝試驗(yàn)，得到透光率平均值為98.13%，與預(yù)測值接近，說明響應(yīng)面法優(yōu)化果膠酶澄清木瓜果汁的優(yōu)化模型較為可靠。

3 結(jié)論

利用響應(yīng)面法優(yōu)化果膠酶澄清木瓜果汁的工藝，得到最佳工藝參數(shù)組合為：酶用量580 mg/L、酶解時間2.4 h、酶解溫度49℃、pH值3.3，在此條件下，木瓜果汁透光率的預(yù)測值為98.91%，實(shí)測值為98.13%，澄清效果較好。

[1]楊光,王彬,史繼孔.木瓜果實(shí)營養(yǎng)成分的動態(tài)變化[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué),2005,33(1)：22-23

[2]董道順.木瓜、山楂復(fù)合型保健酸奶的研制[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,40(12)：187-190

[3]林丹,郭素華.木瓜化學(xué)成分、藥理作用研究進(jìn)展[J].海峽藥學(xué),2009,21(10)：85-87

[4]馮協(xié)和,陳科力,劉義梅.木瓜抗氧化活性研究進(jìn)展[J].醫(yī)藥導(dǎo)報(bào),2016,35(5)：491-495

[5]韓立敏.木瓜的營養(yǎng)保健功能及其開發(fā)利用[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2009(9)：138-139

[6]林凱.番木瓜葉揮發(fā)油化學(xué)成分分析及其在卷煙中的應(yīng)用[J].江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào) 2013,25(2)：104-106

[7]喬勇進(jìn),徐芹,方強(qiáng),等.果汁澄清工藝研究進(jìn)展[J].保鮮與加工,2007,7(3)：4-7

[8]王鴻飛,李和生,馬海樂,等.果膠酶對草莓果汁澄清效果的研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2003,19(3)：161-164

[9]俞麗娜,張興龍,劉紅星,等.果膠酶澄清枇杷果汁工藝的優(yōu)化研究[J].食品工業(yè)科技,2016,37(6)：201-205

[10]俞益芹,張煥新.澄清枇杷果汁飲料加工工藝[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,40(3)：257-259

[11]游劍,王飛,王君容.果膠酶澄清柚子汁工藝條件研究[J].中國釀造,2014,33(9)：98-101

[12]蒲海燕,張斌,張國良,等.果膠酶對雪蓮果汁澄清效果的影響研究[J].現(xiàn)代食品科技,2009,25(7)：780-782

Study on Optimal Clarification Process of Pawpaw Fruit Juice

LI Xi-teng，WEI Nan，ZHENG Nan，HUANG Jing-ru
（School of Food，Jiangsu Food&Pharmaceutical Science College，Huai'an 223003，Jiangsu，China）

The pawpaw fruit juice was clarified by pectinase，and the effect of enzyme concentration，hydrolysis time，hydrolysis temperature and hydrolysis pH on juice light transmittance were investigated.The result of re sponse surface optimization experiment was as follows：enzyme concentration 580 mg/L，the hydrolysis time 2.4 h，the hydrolysis temperature 49℃，and the hydrolysis pH 3.3.Under this optimal condition，the average transmittance of pawpaw fruit juice was 98.13%，the effect of clarification was good.

pawpaw juice；pectinase；clarification；optimization

2016-10-03

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.14.021

李西騰（1969—），男（漢），講師，碩士，主要從事食品生物技術(shù)方向的研究。