胡蘿卜、番茄、黃瓜和西芹制汁過程中酶解工藝的優(yōu)化

張程慧,石 超,馮敘橋

(渤海大學食品科學與工程學院,遼寧錦州 121013)

蔬菜富含多種營養(yǎng)成分,是人們獲取水分、維生素、糖類、膳食纖維等營養(yǎng)成分的重要來源,具有潤膚、健胃、助消化及抗癌等保健功能[1-2]。蔬菜具有較強的季節(jié)性,不易貯存,因而蔬菜原料常被精深加工為飲料等易貯藏的風味食品,以轉(zhuǎn)換產(chǎn)品形式的方法有效解決蔬菜貯藏問題[1,3]。蔬菜汁是由完好、成熟度適中的新鮮或冷藏的蔬菜制得的汁液,并以水、甜味劑、酸味劑等輔料混合制取的飲料。酶法澄清、酶法液化及超濾等加工技術不斷應用于南瓜、胡蘿卜、芹菜、番茄等清汁、混汁和復合汁的研究中,使得蔬菜汁、蔬菜濃縮漿、特種蔬菜飲料等多種類型的蔬菜飲品能夠被開發(fā)[4]。

胡蘿卜(Daucuscarota)富含胡蘿卜素、氨基酸、礦物質(zhì)、維生素等多種營養(yǎng)物質(zhì),其胡蘿卜素含量比其他蔬菜高出30倍以上,可在人體內(nèi)轉(zhuǎn)化為維生素A,具有養(yǎng)眼護眼、美容抗皺、增補氣血等功效[5-7]。番茄(LycopersiconesculentumMill)含豐富的番茄紅素、維生素C、鈣、鐵、鋅等營養(yǎng)元素,不僅具有生津消渴、美白抗衰、健脾胃促食欲等功效,還能降低患心血管疾病的風險,具有較大的開發(fā)價值[8-10]。黃瓜(CucumissativusLinn)富含膳食纖維、胡蘿卜素、游離氨基酸、礦物質(zhì)等人體必需的營養(yǎng)成分,具有解渴解毒、美容養(yǎng)顏、潤肺排氣、有效防止便秘等功效[11-12]。西芹(ApiumgraveolensLinn)的營養(yǎng)成分豐富,其蛋白質(zhì)、維生素以及鈣、鎂、鐵等礦物質(zhì)含量高,具有降血壓、降血糖、抗氧化、健胃、鎮(zhèn)靜安神等功效[13-14]。

出汁率是影響制汁加工產(chǎn)量與質(zhì)量的關鍵指標之一,而低出汁率是蔬菜汁產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術瓶頸之一。目前提高出汁率常用的方法有機械破碎、酶法破碎、冷凍破碎、超聲波破碎等,其中,破碎和榨汁是提高蔬菜出汁率的常用加工工藝,但在破碎壓榨過程中,蔬菜漿內(nèi)部產(chǎn)生的汁液若是沒有足夠的排汁通道,即破碎不足或破碎過度,都容易造成蔬菜出汁率下降[4],應用酶解技術則可以克服此缺點。蔬菜的細胞壁中含有大量果膠、蛋白質(zhì)、纖維素等大分子物質(zhì),這使得破碎后的漿液粘稠,取汁困難,加入酶制劑可降解植物細胞壁及胞間層,破壞果實細胞的網(wǎng)狀結構,使細胞液釋出,并且有效降解大分子物質(zhì)使得蔬菜汁黏度降低,這不僅能有效提高果實的破碎程度和果蔬的出汁率,同時能夠改善蔬菜汁的濁度,并促使風味前體物水解而增強蔬菜汁香氣,最終得到的蔬菜汁香味濃郁,營養(yǎng)成分更易于被人體吸收[15-18]。為提高胡蘿卜、番茄、黃瓜和西芹的制汁效果,本文通過對果膠酶、纖維素酶的添加量、酶解溫度和酶解時間的單因素研究,確定這四種蔬菜的酶解條件,并設計正交實驗確定各蔬菜原料的最佳酶解工藝,以提高蔬菜汁飲料的品質(zhì),增加其穩(wěn)定性,為蔬菜汁工業(yè)化生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

胡蘿卜、番茄、黃瓜、西芹 購于錦州市興隆生鮮水果超市;抗壞血酸鈉、檸檬酸 市售食品級;果膠酶(20000 U/g)、纖維素酶(10000 U/g) 肇東市日成酶制劑有限公司;其它試劑 均為國產(chǎn)分析純。

ML104分析天平 瑞士梅特勒公司;HH-6型恒溫水浴鍋 常州國華電器有限公司;WGZ-2000濁度計 上海昕瑞儀器公司;R843三合一攪拌機 美的有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 蔬菜原料預處理及酶解制汁

1.2.1.1 胡蘿卜汁的制取 選擇新鮮、適度成熟、無病蟲害的胡蘿卜清洗,將清洗后的胡蘿卜浸泡在5%、95 ℃的NaOH溶液中2 min,取出胡蘿卜搓去表皮,清水洗凈,瀝干后先對半豎切再橫切成片(橫切厚度1～2 mm),在0.5%、90～95 ℃檸檬酸溶液中預煮2～3 min鈍化酶的活性,防止汁液褐變和凝聚[9],且能夠提高出汁率和改善風味。然后按料液比3∶1與水混合打漿15～20 s,在漿液中加入果膠酶進行酶解,滅酶后用200目濾布過濾酶解后的漿液即得胡蘿卜汁。

1.2.1.2 番茄汁的制取 選擇成熟度適當、顏色鮮紅、無病蟲害、香味濃郁的番茄,除去果柄花萼,清水洗凈,在90～95 ℃水中預煮1 min左右鈍化酶活性、提高出汁率[9],然后將番茄加入攪拌機打漿15～20 s,并在漿液中加入果膠酶進行酶解,滅酶后用200目濾布過濾得到番茄汁。

1.2.1.3 黃瓜汁的制取 選擇新鮮飽滿、無病蟲和機械損傷的黃瓜,切去果柄和根部,清水洗凈,去皮后先對半豎切再橫切成片(橫切厚度2～4 mm),然后迅速放入0.1%的檸檬酸溶液中進行護色處理,然后在85～90 ℃水中預煮2～3 min以鈍化酶的活性、提高出汁率[11],按料液比3∶1與水混合打漿15～20 s,在漿液中加入果膠酶進行酶解,滅酶后用200目濾布過濾得到黃瓜汁。

1.2.1.4 西芹汁的制取 選取新鮮、成熟度適中且無病蟲害的西芹,清水洗凈,切去根部及壞損處,切分成塊(長度2～4 mm),并迅速移入2%的抗壞血酸鈉溶液中進行護色處理,然后在90～95 ℃水中預煮4～5 min以鈍化酶活性、提高出汁率[13],按料液比2∶1與水混合打漿15～20 s,在漿液中加入纖維素酶進行酶解,滅酶后用200目濾布過濾得到西芹汁。

1.2.2 單因素實驗 分別考察胡蘿卜汁、番茄汁和黃瓜汁中添加的果膠酶以及西芹汁中添加的纖維素酶對蔬菜汁的影響[19],以出汁率和濁度為指標對酶解效果進行評價,其中酶解條件如下所示:

胡蘿卜汁:考察不同酶解時間(40 ℃下0.2%果膠酶分別酶解20、40、60、80和100 min)、酶添加量(0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%果膠酶40 ℃下酶解60 min)以及不同酶解溫度(20、30、40、50、60 ℃下0.3%果膠酶酶解60 min)下的酶解效果。

番茄汁:考察不同酶解時間(50 ℃下0.2%果膠酶酶解20、40、60、80和100 min)、酶添加量(0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%果膠酶50 ℃下酶解40 min)以及酶解溫度(20、30、40、50、60 ℃下0.2%果膠酶酶解40 min)下的酶解效果。

黃瓜汁:考察不同酶解時間(50 ℃下0.2%果膠酶酶解20、40、60、80和100 min)、酶添加量(0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%果膠酶50 ℃下酶解60 min)以及酶解溫度(20、30、40、50、60 ℃下0.4%果膠酶酶解60 min)下的酶解效果。

西芹汁:考察不同酶解時間(50 ℃下0.2%纖維素酶酶解20、40、60、80和100 min)、酶添加量(0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%纖維素酶50 ℃下酶解60 min)以及酶解溫度(20、30、40、50、60 ℃下0.3%纖維素酶酶解60 min)下的酶解效果。

1.2.3 酶解條件的正交優(yōu)選 在單因素實驗基礎上,以酶解時間(A)、酶添加量(B)和酶解溫度(C)作為因素條件進行正交實驗設計,對蔬菜汁酶解工藝進一步優(yōu)化,確定蔬菜汁最佳酶解工藝。實驗設計如表1。

表1 胡蘿卜汁酶解條件優(yōu)化L9(34)正交實驗因素水平表Table 1 Factors and levels for L9(34)or orthogonal test on carrot juice

表2 番茄汁酶解條件優(yōu)化L9(34)正交實驗因素水平表Table 2 Factors and levels for L9(34)or orthogonal test on tomato juice

表3 黃瓜汁酶解條件優(yōu)化L9(34)正交實驗因素水平表Table 3 Factors and levels for L9(34)or orthogonal test on cucumber juice

表4 西芹卜汁酶解條件優(yōu)化L9(34)正交實驗因素水平表Table 4 Factors and levels for L9(34)or orthogonal test on celery juice

1.2.4 指標測定方法 出汁率:用200目濾布將酶解后的蔬菜汁人工擠壓過濾,直至殘渣無液體,按質(zhì)量稱取過濾后的蔬菜汁,按以下公式進行計算:

濁度:采用WGZ-2000型濁度計法[20]進行測定,單位為NTU(福馬肼濁度),若樣品的濁度過高超出測量范圍,則需先將樣品液體稀釋后再進行測定,一般測定范圍為0～100 NTU,以蒸餾水為參比對照。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實驗數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0軟件進行顯著性分析,以Origin 7.0軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 蔬菜汁酶解條件的單因素實驗

2.1.1 胡蘿卜汁酶解條件的單因素實驗

2.1.1.1 胡蘿卜汁酶解時間確定 胡蘿卜中果膠含量豐富[21-22],因而選取果膠酶對其進行酶解制汁。當酶制劑作用于胡蘿卜時,酶解時間對其出汁和澄清效果均有較大影響。由圖1可知,胡蘿卜出汁率隨著酶解反應的進行而有所提升,且反應前60 min內(nèi)胡蘿卜的出汁率顯著增高(P<0.05),在60～100 min時間段內(nèi),出汁率無明顯提升,且過程中出汁率有出現(xiàn)降低趨勢;而濁度值則隨酶解時間的增加呈先降低后升高的現(xiàn)象,在反應60 min后濁度明顯反增(P<0.05),這可能是由于果膠酶降解了胡蘿卜汁中的果膠類物質(zhì),產(chǎn)生大量顆粒物質(zhì),長時間的酶解雖然能把果膠水解較完全使得胡蘿卜汁澄清度變高,體系粘度下降,但大量懸浮顆粒因此變得更容易沉降,從而造成胡蘿卜汁中沉淀物絮凝,濁度回升[18-19]。由上述結果分析可知,出汁率與濁度之間有一定的相互關系,因而胡蘿卜汁選擇60 min酶解時間進行下一步實驗。

圖1 酶解時間對胡蘿卜汁酶解效果的影響Fig.1 Effect of reaction time on carrot juice enzymolysis注:圖中不同小寫字母代表組內(nèi)具有顯著性差異(P<0.05),有相同字母的數(shù)據(jù)視為差異不顯著(P>0.05);圖2～圖12同。

2.1.1.2 胡蘿卜汁酶添加量確定 果膠酶作用于胡蘿卜時,酶添加量對其出汁率和澄清效果均有較大影響。由圖2可知,胡蘿卜出汁率隨酶添加量的增加而提高,且酶添加量在0.1%～0.3%之間的出汁率存在較大差異(P<0.05),在0.3%～0.5%范圍內(nèi)出汁率雖有提高但出汁效果仍沒有低酶添加量的時候顯著。此時濁度隨酶添加量的增加呈先降低后升高的趨勢,當果膠酶添加量少于0.3%時,果膠物質(zhì)被快速分解,胡蘿卜汁的透光率高,因而在0.1%～0.3%酶含量范圍內(nèi),濁度顯著降低(P<0.05);當果膠酶添加量高于0.3%時,大量的果膠酶雖然能夠快速分解果膠,但過多的酶蛋白又容易沉淀絮凝使得胡蘿卜汁混濁,因而濁度值又逐漸反增(P>0.05),與此同時也造成了果膠酶的浪費。綜合考慮出汁率與濁度之間存在的相關性,最終選擇胡蘿卜汁中添加0.3%果膠酶較適合。

圖2 酶添加量對胡蘿卜汁酶解效果的影響Fig.2 Effect of enzyme addition on carrot juice enzymolysis

2.1.1.3 胡蘿卜汁酶解溫度確定 將果膠酶應用于胡蘿卜制汁工藝時,酶解溫度對胡蘿卜的出汁和澄清度均有較大影響。由圖3可知,胡蘿卜出汁率隨著反應溫度的升高呈先升高后下降的趨勢,在20～40 ℃溫度范圍內(nèi)出汁率可達到最大值,隨后當溫度超過40 ℃,胡蘿卜的出汁率顯著降低(P<0.05),可能是由于溫度過高干擾了酶活性,從而影響了出汁率。另外,濁度隨酶解溫度的升高呈先減小后升高的現(xiàn)象,當果膠酶偏離該反應體系下的適宜反應溫度時,即反應體系溫度高于40 ℃時酶活性降低,不利于胡蘿卜漿液的酶解而使得果膠酶無法高效地分解果膠,因而濁度明顯反增(P<0.05)。綜合分析出汁率與濁度之間的相互關系,因而最終選擇40 ℃酶解溫度進行下一步實驗。

圖3 酶解溫度對胡蘿卜汁酶解效果的影響Fig.3 Effect of reaction temperature on carrot juice enzymolysis

2.1.2 番茄汁酶解條件的單因素實驗

2.1.2.1 番茄汁酶解時間確定 番茄中含有較多的果膠[23-24],因而選取果膠酶對其進行酶解。酶解時間對番茄的出汁率和濁度影響較大,合適的酶解時間能大大提高果膠酶對細胞的裂解效率[15,17-18]。由圖4可知,番茄的出汁率在酶解20～60 min時間內(nèi)較高且較穩(wěn)定(P>0.05),而在60～100 min內(nèi)出汁率顯著降低(P<0.05),這說明長時間酶解不利于提高番茄的出汁率;番茄汁的濁度在酶解時間40～80 min內(nèi)較穩(wěn)定,且酶解60 min的番茄汁比酶解40 min的番茄汁渾濁度略高,另外酶解80 min以上番茄汁的濁度更是顯著升高(P<0.05),說明長時間酶解會導致番茄汁內(nèi)絮凝物沉積而使?jié)岫壬摺７治龀鲋逝c濁度之間的這種關聯(lián)性后,考慮到40 min下的出汁率高且濁度低,最終選擇將番茄汁的酶解時間控制在40 min為宜。

圖4 酶解時間對番茄汁酶解效果的影響Fig.4 Effect of reaction time on tomato juice enzymolysis

2.1.2.2 番茄汁酶添加量確定 酶添加量對番茄的出汁率和濁度影響較大,適量的果膠酶能使番茄中的果膠物質(zhì)被完全分解,降低了番茄汁的粘度以便加工處理[19]。由圖5可知,番茄的出汁率在酶添加量0.1%～0.2%范圍內(nèi)顯著增加(P<0.05),酶添加量高于0.2%后出汁率有較小幅度的下降且呈趨于穩(wěn)定的變化(P>0.05),說明添加過多的果膠酶無益于番茄果肉出汁。較低的果膠酶添加量可使番茄汁的澄清效果更好,即濁度也較低,而增加果膠酶的用量不僅沒有明顯改善番茄汁的澄清度(P>0.05),還造成了酶材料的浪費,增加了成本。根據(jù)出汁率與濁度呈現(xiàn)出來的相互關系,判斷番茄汁中添加0.2%果膠酶較適合。

圖5 酶添加量對番茄汁酶解效果的影響Fig.5 Effect of enzyme addition on tomato juice enzymolysis

2.1.2.3 番茄汁酶解溫度確定 酶解溫度對番茄的出汁率和濁度影響較大,反應體系中的酶存在最適反應溫度,此時果膠酶的酶活性可達到最強,有利于果膠酶將番茄中的果膠分解完全。由圖6可知,番茄出汁率隨著酶解溫度的升高呈先升高后下降的變化,在20～30 ℃時番茄的出汁率不斷升高達到最大值,高于30 ℃出汁率則顯著降低(P<0.05),故可判斷溫度過高不利于番茄漿液的酶解;同時在酶解溫度20～60 ℃范圍內(nèi),當溫度達到30 ℃時,番茄汁的濁度達到最小(40.3 NTU),但隨著溫度的升高,酶活性逐漸降低,不利于改善番茄汁的粘度從而影響了澄清效果;當溫度超過30 ℃,番茄汁的濁度明顯高于40.3 NTU(P<0.05)。由出汁率與濁度之間的相關性綜合判斷,酶解溫度選擇30 ℃進行番茄汁實驗較好。

圖6 酶解溫度對番茄汁酶解效果的影響Fig.6 Effect of reaction temperatureon tomato juice enzymolysis

2.1.3 黃瓜汁酶解條件的單因素實驗

2.1.3.1 黃瓜汁酶解時間確定 黃瓜中含有較多的果膠[25-26],因而實驗中選取果膠酶對其進行酶解制汁。纖維素酶果膠酶作用于黃瓜汁液時,酶解時間對黃瓜出汁和澄清效果均有較大影響。由圖7可知,在反應時間20～60 min內(nèi)黃瓜的出汁率隨酶解時間的增加而先增高又下降,此時可以看出酶解20 min與酶解60 min的黃瓜汁在出汁率這一指標上并無較大差異(P>0.05);在60～80 min內(nèi)出汁率也無明顯變化(P>0.05),而反應80～100 min出汁率則顯著降低(P<0.05);與此同時,濁度在反應時間內(nèi)呈先降低后上升的現(xiàn)象,酶解反應20 min與60 min的黃瓜汁濁度存在顯著性差異(P<0.05),而酶解60 min后濁度又顯著反增(P<0.05),這主要是因為酶解時間不足導致酶解不完全,不但影響了黃瓜的出汁效果也影響了黃瓜汁的澄清度,而酶解時間過長增加了底物生成量,容易導致黃瓜汁中懸浮物絮凝沉積,不僅增加出汁成本,生產(chǎn)效率也會隨之降低,因而綜合考慮判斷黃瓜汁進行酶解60 min為佳。

圖7 酶解時間對黃瓜汁酶解效果的影響Fig.7 Effect of reaction time on cucumber juice enzymolysis

2.1.3.2 黃瓜汁酶添加量確定 果膠酶作用于黃瓜汁液時,酶添加量對黃瓜的出汁率和濁度影響較大。由圖8可知,黃瓜的出汁率在酶添加量0.2%～0.3%范圍內(nèi)呈降低現(xiàn)象,但整體上出汁率隨酶添加量的增加而提高,且0.4%添加量與0.5%果膠酶添加量之間無顯著差異(P>0.05),因而可視為此條件下添加0.4%果膠酶即可得到黃瓜的較高出汁率;黃瓜汁的濁度隨酶添加量的增加呈先降低后升高的趨勢,升高可能是由于酶添加量過多達到反應上限,高效的果膠酶快速分解果膠大分子產(chǎn)生大量底物,以及過多的酶蛋白使黃瓜汁產(chǎn)生一定程度混濁最終引起濁度值升高。酶添加量在0.3%與0.4%之間的黃瓜汁濁度不存在明顯差異(P>0.05),而當酶添加量達到0.5%,黃瓜汁的濁度才顯著增大(P<0.05)。根據(jù)出汁率與濁度之間存在的此種關聯(lián)性,為保證較高的出汁率和較低的濁度,最終選擇添加0.4%果膠酶進行正交實驗。

圖8 黃瓜汁酶添加量對酶解效果的影響Fig.8 Effect of enzyme addition on cucumber juice enzymolysis

2.1.3.3 黃瓜汁酶解溫度確定 果膠酶作用于黃瓜汁液時,酶解溫度對黃瓜的出汁率和濁度影響較大。由圖9可知,黃瓜的出汁率隨著反應溫度的升高呈先上升后下降的趨勢,溫度在20～40 ℃范圍內(nèi)出汁率達到最大值,隨后在40～60 ℃范圍內(nèi)出汁率又下降,可能是由于溫度升高超過體系下果膠酶的最適反應溫度,使得酶活性下降影響了出汁率;濁度值則隨反應溫度的升高呈先減小后增大的趨勢,溫度在20～40 ℃范圍內(nèi)濁度顯著降低(P<0.05),隨后40～60 ℃內(nèi)黃瓜汁的濁度又緩慢回升(P>0.05),可能是由于酶解溫度過高,影響了酶活性使之成為無效的酶分子存在于溶液中,以致黃瓜汁仍較混濁。綜合考慮出汁率及黃瓜汁的澄清效果,判斷黃瓜汁40 ℃下進行酶解較適合。

圖9 酶解溫度對黃瓜汁酶解效果的影響Fig.9 Effect of reaction temperatureon cucumber juice enzymolysis

2.1.4 西芹汁酶解條件的單因素實驗

2.1.4.1 西芹汁酶解時間確定 西芹中纖維素含量較高[13,15],因而選用纖維素酶對其進行酶解處理。纖維素酶作用于西芹漿液時,酶解時間對西芹出汁和澄清效果均有較大影響。由圖10可知,西芹的出汁率在酶解時間60 min時達到最高值,當反應時間少于或多于60 min酶解時,出汁率又有所降低;西芹汁的濁度在酶解時間20～60 min內(nèi)顯著降低(P<0.05)且在60 min時達到最低,少于或多于60 min酶解的西芹汁濁度較高,說明適宜的酶解時間能使西芹中的纖維素水解完全,長時間酶解會導致西芹汁中沉淀物絮凝。由出汁率與濁度兩指標間表現(xiàn)出較緊密的關系可以看出,西芹汁酶解60 min較為適宜。

圖10 酶解時間對西芹汁酶解效果的影響Fig.10 Effect of reaction time on celery juice enzymolysis

2.1.4.2 西芹汁酶添加量確定 纖維素酶作用于西芹汁液時,西芹的出汁率和濁度受酶添加量的影響較大。由圖11可知,西芹的出汁率在0.1%～0.2%酶添加量顯著升高(P<0.05)且達到出汁率最大值,可見0.2%纖維素酶能將纖維素分解較完全,而高于0.2%添加量下的西芹出汁率略有降低但降低幅度緩慢(P>0.05),說明過多的纖維素酶對西芹出汁率的改良度較低;西芹汁濁度變化是呈先降低后升高的現(xiàn)象,在酶添加量為0.1%～0.3%范圍內(nèi)濁度顯著降低(P<0.05),酶添加量達到0.3%以上濁度又明顯回升(P<0.05)。0.2%～0.3%酶添加量下的西芹汁出汁率下降并不顯著(P>0.05)但此時西芹汁的澄清度變得更高(P<0.05),綜合考慮出汁率及西芹汁穩(wěn)定效果,選擇0.3%纖維素酶進行下一步實驗。

圖11 酶添加量對西芹汁酶解效果的影響Fig.11 Effect of enzyme addition on celery juice enzymolysis

2.1.4.3 西芹汁酶解溫度確定 酶解溫度對西芹的出汁率和濁度影響較大,適宜溫度范圍內(nèi),纖維素酶的活性可達到最強,可將西芹中的纖維素完全分解。由圖12可知,在20～40 ℃溫度上升范圍內(nèi),西芹的出汁率隨之提高,但40～60 ℃之間出汁率顯著降低(P<0.05),可能是由于過高或過低的溫度不適合纖維素酶在該體系下發(fā)揮出較大的酶活,致使酶活降低而無法高效地參與反應;另外西芹汁在40 ℃條件下的濁度與該體系下的最小濁度值無顯著差異(P>0.05)。綜合考慮西芹出汁率及其汁液澄清度,最終判斷西芹汁酶解溫度為40 ℃更好。

圖12 酶解溫度對西芹汁酶解效果的影響Fig.12 Effect of reaction temperatureon celery juice enzymolysis

2.2 蔬菜汁酶解條件的正交優(yōu)化

由單因素實驗結果可以看出蔬菜汁酶解實驗的出汁率與濁度之間存在一定的相關性,即某個能夠得到較高出汁率的酶解條件,亦能在該酶解條件下獲得較低的濁度值;另外考慮到出汁率是影響制汁加工產(chǎn)量與質(zhì)量的關鍵指標,故最終工藝參數(shù)的正交優(yōu)化以出汁率作為酶解效果的主要評判標準,對結果進行分析。

2.2.1 胡蘿卜汁酶解條件優(yōu)化結果 以出汁率代表胡蘿卜酶解效果對結果進行分析(表5和表6)。

表5 胡蘿卜汁酶解條件L9(34)正交實驗結果Table 5 The L9(34)orthogonal experimental results ofenzymolysis conditions on carrot juice

表6 胡蘿卜汁酶解條件正交實驗方差分析表Table 6 The variance analysis of orthogonal experiment for enzymolysis conditions on carrot juice

表8 番茄汁酶解條件正交實驗方差分析表Table 8 The variance analysis of orthogonal experiment for enzymolysis conditions on tomato juice

果膠酶酶解胡蘿卜汁最佳工藝條件的正交實驗結果如表5和表6所示。由表可知,各因素對胡蘿卜出汁率影響大小的順序依次為酶解溫度>酶添加量>酶解時間;方差分析表明酶解溫度和酶添加量對胡蘿卜酶解效果具有極顯著影響(P<0.01),酶解時間對酶解效果具有顯著影響(P<0.05)。根據(jù)影響因素的主次排序及優(yōu)化所得的條件,確定胡蘿卜汁最佳酶解工藝條件為C2B3A2,即在40 ℃下添加0.4%的果膠酶進行酶解60 min。

2.2.2 番茄汁酶解條件優(yōu)化結果 以出汁率代表番茄酶解效果對結果進行分析(表7和表8)。

表7 番茄汁酶解條件L9(34)正交實驗結果Table 7 The L9(34)orthogonal experimental results ofenzymolysis conditions on tomato juice

果膠酶酶解番茄汁最佳工藝條件的正交實驗結果如表7和表8所示。由表可知,各因素對番茄出汁率影響大小的順序依次為酶解時間>酶添加量>酶解溫度;其中酶解時間和酶添加量對番茄酶解效果影響極顯著(P<0.01),酶解溫度對酶解效果影響顯著(P<0.05)。分析優(yōu)化后的指標,最終確定番茄汁工藝參數(shù)為A2B2C3,即在40 ℃下添加0.2%的果膠酶進行酶解40 min。

2.2.3 黃瓜汁酶解條件優(yōu)化結果 以出汁率代表黃瓜酶解效果對結果進行分析(表9和表10)。

表9 黃瓜汁酶解條件L9(34)正交實驗結果Table 9 The L9(34)orthogonal experimental results ofenzymolysis conditions on cucumber juice

表10 黃瓜汁酶解條件正交實驗方差分析表Table 10 The variance analysis of orthogonal experiment for enzymolysis conditions on cucumber juice

表12 西芹汁酶解條件正交實驗方差分析表Table 12 The variance analysis of orthogonal experiment for enzymolysis conditions on celery juice

果膠酶酶解黃瓜汁最佳工藝條件的正交實驗結果如表9和表10所示。由表可知,各指標下的因素主次順序依次為酶解溫度>酶添加量>酶解時間;方差分析表明酶解溫度對黃瓜酶解效果影響極顯著(P<0.01),酶添加量對酶解效果影響顯著(P<0.05),而酶解時間對酶解效果無影響(P>0.05)。根據(jù)因素的影響主次,綜合考慮,確定黃瓜汁最佳酶解條件為C2B3A2,即在40 ℃下添加0.5%的果膠酶反應60 min。

2.2.4 西芹汁酶解條件優(yōu)化結果 以出汁率代表西芹酶解效果對結果進行分析(表11和表12)。

表11 西芹汁酶解條件L9(34)正交實驗結果Table 11 The L9(34)orthogonal experimental results ofenzymolysis conditions on celery juice

纖維素酶酶解西芹汁最佳工藝條件的正交實驗結果如表11和表12所示。由表可知,各因素對西芹出汁率影響大小的順序依次為酶解溫度>酶添加量>酶解時間;其中酶解溫度對西芹酶解效果影響極顯著(P<0.01),酶添加量對酶解效果影響顯著(P<0.05),酶解時間對酶解效果影響不大(P>0.05)。分析優(yōu)化后的條件,確定西芹汁酶解工藝最優(yōu)組合為C2B3A2,即在40 ℃下添加0.4%的纖維素酶進行60 min酶解。

2.3 優(yōu)化結果驗證

按照最佳酶解條件進行實驗驗證,重復3次,所得驗證結果如下:胡蘿卜平均出汁率為84.7%、濁度為54.3 NTU,番茄平均出汁率為95.1%、濁度為36.3 NTU,黃瓜平均出汁率為93.2%、濁度為60.7 NTU,西芹平均出汁率為92.1%,濁度為33.3 NTU。所獲結果較單因素優(yōu)選實驗結果更優(yōu),說明正交優(yōu)選實驗所得工藝條件為此4種蔬菜汁的最佳酶解工藝條件。

3 結論

本文在單因素實驗的基礎上,采用3因素4水平的正交設計實驗,對胡蘿卜、番茄、黃瓜和西芹這四種蔬菜制汁的酶解工藝進行了優(yōu)化,確定這四種蔬菜汁的最佳酶解工藝條件為:胡蘿卜汁酶解時間60 min、果膠酶添加量0.4%、酶解溫度40 ℃,番茄汁酶解時間40 min、果膠酶添加量0.2%、酶解溫度40 ℃,黃瓜汁酶解時間60 min、果膠酶添加量0.5%、酶解溫度40 ℃,西芹汁酶解時間60 min、纖維素酶添加量0.4%、酶解溫度40 ℃。在上述優(yōu)選參數(shù)條件下,四種蔬菜汁的驗證實驗均得到了與正交實驗一致的最佳結果。