單寧酶和果膠酶聯(lián)合酶解刺梨榨汁工藝的研究

安玉紅，盧 秀

（1.貴州食品工程職業(yè)學(xué)院 食品工程系，貴州 貴陽551499；2.貴州大學(xué) 釀酒與食品工程學(xué)院，貴州 貴陽550025）

刺梨（Rosa roxbunghii）為薔薇科（Rosaceae）為多年生落葉灌木繅絲花的營養(yǎng)珍果[1-2]。刺梨果汁中富含大量維生素、植物多糖、單寧類、三萜皂苷類、黃酮類、生物堿類、有機(jī)酸類、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)等活性成分[3-8]，而且刺梨無急性、慢性毒性，可長期安全食用[9]。目前，除少部分加工成刺梨果脯、果干外，絕大部刺梨采收后通過壓榨成汁后冷凍保存，然后再以刺梨汁為原料加工成刺梨汁、刺梨飲料、刺梨酵素、果酒、精粉等[10]。刺梨汁因其具有抗氧化[11-13]、解酒護(hù)肝[9]、降血糖血脂[14-16]等功效，越來越受人們青睞。然而在刺梨汁加工工藝中，大部分采用傳統(tǒng)物理壓榨法，刺梨果汁存在氧化褐變、維C損失大、果汁風(fēng)味和口感發(fā)生劣變等不良情況，導(dǎo)致果汁品質(zhì)下降和營養(yǎng)損失。王銀娟等人[17]采用蒸汽熱燙處理藍(lán)莓2 min后再進(jìn)行榨汁，可有效防止藍(lán)莓汁酶促褐變，并且明顯提高了果汁中的花色苷和總酚含量。鄭仕宏等人[18]研究已表明刺梨果榨汁前采用蒸汽（80℃，10～15 min）可有效保持刺梨果汁褐變。蒸汽熱燙雖然可有效純化酶的活性，但對刺梨汁中維C、SOD等營養(yǎng)成分及口感覺的影響是顯著的，能耗也高；因刺梨的特殊性，目前蒸汽熱燙在刺梨榨汁中完全被棄用。因此，研究綠色、高效、安全、節(jié)能的刺梨榨汁方法成為貴州刺梨產(chǎn)業(yè)急需解決的問題，對提升刺梨汁產(chǎn)品品質(zhì)、促進(jìn)刺梨產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到重要的作用。

前期的研究發(fā)現(xiàn)，果膠酶可顯著提高木瓜出汁率和品質(zhì)[19]；殼聚糖固定化果膠酶與纖維素酶可顯著提高刺梨汁的澄清度，而對刺梨汁維C、SOD、可溶性固型物、總黃酮的影響不顯著[20]。另外，刺梨果中單寧含量較高，一般含量為0.6%～2.2%[21]，因而澀味重，過高的單寧含量對果汁產(chǎn)品穩(wěn)定性、澄清度、風(fēng)味、色澤等均產(chǎn)生不利影響[22-23]，商品價值降低。因此，脫除單寧是解決刺梨汁產(chǎn)品口感及變色的有效措施[24]。以上研究表明，果膠酶和單寧酶在刺梨汁出汁率及品質(zhì)有一定的作用。而刺梨果實中含有大量果膠、纖維素、單寧等物質(zhì)，在榨汁時添加果膠酶與單寧酶的混合物可能會加速果膠解聚、降低果汁黏度、減少果渣產(chǎn)生，提高可溶性固形物含量和出汁率，改善果汁酸澀的口感。因此，試驗以總可溶性固形物（TTS）和出汁率為指標(biāo)，通過單因素試驗與正交試驗研究果膠酶和單寧酶在刺梨榨汁中的工藝，為刺梨汁的加工和利用提供了試驗依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與儀器

1.1 試驗材料

刺梨原料（貴龍5號），貴州龍里十里刺梨示范園區(qū)提供；果膠酶（酶活力10 U/g），亞瑪特化工有限公司提供；單寧酶（酶活力10 U/g），天津市博迪化工有限公司提供；試驗用其他化學(xué)試劑均為分析純。

1.2 試驗儀器

YH-A5003型電子天平，瑞安市英衡電器有限公司產(chǎn)品；101-3A型電熱鼓風(fēng)干燥箱，天津市泰斯特儀器有限公司產(chǎn)品；WP-RO-20B型實驗室超純水機(jī)，四川沃特爾水處理設(shè)備有限公司產(chǎn)品；恒溫水浴鍋、pH計，奧豪斯儀器（上海）有限公司產(chǎn)品；WZ-MINI型商用現(xiàn)磨冰沙調(diào)理機(jī)（榨汁機(jī)），廣東美的置業(yè)有限公司產(chǎn)品；手持測糖儀，上海儀電物理光學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；YC-260L型冰箱，海爾股份有限公司產(chǎn)品。

2 試驗方法

2.1 加水量對刺梨出汁率的影響

在試驗中稱取一定量果肉，分別加入果肉質(zhì)量3.0，2.5，2.0，1.5，1.0，0.5，0倍的水。榨汁后，計算出汁率和測定汁中可溶性固形物含量，并分析加水的倍數(shù)對TTS含量及刺梨出汁率的影響。

2.2 異抗壞血酸鈉對刺梨汁色澤的影響

刺梨破碎后，在空氣中易發(fā)生氧化褐變，試驗采用異抗壞血酸鈉作護(hù)色劑。取一定量的刺梨去核果實稱重，分別加入果肉質(zhì)量0.12%，0.06%，0.03%，0.015%，0.007 5%，0的異抗壞血酸鈉后再加2倍水榨汁，測定褐變指數(shù)與總色度。

2.3 單因素試驗

取一定量刺梨果，去核，稱質(zhì)量，添加異抗壞血酸鈉、水打漿，調(diào)pH值至3.5，加入果漿質(zhì)量0.12%的復(fù)合酶膠酶∶單寧酶=1∶1，溫度50℃，酶解3 h后榨汁，分析各單因素對刺梨出汁率與TTS含量的影響。

（1）果膠酶與單寧酶質(zhì)量比。3∶1，2.5∶1，2∶1，1∶1，1∶2，1∶2.5，1∶3（確定最佳比例）。

（2）pH值。2.5，3.0，3.5，4.0，4.5，5.0。

（3）酶解溫度。20，30，40，50，60℃。

（4）酶解時間。1，2，3，4，5 h。

（5）酶添加量。加果漿質(zhì)量0，0.04%，0.08%，0.12%，0.16%，0.20%。

2.4 正交試驗

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，以酶解時間、酶解pH值、復(fù)合酶用量、酶解溫度采用四因素三水平L9（34）進(jìn)行正交試驗，以果汁中TTS含量與刺梨出汁率作為判斷指標(biāo)，從而確定酶解法最佳的工藝參數(shù)。

2.5 分析測定方法

可溶性固形物：手持量糖計，按GB2719規(guī)定測定糖度；pH值測定：精密級數(shù)字式酸度計法；色度測定：分光光度法，分別于波長420 nm和520 nm處測定吸光度。

出汁率測定：

2.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

試驗結(jié)果以mean±SD表示，各組間差異顯著性采用SPSS 16.0軟件分析，各組間比較采用單因素方差分析，用Duncan法分析顯著性，（p<0.05）被認(rèn)為有顯著差異。

3 結(jié)果與分析

3.1 加水量對刺梨出汁率的影響

在對刺梨進(jìn)行榨汁工藝時，加入適當(dāng)?shù)乃欣诖汤婀麧{中的毛細(xì)管保持暢通，從而達(dá)到提高刺梨出汁率的目的。

加水量對刺梨出汁率的影響見圖1。

由圖1可知，不加水榨汁時的TTS含量為9.1%；當(dāng)加大加水量時，TTS含量呈下降趨勢，加2倍水時，TTS含量為4.65 Brix%。不加水榨汁時，果汁出汁率為47.88%；逐漸加大加水量至2倍水時，出汁率達(dá)到62.03%，但之后繼續(xù)加大加水量時，出汁率升高不明顯，且繼續(xù)加水會導(dǎo)致總可溶性固形物的含量降低。另外，預(yù)試驗結(jié)果表明，繼續(xù)增加加水倍數(shù)時，發(fā)酵后的刺梨果酒風(fēng)味嚴(yán)重不足。綜合考慮，應(yīng)以2倍水為最佳。

圖1 加水量對刺梨出汁率的影響

3.2 異抗壞血酸鈉添加量對刺梨汁色度的影響

刺梨榨汁時色澤存在嚴(yán)重褐變，其褐變的機(jī)理主要包括美拉德反應(yīng)和多酚氧化途徑。鄭仕宏等人[18]研究表明，刺梨果榨汁前經(jīng)蒸汽處理，榨汁后采用明膠澄清，可顯著減少刺梨汁褐變。然而，蒸汽處理使刺梨汁營養(yǎng)損失嚴(yán)重，而且能耗高。陳賢爽等人[25]研究表明，20%檸檬汁聯(lián)合1%的食鹽溶液浸泡、蒸汽加熱和85℃水浴加熱處理枇杷果肉，3種護(hù)色方式對枇杷果肉均有護(hù)色效果，其中20%檸檬汁聯(lián)合1%的食鹽溶液浸泡效果較好。鉏曉艷等人[26]研究表明，添加0.4%檸檬酸+0.05% L-半胱氨酸鹽酸鹽對紅提汁有較好的護(hù)味作用。李珊等人[27]研究了藕帶的最佳護(hù)色工藝為真空滲透護(hù)色保鮮液，保鮮液的成分為0.2%維C+0.6%植酸+0.2%檸檬酸+1%氯化鈣。目前，果蔬加工中護(hù)色的方法主要有真空包裝、添加化學(xué)護(hù)色劑、生物酶法等。

異抗壞血酸鈉對刺梨汁色澤的影響見圖2。

圖2 異抗壞血酸鈉對刺梨汁色澤的影響

由圖2可知，榨汁過程中異抗壞血酸鈉添加量為0時，總色度為1.148；隨著添加量增加，總色度逐漸升高，當(dāng)添加量達(dá)到0.03%時，總色度為2.846；之后總色度隨著添加量增加而減小。刺梨榨汁過程中異抗壞血酸鈉添加量為0時，刺梨汁褐變指數(shù)為1.597；增加添加量褐變指數(shù)減小，當(dāng)添加量為0.03%時，褐變指數(shù)為1.389；繼續(xù)增加添加量后褐變指數(shù)下降趨勢不明顯。綜合考慮，榨汁前最佳的異抗壞血酸鈉添加量為0.03%，此時可有效控制刺梨汁的褐變。

3.3 果膠酶與單寧酶質(zhì)量比對刺梨出汁率的影響

果膠酶大致分為果膠裂解酶（Pentinlyases，PL）、果膠水解酶（Pectinhydrolases）、果膠酯酶（Pectinesterases，PE）和原果膠酶等。果膠水解酶又分為聚半乳糖醛酸甲酯水解酶（Polymethylgalacturonases，PMG）、聚半乳糖醛酸酶（Polygalacturonase，PG）等。其中，PL只能裂解貼近甲酯基的α-1,4糖苷鍵，而PG降解果膠為小分子，并使其還原末端暴露[28]。由于不同的果品蔬菜其果膠含量、成分差異較大。因此，在使用時應(yīng)根據(jù)加工目的、品種來選擇果膠酶的酶組成。因PG的專一性對果膠的酯化度要求不如PL高，以提高榨汁率時通常選用PL，在澄清果汁時以PG為主的酶組成。研究表明，果纖維素酶不僅能提高果蔬的出汁率和可溶性固形物含量，而且能改善部分果蔬汁的品質(zhì)[29]。刺梨中單寧含量較高，其酸澀味嚴(yán)重限制其接受度；另外，單寧含量過高不利于微生物發(fā)酵。而單寧酶可催化單寧酸中的棓酸葡萄糖酯水解為沒食子酸和葡萄糖[30]。因此，在刺梨壓汁中添加單寧酶不僅可以提高刺梨果酒品質(zhì)，還為刺梨果酒發(fā)酵過程中微生物提供碳源。

果膠酶與單寧酶質(zhì)量比對刺梨出汁率的影響見圖3。

圖3 果膠酶與單寧酶質(zhì)量比對刺梨出汁率的影響

由圖3可知，隨著果膠酶與單寧酶質(zhì)量比逐漸減小，刺梨的出汁率和TTS含量逐漸增大，當(dāng)果膠酶與單寧酶比為1∶1時，刺梨的出汁率和TTS含量達(dá)到最大分別為83.11%，5.25 Brix%。隨著果膠酶與單寧酶質(zhì)量比減小后，刺梨的出汁率及TTS含量也逐漸減小。因此，確定果膠酶與單寧酶最佳質(zhì)量比為1∶1。

3.4 復(fù)合酶添加量對刺梨出汁率的影響

復(fù)合酶添加量對刺梨出汁率的影響見圖4。

由圖4可知，隨著復(fù)合酶添加量的增加，刺梨的出汁率與果汁TTS含量不斷增加，當(dāng)復(fù)合酶添加量達(dá)到0.16%時，刺梨的出汁率為83.17，TTS含量為5.25 Brix%，再繼續(xù)增加酶添加量后，其出汁率與TTS含量均變化不明顯。因此，初步確定酶添加量為0.16%。

圖4 復(fù)合酶添加量對刺梨出汁率的影響

3.5 酶作用時間對刺梨出汁率的影響

酶作用時間對刺梨出汁率的影響見圖5。

圖5 酶作用時間對刺梨出汁率的影響

由圖5可知，延長酶作用時間，刺梨的出汁率、TTS含量變化呈先上升后下降的趨勢，當(dāng)酶解時間達(dá)到3 h后，刺梨出汁率、TTS含量均分別達(dá)到最大83.91%，5.25 Brix%。因此，確定酶的作用時間為3 h。

3.6 pH值對刺梨出汁率的影響

pH值對刺梨出汁率的影響見圖6。

圖6 pH值對刺梨出汁率的影響

由圖6可知，增大酶作用pH值，刺梨出汁率、TTS含量的變化呈先上升后下降，當(dāng)酶解pH值達(dá)到3.5后，刺梨出汁率、TTS含量均分別達(dá)到最大83.91%，5.25 Brix%。因此，試驗初步選擇酶作用pH值為3.5。

3.7 酶解溫度對刺梨出汁率的影響

研究發(fā)表明，果膠酶的最適溫度為50～55℃[31-32]，單寧酶的最適溫度為35～60℃[33]。羅昱等人[34]研究表明，單寧酶添加量0.12%，pH值4.5，溫度45℃，脫除時間100 min，在此條件下單寧脫除率達(dá)到76.07%。

酶解溫度對刺梨出汁率的影響見圖7。

圖7 酶解溫度對刺梨出汁率的影響

由圖7可知，升高酶作用溫度，刺梨出汁率、TTS含量均顯著升高，當(dāng)酶解溫度為50℃時，刺梨出汁率、TTS含量均分別達(dá)到最大83.91%，5.25 Brix%，再升高溫度，刺梨出汁率、TTS含量均降低。因此，確定最佳酶作用溫度為50℃。

3.8 刺梨酶解工藝參數(shù)的正交試驗

因素與水平設(shè)計見表1，正交試驗結(jié)果見表2，方差分析見表3。

表1 因素與水平設(shè)計

表2 正交試驗結(jié)果

由表1～表3可知，B、C為主要因素，但各水平間差異不顯著；A、D為次要因素，其R值大小順序都為RB>RD>RC>RA。綜合考慮，影響榨汁的各因素的主次順序是B>D>C>A，即酶添加量>浸提時間>酶解溫度>酶解pH值。以各因素的最佳水平選取復(fù)合酶酶解刺梨榨汁最佳的工藝參數(shù)組合是A2B2C1D2，即酶解pH值為3.5，酶添加量為0.14%，酶解溫度為45℃，酶解時間為2.5 h。

表3 方差分析

3.9 驗證試驗

按照最加榨汁工藝取汁，分3個平行，算出刺梨出汁率為83.96%，測得可溶性固形物含量為5.23 Brix%。

4 結(jié)論

復(fù)合酶解刺梨榨汁的最佳工藝為m（果膠酶）∶m（單寧酶）=1∶1，添加果漿質(zhì)量0.03%的異抗壞血酸鈉、加入與果漿質(zhì)量比為2∶1的水打漿，然后調(diào)節(jié)果漿的pH值為3.5，再加入果漿質(zhì)量0.14%的復(fù)合酶，在45℃的溫度下酶解2.5 h。在此條件下，刺梨的出汁率為83.96%，總可溶性固形物含量為5.23 Brix%。