酶法浸提紅棗沙棘復(fù)合液的工藝優(yōu)化

王曉婧，任 達(dá)，張琛倬

（山西工商學(xué)院，山西 太原 030006）

壺瓶棗是山西省太谷區(qū)的一大特色農(nóng)產(chǎn)品，其果肉中含有豐富的類黃酮、總酚等功能成分[1]，而且含糖量高，每100 g果肉中含糖量約為30～50 g[2]。由于壺瓶棗成熟后容易落果，且雨天會出現(xiàn)大量裂棗，裂棗不利于運(yùn)輸儲存，因此裂棗的開發(fā)利用成為研究熱點(diǎn)[3-4]。沙棘是一種落葉灌木或小樹[5-6]，其果實(shí)營養(yǎng)物質(zhì)豐富，如：氨基酸是鹿茸的5倍；多酚類化合物是人參的4倍；維生素含量是蘋果的200多倍，被譽(yù)為VC之王[7-8]。

果醋發(fā)酵時(shí)，一般采用檸檬酸調(diào)節(jié)pH，創(chuàng)造適宜酵母菌生長的環(huán)境。如采用沙棘汁進(jìn)行調(diào)酸，既能創(chuàng)造一定的發(fā)酵條件，也可以使其制品具備沙棘所具備的營養(yǎng)價(jià)值。由于壺瓶棗中有大量的果膠類物質(zhì)，以沙棘汁調(diào)酸后的壺瓶棗、沙棘混合液為原料釀造復(fù)合果醋時(shí)，通過酶解作用，可以酶解紅棗中的果膠物質(zhì)，從而促進(jìn)紅棗中還原糖向棗漿中溶出，提高可溶性固形物含量及還原糖含量[9-11]。

本試驗(yàn)以還原糖含量和可溶性固形物提取率為評價(jià)指標(biāo)，通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化果膠酶酶解壺瓶棗、沙棘混合液的工藝條件，為進(jìn)一步發(fā)酵棗醋提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

壺瓶棗（裂棗）、沙棘：太原市小店區(qū)美特好超市；果膠酶1（巧家女）、果膠酶2（妙零資味）、膠酶3（鑫祥意盛）、果膠酶4（優(yōu)寶嘉）、果膠酶5（糖柜）：市售。

1.2 試劑

鹽酸（分析純）、硫酸銅（分析純）、氫氧化鈉（分析純）、乙酸鋅（分析純）、冰乙酸（分析純）、酚酞：天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司；亞甲藍(lán)：天津市北辰方正試劑廠；酒石酸鉀鈉：天津市凱通化學(xué)試劑有限公司；亞鐵氰化鉀（分析純）：天津市申泰化學(xué)試劑有限公司。

1.3 主要儀器與設(shè)備

BCD-521WDPW型冰箱：青島海爾集團(tuán)；JA2003型電子天平：上海菁海儀器有限公司；HHT600型電熱恒溫水浴鍋：常州市雙舜儀器設(shè)備有限公司；JP12D-800型多功能榨汁機(jī)：蘇泊爾集團(tuán)有限公司；HH-S2型數(shù)顯二孔恒溫水浴鍋：常州市金壇大地自動化儀器廠；DK-8B型電熱恒溫水槽：上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；TGL-16GB型高速臺式離心機(jī)：金壇市大地自動化儀器廠；PhS-3C型實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)：上海佑科儀器儀表有限公司；WZ-108型折光儀：北京萬城北增精密儀器有限公司。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 紅棗沙棘復(fù)合液的酶解工藝流程

壺瓶棗、沙棘→篩選→清洗→預(yù)煮→打漿→酶解（果膠酶）→滅酶→測定還原糖和提取率

1.4.2 操作要點(diǎn)

（1）原料挑選：挑選肉質(zhì)飽滿、成熟期的壺瓶棗為原料。

（2）榨汁：將壺瓶棗清洗、去核，放入破壁機(jī)，按m棗: m水=1 : 5加水打漿。

（3） 調(diào)pH：將棗漿與沙棘汁按一定比例混勻，并用沙棘汁調(diào)節(jié)混合液pH至4.5，得到混合液。

（4）酶解：混合液加入稱好的果膠酶，置于恒溫水浴鍋中酶解，完成后，在95 ℃的恒溫條件下滅酶5 min，最后降溫[12]。

（5）離心：將滅酶后的酶解液以4 200 r/min離心5 min后，取上清液。

1.4.3 酶解單因素試驗(yàn)

（1）果膠酶及其添加量的確定：以壺瓶棗沙棘復(fù)合液為原料，添加5種果膠酶，酶解溫度50 ℃，用沙棘汁調(diào)pH至4.5，酶解時(shí)間為2 h，果膠酶添加量分別為0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%，每隔20 min攪拌一次，酶解完成后離心，測定其上清液的還原糖含量和可溶性固形物提取率，確定果膠酶的種類和添加量。

（2）酶解時(shí)間的確定：在果膠酶1（巧家女）添加量為0.20%、酶解溫度為50 ℃的條件下，用沙棘汁調(diào)pH至4.5，分別酶解1、2、3、4、5 h，每20 min攪拌一次，酶解完成后離心，測定其上清液的還原糖含量和可溶性固形物提取率，確定酶解時(shí)間。

（3）酶解溫度的確定：在果膠酶1（巧家女）添加量為0.20%、酶解時(shí)間4 h的條件下，用沙棘汁調(diào)pH至4.5，分別于35、40、45、50、55 ℃下酶解，每隔20 min攪拌一次，酶解完成后離心，測定其上清液的還原糖含量和可溶性固形物提取率，確定酶解溫度。

1.4.4 酶解響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果及Box-Behnkon試驗(yàn)設(shè)計(jì)，確定響應(yīng)面試驗(yàn)的因素水平[13-15]，并優(yōu)化酶解工藝條件。

1.5 測定方法

1.5.1 還原糖含量測定

按GB 5009.7—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中還原糖的測定》執(zhí)行。

1.5.2 可溶性固形物提取率測定

（1）可溶性固形物含量測定：按照NY/T 2637—2014《水果和蔬菜可溶性固形物含量的測定 折射儀法》，取離心后的溶液上清液1~2滴，利用手持折光儀測定。

（2）提取率計(jì)算：

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 果膠酶及其添加量的確定

由圖1、圖2可知，果膠酶添加量為0時(shí)，可溶性固形物提取率為69%，通過果膠酶的酶解作用，可溶性固形物提取率明顯提高。隨著5種果膠酶添加量的增加可溶性固形物提取率逐步上升。當(dāng)果膠酶添加量超過0.10%后除酶1外其他4種酶的可溶性固形物提取率均呈現(xiàn)逐步下降的趨勢。只有酶1在果膠酶添加量為0.00%～0.20%時(shí)可溶性固形物提取率逐步上升到達(dá)頂峰，超過0.20%后可溶性固形物提取率逐步下降。說明添加果膠酶能明顯提高可溶性固形物提取率，但不是隨著添加量的增加就能無限提高可溶性固形物提取率，到了一定添加量時(shí)，就會逐漸下降[16-17]；隨著果膠酶添加量的增加，酶解效果的增強(qiáng)，還原糖的量也在增加，到了一定添加量時(shí)，就會逐漸下降；當(dāng)果膠酶的添加量為0.20%時(shí)，提取率和還原糖最大，所以選擇果膠酶種類為酶1，果膠酶添加量為0.20%為宜。

圖1 果膠酶添加量對可溶性固形物提取率的影響

圖2 果膠酶添加量對還原糖含量的影響

2.1.2 酶解時(shí)間的確定

由圖3可知，酶解時(shí)間為1～4 h時(shí)，還原糖含量和可溶性固形物提取率均逐步上升，4 h時(shí)到達(dá)頂峰，酶解效果最好，之后呈下降趨勢。說明適當(dāng)延長酶解時(shí)間能提高還原糖的提取率，但不是隨著酶解時(shí)間的增加就能無限提高可溶性固形物提取率和還原糖含量。所以果膠酶最佳酶解時(shí)間為4 h。

圖3 果膠酶酶解時(shí)間對可溶性固形物提取率和還原糖含量的影響

2.1.3 酶解溫度的確定

由圖4可知，酶解溫度為30～60 ℃時(shí)，可溶性固形物提取率和還原糖含量均為逐步上升，60 ℃時(shí)到達(dá)頂峰，之后呈下降趨勢。說明適當(dāng)提高酶解溫度能提高還原糖的提取率，但不是隨著溫度的增加就能無限提高提取率，所以果膠酶最佳酶解溫度為60 ℃。

圖4 果膠酶酶解溫度對可溶性固形物提取率和還原糖含量的影響

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

綜合分析，可溶性固形物提取率比還原糖含量更適合做評價(jià)指標(biāo)，因此以酶解后的可溶性固形物提取率為響應(yīng)值優(yōu)化酶解工藝條件。在單因素的試驗(yàn)基礎(chǔ)上，確定果膠酶添加量（A）、酶解溫度（B）和酶解時(shí)間（C）的因素水平取值見表1，采用Box-Behnken法設(shè)計(jì)試驗(yàn)優(yōu)化酶解工藝，其試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表2。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)各因素及水平

運(yùn)用Design-Expert 8.0對表2的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，獲得果膠酶添加量、酶解溫度、酶解時(shí)間與提取率的二次多項(xiàng)回歸方程式：

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

對該響應(yīng)面二次回歸模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3。

由表3可知，該回歸模型P= 0.000 8＜0.01，表明該方程模型極顯著，具備統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可用于預(yù)測酶法浸提紅棗沙棘復(fù)合液的工藝研究。失擬項(xiàng)不顯著（P= 0.445 9），說明誤差較小，所預(yù)測的結(jié)果可靠。模型F值為15.42，表明模型具有顯著性。模型的一次項(xiàng)A和二次項(xiàng)A2、B2、C2，以及交互項(xiàng)AC影響極顯著（P＜0.01）；一次項(xiàng)B和C及交互項(xiàng)AB、BC影響不顯著（P＞0.05）。

表3 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方差分析

3個(gè)因素的交互作用對可溶性固形物提取率的影響見圖5。其中，果膠酶添加量與酶解時(shí)間的交互作用對可溶性固形物提取率影響極顯著，果膠酶添加量與酶解溫度的交互作用對可溶性固形物提取率影響不顯著；酶解溫度和酶解時(shí)間的交互作用對可溶性固形物提取率影響不顯著。

圖5 因素交互作用對提取率的響應(yīng)面圖

綜上所述，3個(gè)因素對可溶性固形物提取率的影響程度為：果膠酶添加量（A）＞酶解時(shí)間（C）＞酶解溫度（B）。

由Design-Expert 8.0分析處理得到酶解階段最佳酶解條件為：果膠酶接種量0.20%，酶解溫度55 ℃，酶解時(shí)間3.5 h，在此條件下可溶性固形物提取率的預(yù)測值為91%。

根據(jù)響應(yīng)面的預(yù)測結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，其實(shí)測可溶性固形物提取率為90.19%，與預(yù)測結(jié)果相接近。

3 結(jié) 論

本研究以壺瓶棗沙棘為主要原料，對酶法浸取沙棘紅棗復(fù)合液的工藝進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。結(jié)果表明，試驗(yàn)所選的5種果膠酶中果膠酶1（巧家女）酶解效果最好，通過單因素及響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)確定其最酶解工藝條件為果膠酶1添加量0.20%、酶解溫度55 ℃、酶解時(shí)間3.5 h，該條件下可溶性固形物提取率為90.19%。