碳酸鈉輔助酸棗核酶解破核工藝研究

◎ 李 成，郭曉玉，王鑫媛，張 璐，于 添，馬 軍，劉曉龍

（石家莊以嶺藥業(yè)股份有限公司，河北 石家莊 050000）

酸棗樹一般生長在山地，是我國北方地區(qū)的重要藥用植物[1]。酸棗仁為酸棗的干燥成熟種子，具有養(yǎng)心補肝、寧心安神、斂汗和生津之功效，常用于虛煩不眠、驚悸多夢、體虛多汗以及津傷口渴。中醫(yī)臨床上酸棗仁具有很高的醫(yī)學(xué)價值，尤其在心血管疾病、抗抑郁、焦慮癥和神經(jīng)衰弱等方面起著很大的作用[2]。

傳統(tǒng)機械加工破酸棗核，一次性破核率只占30%～40%[3]，通過重復(fù)多次最終完成破核，費時耗能。研究報道以纖維素酶與果膠酶復(fù)合酶解可以大幅提高一次性破核率，其機理為纖維素酶可酶解細(xì)胞壁中的纖維素，果膠酶可酶解細(xì)胞與細(xì)胞之間的胞間層，兩種酶協(xié)同起效[4]。目前，通過酶解提高破核率試驗報道較少，本實驗室結(jié)合當(dāng)前植物酶解常用酶制劑，在其適宜條件下進(jìn)行破核研究，均未得到理想的試驗結(jié)果，這可能是因為酸棗核主要含有木質(zhì)素、纖維素類及礦物質(zhì)類成分[5]，酸棗核木質(zhì)素對纖維素的包覆作用及其剛性結(jié)構(gòu)使得酶水解效果不理想。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

酸棗核，河北邢臺；纖維素酶（3 500 U·g-1），滄州夏盛酶生物技術(shù)有限公司；果膠酶（10 000 U·g-1），南寧東恒華道生物科技有限公司；木瓜蛋白酶（堅果加工專用）（600 000 U·g-1），滄州夏盛酶生物技術(shù)有限公司；半纖維素酶（400 000 U·g-1）、漆酶（400 000 U·g-1），諾維信（中國）生物技術(shù)有限公司；碳酸鈉（食品級），連云港堿業(yè)有限公司；檸檬酸（食品級），濰坊英軒實業(yè)有限公司；純化水。

1.2 儀器與設(shè)備

Memmert 恒溫水浴鍋、IRM 鼓風(fēng)干燥箱、自制小型破核機、梅特勒FE20 pH 計。

1.3 實驗方法

因市面采集酸棗核粒徑范圍較大，酸棗核大小對破核率有影響，故選擇粒徑在7 ～8 mm 的酸棗核作為本次試驗對象。

1.3.1 酶解處理酸棗核破核工藝

將酸棗核洗凈，曬干，按料液比（1 ∶4）加入水，按推薦使用量加入上述酶制劑，將pH 值調(diào)到合適范圍內(nèi)，適宜溫度下，酶解4 h 后，鼓風(fēng)干燥箱烘干，使用自制小型破核機測定破核率。

1.3.2 碳酸鈉輔助酶解處理酸棗核破核工藝

將酸棗核洗凈，曬干，按料液比（1 ∶4）加入水，按水重量0.50%加入木瓜蛋白酶，按水重量0.50%加入碳酸鈉，50 ℃條件下，酶解4 h 后，鼓風(fēng)干燥箱烘干，使用自制小型破核機測定破核率。先進(jìn)行預(yù)試驗驗證，其次進(jìn)一步通過單因素與正交試驗研究得到最優(yōu)工藝。

2 結(jié)果與分析

2.1 酶種類篩選

由表1 可知，木瓜蛋白酶（堅果加工專用）的試驗數(shù)據(jù)優(yōu)于其他酶，后續(xù)實驗證實在推薦pH 值條件下，隨著木瓜蛋白酶用量的增加，其破核率未見提高。其他酶及其組合未達(dá)到理想效果，木瓜蛋白酶與其他酶復(fù)配使用，也未明顯提高酶解破核效率。

表1 不同酶制劑酶解后對酸棗核破核率影響表

2.2 碳酸鈉處理與酶解技術(shù)結(jié)合試驗

由表2 可知單獨使用碳酸鈉處理對酸棗核破核率的影響，在料液比為1 ∶4 時，加入水重量0.50%～1.00%的碳酸鈉處理時，浸泡4 h，鼓風(fēng)干燥箱烘干條件下，其對酸棗核破核率無明顯提高。將碳酸鈉引入酶解體系，其在作用于酸棗核木質(zhì)素的同時，作為酶解體系的pH 值調(diào)節(jié)劑。

表2 碳酸鈉添加量對酸棗核破核率的影響表

2.3 單因素試驗

選取對酶解過程有影響的料液比、木瓜蛋白酶添加量、碳酸鈉添加量、酶解溫度和酶解時長5 個因素，分別進(jìn)行試驗，烘干后，使用小型破核機測定破核率。

2.3.1 料液比對酸棗核破核率的影響

將酸棗核洗凈、曬干，加入0.50%木瓜蛋白酶、0.50%碳酸鈉，50 ℃酶解4 h，酶解后烘干，測定一次破核率。由表3 可知，料液比對破核率影響不明顯，因此選擇液體沒過酸棗核即可，發(fā)現(xiàn)當(dāng)料液比為1 ∶2時，水即可沒過所有酸棗核，故料液比確定為1 ∶2。

表3 料液比對酸棗核破核率的影響表

2.3.2 木瓜蛋白酶添加量對酸棗核破核率的影響

將酸棗核洗凈、曬干，料液比1 ∶2，加入0.50%碳酸鈉，加入（0%、0.25%、0.50%、0.75%、1.00%和1.25%）木瓜蛋白酶，50 ℃酶解4 h，酶解后烘干，測定一次破核率。由表4 可知，隨著酶用量的增加，酸棗核一次破核率增加，當(dāng)酶用量為0.75%時達(dá)到峰值，之后再增大酶用量，破核率不再增加，由此確定木瓜蛋白酶最佳添加量為0.75%。

表4 木瓜蛋白酶添加量對酸棗核破核率的影響表

2.3.3 Na2CO3添加量對酸棗核破殼率的影響

將酸棗核洗凈、曬干，料液比1 ∶2，加入0.75%木瓜蛋白酶，按水重量（0%、0.25%、0.50%、0.75%、1.00%和1.25%）添加碳酸鈉，50 ℃酶解4 h，酶解后烘干，測定一次破核率。由表5 可知，隨著碳酸鈉用量的增加，酸棗核一次破核率增加，當(dāng)添加量為0.50%時效果最佳，隨著碳酸鈉用量的繼續(xù)增加，破核率呈下降趨勢，推測是由于酶解體系的pH 值逐漸超出酶的適宜范圍所致。

表5 碳酸鈉（Na2CO3）添加量對酸棗核破核率的影響表

2.3.4 酶解溫度對酸棗核破核率的影響

將酸棗核洗凈、曬干，料液比1 ∶2，加入0.75%木瓜蛋白酶，0.50%碳酸鈉，在25 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃和70 ℃條件下，酶解4 h，酶解后烘干，測定一次破核率。由表6 可知，酶解溫度對破核率影響不明顯，溫度過高會使酶活力下降，考慮實際操作中能耗等因素，選擇最佳酶解溫度為25 ℃。

表6 酶解溫度對酸棗核破核率的影響表

2.3.5 酶解時長對酸棗核破核率的影響

將酸棗核洗凈、曬干，料液比1 ∶2，加入0.75%木瓜蛋白酶，0.50%加入碳酸鈉，25 ℃下酶解（2 h、3 h、4 h、5 h 和6 h），酶解后烘干，測定一次破殼率。由表7 可知，酶解時長在3 h 時一次破殼率最高，推測隨著反應(yīng)時間的延長，酶活逐漸降低，超過一定的時間酶促反應(yīng)不再起作用，對破核率沒有影響。

表7 酶解時長對酸棗核破核率的影響表

2.4 正交試驗結(jié)果分析

在單因素試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，選擇較好試驗條件進(jìn)行3 因素3 水平正交試驗，正交試驗因素水平見表8。由表9、表10 可知，影響最佳酶解工藝的因素主次順序為A（木瓜蛋白酶添加量）＞C（酶解時間）＞B[碳酸鈉（Na2CO3）添加量]。通過方差分析，最佳酶解工藝條件是A3B2C3，即木瓜蛋白酶添加量（A）1.00%、Na2CO3添加量（B）0.50%、酶解時長（C）4 h。在此最優(yōu)條件下進(jìn)行3 次驗證實驗，得到破核率平均值為80.23%，最終與預(yù)測值基本吻合，說明該工藝是合理有效的。其與正交設(shè)計組第7 組工藝數(shù)據(jù)比較無明顯差異，考慮試驗設(shè)計原理及過程穩(wěn)定性等因素，選擇最優(yōu)條件作為酶解工藝條件。

表8 正交試驗因素水平表

表9 正交試驗結(jié)果表

表10 方差分析表

3 結(jié)論

通過單因素和正交試驗分析得出，酸棗核在料液比（1 ∶2），按水重量1.00%加入木瓜蛋白酶，按水重量0.50%加入碳酸鈉（Na2CO3），室溫（25 ℃）酶解4 h 條件下，酶解后鼓風(fēng)干燥箱烘干，一次破核率平均值為80.23%，比只用傳統(tǒng)機械法工藝破核率高，且得到酸棗仁基本完整。該破核工藝通過將碳酸鈉處理與酶解工藝結(jié)合，作用于酸棗核中木質(zhì)素成分，使其剛性結(jié)構(gòu)破壞，協(xié)同木瓜蛋白酶達(dá)到軟化棗核的目的，干燥后，再經(jīng)機械法破核，核壁易被破壞，從而提高了酸棗核破核率，保證了酸棗仁的完整性。該方法還可以推廣到含木質(zhì)素較多的棗核、堅果等產(chǎn)品的破核應(yīng)用中。