酶澄清法对仙人掌出汁率及其生物活性成分的影响

窦明理，宫 主，刘光宇，徐 卉，卢凤瑾，李艾黎

(东北农业大学食品学院，黑龙江哈尔滨150030)

酶澄清法对仙人掌出汁率及其生物活性成分的影响

窦明理，宫 主，刘光宇，徐 卉，卢凤瑾，李艾黎*

(东北农业大学食品学院，黑龙江哈尔滨150030)

探讨了酶澄清法对仙人掌出汁率、黄酮类物质和SOD提取量的影响。采用正交实验法分析确定酶解仙人掌汁液的最佳工艺条件为:添加0.15g/L果胶酶，于pH4.5、50℃条件下酶解2h后，仙人掌的出汁率可达85.11%，汁液所含黄酮量为0.88mg/mL，SOD活力为325U/mL。

仙人掌，酶澄清法，黄酮，SOD

新鲜仙人掌营养丰富，富含多糖、黄酮和SOD等多种活性功能性成分，被誉为21世纪的绿色天然食品［1］。但由于仙人掌原汁中含有较多的蛋白质和一定量的果胶、单宁、酚类物质［2］，加入饮料后较浑浊，静置处理后易形成二次沉淀，影响产品外观。目前人们多采用酶法对仙人掌汁液进行澄清处理。如张嘉等［3］采用了果胶酶和淀粉酶协同作用提高仙人掌出汁率。季慧等［4］采用响应面分析确定果胶酶澄清汁液时的最佳酶解工艺条件。不过类似研究多只探讨了酶处理对提高仙人掌出汁率的贡献，却忽略了该工艺对仙人掌中生物活性成分的影响。故本研究分别以仙人掌的出汁率、黄酮类物质和SOD提取量为参考指标，筛选最佳酶解工艺条件，为生产性能稳定、营养丰富的仙人掌清汁饮料奠定一定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

食用仙人掌 市售，要求4～6月龄，茎肉饱满，无虫、无病变及无腐烂;SOD测试盒 南京建成生物工程研究所;芦丁标准品 哈尔滨奕博尔科技发展有限公司;亚硝酸铝、亚硝酸钠、氢氧化钠等 均为分析纯;果胶酶 西格玛分装(酶单位20000U/g)。

721-2000分光光度计 山东高密彩虹分析仪器有限公司;高速离心机 北京医用离心机厂;JJ-2B高速组织捣碎机 江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司;DHP-9462型电热恒温培养箱 上海一恒科技有限公司;PHS-3C数字酸度计 上海鹏顺科学仪器有限公司;电子天平 北京赛多利斯仪器系统有限公司。

1.2 工艺流程

1.2.1 仙人掌处理 选取新鲜翠绿的仙人掌，清水洗净后去皮，用刀切成厚度约1cm的均一薄片，置于高速组织捣碎机中打浆，浆汁置于4℃低温贮存待用。

1.2.2 酶解正交实验设计 选用L9(43)正交实验法选择酶解处理的最优条件。酶解工艺的各影响因素分别为果胶酶添加量、反应的pH、酶解温度和时间。主要参考指标为仙人掌的出汁率，次要参考指标为黄酮类物质和SOD提取量，验证优化后酶解的条件，得到最佳工艺条件。

表1 酶解工艺L9(43)正交实验结果

表2 各因素的极差分析结果

1.3 测定方法

1.3.1 出汁率测定［5］取打浆后的仙人掌糊状物以5000r/min离心20min，取终端清汁并计算出汁率。出汁率为终端清汁与打浆后仙人掌糊状物重量的比值。

1.3.2 仙人掌黄酮类物质含量的测定［6］

1.3.2.1 标准曲线的绘制 准确称取芦丁标准品0.029g，用 40%的乙醇定容至 250mL，得浓度为0.116mg/mL标准液备用;精确吸取芦丁标准溶液5、10、20、30、35mL于5个25mL容量瓶中，加入5%亚硝酸钠1.4mL摇匀，静置5min，再加入10%亚硝酸铝溶液1.4mL，混匀静置6min，加入1mol/L的氢氧化钠溶液10mL，用40%乙醇定容至50mL，混匀静置10min后于510nm波长下测吸光光度值，空白试剂作为参比液。以溶液中的芦丁质量分数Y(g/L)为纵坐标，吸光度值为横坐标，标准曲线见图1。回归方程为:y=0.1053x+0.0006，R2=0.9995。

图1 黄酮含量标准曲线

1.3.2.2 黄酮类物质的测定 采用乙醇浸提法提取酶解后仙人掌清液中的黄酮类物质。取料液3mL置于50mL容量瓶中，样品按与1.3.2.1方法显色后，根据标准曲线计算含量。

1.3.3 仙人掌总SOD活力测定 采用南京建成生物工程有限公司的总超氧化物歧化酶测试试剂盒。通过黄嘌呤及黄嘌呤氧化酶反应系统产生超氧阴离子自由基(O2-·)，后者氧化羟胺形成亚硝酸盐，在显色剂的作用下呈现紫红色，用可见分光光度计测其吸光度。每毫升仙人掌提取液对SOD抑制率达50%时所对应的SOD量为一个SOD活力单位(U/mL)。

式中:X;总SOD活力(U/mL);OD0:对照管吸光度值;OD1:测定管吸光度值;V:反应总体积(mL);v:测定时取样体积(mL);N:稀释倍数。

2 结果与讨论

2.1 酶解实验结果

酶解工艺正交实验的因素水平设计及结果如表1所示。

由表2的极差结果分析得出，四因素对仙人掌出汁率影响的主次顺序为A＞D＞B＞C，即果胶酶用量对提高仙人掌出汁率贡献最大，而pH偏酸性时也有助于破坏仙人掌汁的胶体体系，增强汁液的澄清效果［4］。影响黄酮含量的主次因素依次为D＞C＞A＞B，即酸性、略高温环境更有利于酶的效果挥发以及黄酮类化合物的提取，反而酶添加量对指标值影响较小。而影响SOD活力的主次因素依次为D＞B＞C＞A，即偏中性pH环境、短时间酶解更有利于SOD的提取，而果胶酶用量对指标值的影响最小。

由酶澄清法对仙人掌出汁率影响的极差分析结果可明显看出，仙人掌中的出汁率随酶添加量和温度的上升而增加，随蒸煮时间的延长和pH的上升而下降。当最佳组合为A3B2C3D1时，即添加0.15g/L果胶酶、于pH4.5、50℃条件下酶解2h后，仙人掌的出汁率最高。

由酶澄清法对仙人掌黄酮含量影响的极差分析结果清晰可见，酶添加过量，长时间的高温处理或碱性条件均会导致黄酮类物质的损失。特别是提取时间超过2h后，黄酮的提取量迅速下降。总结出的最佳组合为A1B2C3D1，即于0.05g/L酶用量、pH4.5和50℃条件下酶解2h后，仙人掌汁中的黄酮浸提量最高。

表3 验证实验结果

如酶澄清法对仙人掌SOD含量影响的极差分析结果所示，最优SOD提取量的组合为A1B1C1D3，即0.05g/L酶用量，于pH6.5、40℃下酶解1.5h，SOD浸提率最高。该结果与王中凤等人［7］研究结果相似:即超过45℃的高温处理对SOD活性稳定不利。另外，中性偏碱的pH范围有利于SOD的提取和及其活性稳定。

2.2 单次最佳实验条件的验证

由表3可以看出，理论值与实际值差别不显著，说明用正交实验优选出的最优组合符合实际情况。

验证实验结果表明:采取适宜的果胶酶处理法不仅能提高仙人掌汁的出汁率，还能有效提高功能性成分的浸出。首先，和未经酶处理的对照组相比，优化后的出汁率最高增幅可达33.78%。其次，按最佳酶法提取的总黄酮量可达0.93mg/mL，且加酶处理后比不加酶提取率提高17.72%。再次，经酶处理后仙人掌汁液中的SOD含量最高为361U/mL，加酶处理后比空白组提取率提高20.33%。

3 结论

在仙人掌饮料的研究开发中，探索最为经济有效的榨汁技术，同时最大限度保留其中含有的生物活性成分对降低厂家成本及提高产品质量有重大意义。

3.1 经过果胶酶处理的仙人掌料液，一方面使仙人掌中以果胶质为主的细胞壁结构充分破坏，减少了提取过程中因果胶成分引起的过滤、浓缩和分离的困难;另一方面又释放出更多的黄酮类物质和SOD成分，也减少了提取物中的杂质，从而简化后续纯化程序。

3.2 以仙人掌的出汁率为主要参考指标，黄酮类物质和SOD提取量为次要参考指标，最终优选出的酶处理条件为添加0.15g/L果胶酶、于pH4.5、50℃条件下酶解2h。在该工艺条件下，仙人掌的出汁率可达85.11%，汁液所含黄酮量为0.88mg/mL，SOD活力为325U/mL。

［1］曹俊涛，刘华钢，梁蓓蓓.仙人掌的化学营养成分和药理研究进展［J］.广西科学院学报，2007，23(2):117-119.

［2］凌朝阳，何雪飞.仙人掌清汁饮料的研制［J］.实验报告与理论研究，2006，9(8):12-14.

［3］张嘉，李多伟，管茂东，等.酶法制取仙人掌原汁工艺研究［J］.食品工业科技，2006，27(10):112-113.

［4］季慧，丁霄霖.“米邦塔”仙人掌汁的营养特性及酶法澄清研究［J］.食品研究与开发，2006，27(2):170-172.

［5］王成忠，赵晓红.仙人掌清汁生产工艺的探讨［J］.食品科技，2006，51(4):95-97.

［6］韩淑琴，杨洋，杨祖平，等.仙人掌黄酮的分离及其抗氧化活性研究［J］.四川食品与发酵，2006，42(5):32-35.

［7］王中凤，肖厚荣，杨红，等.仙人掌SOD提取条件及提取过程活性稳定性研究［J］.食品与发酵工业，2008，34(7): 156-158.

Effect of enzymic clarification on the juice production yield and bio-activity components of cactus

DOU Ming-li，GONG Zhu，LIU Gang-yu，XU Hui，LU Feng-jin，LI Ai-li*
(Northeast Agriculture University，Food College，Harbin 150030，China)

In this paper，the effects of the enzymic clarification on the juice production yield，amount of flavone and superoxide dismutase(SOD)extraction of the cactus were studied.The orthogonal design was used to obtain the optimal parameters of processing.The results showed that hydrolysis conditions of cactus which were as follows: pectinase concentration 0.15g/L，hydrolysis time 2 hours，hydrolysis temperature 50℃and hydrolysis pH 4.5.Under the condition，the production yield was up to 85.11%，meanwhile the contents of flavone and the activity of cactus SOD were 0.88 mg/mL and 325U/mL，respectively.

cactus;enzymic clarification;flavone;superoxide dismutase

TS201.1

B

1002-0306(2011)03-0267-03

2009-08-06 *通讯联系人

窦明理(1986-)，本科生，研究方向:食品科学与工程。

东北农业大学开放性实验研究课题资助。