果胶酶澄清枇杷果汁工艺的优化研究

俞丽娜,张兴龙,刘红星,倪志明,王鸿飞,邵兴锋

(1.宁波大学食品科学与工程系,浙江宁波 315211;2.宁波方太厨具有限公司,浙江宁波 315336)



果胶酶澄清枇杷果汁工艺的优化研究

俞丽娜1,张兴龙1,刘红星2,倪志明2,王鸿飞1,邵兴锋*

(1.宁波大学食品科学与工程系,浙江宁波 315211;2.宁波方太厨具有限公司,浙江宁波 315336)

本文采用果胶酶对“宁海白”枇杷果汁进行澄清处理,以果汁透光率变化为指标,单因素分析不同酶添加量、反应时间和反应温度对透光率的影响。进一步采用响应面优化实验得出最佳澄清工艺:酶添加量为3 mg/L、反应时间为4 h、反应温度为40 ℃。验证实验发现,果汁透光率平均值为91.02%,与模型预测值较为接近,模型可靠;同时,果胶酶的使用没有显著影响果汁中的可溶性固形物、VC和总酚含量,因而果胶酶用于澄清枇杷果汁具有应用前景。

枇杷,果汁,果胶酶,澄清,优化

枇杷别名卢橘(Eriobotryajaponica(Thunb.)Lindl),为蔷薇科枇杷属植物,因其叶形似琵琶,所以名为枇杷。枇杷品种众多,主要分为红沙枇杷和白沙枇杷两大类。“宁海白”枇杷属于白沙枇杷,是从实生白沙枇杷中选育出的优质新品[1],品质优良,皮薄,果肉呈白色,果实含糖量高、酸甜适口、风味浓郁,市场价值较高[2-3]。目前主要分布在浙江省及其周边地区。近年来,随着种植面积的增大,其产量也急剧上升。但是枇杷货架期短、易腐烂的特点,以及每年大量的残次果都需要进行深加工处理。

果汁不仅能够保留水果中的原有风味、生物活性和营养物质,而且口感好,因此越来越受到消费者的青睐。将“宁海白”枇杷加工成果汁,不仅保留了其独有的风味和营养物质,还可以解决枇杷的贮藏期短、难以运输的问题,使资源得到充分利用。但是由于枇杷果浆汁中含有果胶以及蛋白质等物质,在加工中若未除去,这些物质会使枇杷果汁在加工及贮存过程中产生沉淀,因此有必要采取一定的澄清方法处理枇杷果汁(如离心澄清、壳聚糖澄清,超滤澄清等)[4]。现在的研究及生产,一般采用果胶酶,纤维素酶,半纤维素酶等处理原汁[5-7]。果胶酶可以打破并降解果胶分子,降低果汁的黏性,从而使果汁中的可溶性固形物沉淀,增强果汁的澄清效果,并且相比其他澄清方法具有方便、快捷、效果好等特点[8]。

本实验以透光率为主要指标,研究了果胶酶添加量、酶解时间及酶解温度对果汁澄清效果的影响,并在单因素的基础上,对其进行三因素三水平的响应面优化实验,以确定果胶酶澄清果汁的最佳工艺,并进行工艺验证,以期为开发枇杷果汁提供切实的理论依据。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

枇杷(EriobotryajaponicaLindl.cv.NingHaiBai)在商业成熟时,采摘自浙江省宁海县一市镇,挑选无损伤、无害虫的果实用于实验,出汁率为60%;果胶酶(Pectinex Ultra Color,10000 U/mg)诺维信公司提供。

草酸-EDTA、偏磷酸乙酸、硫酸、钼酸铵、福林酚、碳酸钠、没食子酸等。

HR2003型匀浆机飞利浦家庭电器有限公司;JY6002型电子天平上海舜宇恒平科学仪器有限公司;数显恒温水浴锅国华电器有限公司;台式低速离心机湖南湘仪实验室仪器开发有限公司;UV1600分光光度计上海美谱达仪器有限公司;WYT-4型手持糖量仪上海精密仪器仪表有限公司。

1.2实验方法

1.2.1“宁海白”枇杷原汁的制备宁海白枇杷,清洗后剥皮去核,用匀浆机打浆10 s得到枇杷果浆,离心分离(4600 r/min,10 min处理)得上清液为原汁,备用[9]。

1.2.2测定方法

1.2.2.1宁海白枇杷原汁透光率测定波长的确定取一定量的原汁,每升原汁加入2 mg果胶酶,40 ℃下放置1 h。采用分光光度计法,以透光率为澄清度指标,蒸馏水为对照,测定波长300～1000 nm扫描。

1.2.2.2可溶性固形物(SSC)测定手持糖量仪测定。

1.2.2.3抗坏血酸(VC)含量测定采用钼蓝比色法[10],取2 mL原汁加入到试管中,随后依次加入草酸-EDTA溶液3 mL,偏磷酸乙酸0.5 mL,5%硫酸溶液1.0 mL及5%钼酸铵溶液2 mL;加水定容到20 mL,混匀后于30 ℃水浴放置10 min。以空白管调零,测定760 nm下吸光值。配制浓度为0、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06 mg/mL的VC溶液,按上述方法测定吸光值,以VC含量作横坐标,绘制标准曲线。

1.2.2.4总酚含量测定参考Sato的方法[11],取0.4 mL原汁加入0.4 mL福林酚试剂充分震荡后静置 3 min,再加入0.04 mL饱和NaCO3溶液,经充分震荡后静置于暗室1 h后,测定700 nm下吸光值。配制不同浓度没食子酸溶液,按上述方法测定A700,并绘制标准曲线。

1.2.3单因素实验

截至2018年9月底，全区棚户区改造已新开工9.1万套，开工率101%，基本建成6.6万套，完成目标任务4.2万套的157%，提前3个月超额完成2018年国家下达的棚户区改造目标任务。10月11日，自治区人民政府召开2018年全区保障性安居工程建设暨2018—2020年棚户区改造工作会议，自治区党委常委、自治区人民政府副主席严植婵出席会议，自治区住房城乡建设厅厅长周家斌参加会议。

1.2.3.1最佳酶添加量的确定取7个烧杯各加入96 mL枇杷原汁,再分别加入0、0.05、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8 mg的果胶酶4 mL并充分混匀,使酶添加量为0、0.5、1、2、4、6、8 mg/L果浆,在40 ℃下酶解2 h。实验进行3组平行,以透光率为指标确定最佳酶用量。

1.2.3.2最佳酶解时间的确定取6个烧杯分别加入96 mL枇杷原汁,各加入0.2 mg的果胶酶4 mL并充分混匀,即酶添加量为2 mg/L,在40 ℃下分别酶解0.5、1、2、3、4、5 h。其他处理同上。

1.2.3.3最佳酶解温度的确定取5个烧杯分别加入96 mL枇杷原汁,各加入0.2 mg的果胶酶4 mL并充分混匀,即酶添加量为2 mg/L,分别在20、30、40、50、60 ℃下酶解2 h。其他处理同上。

1.2.4响应面实验设计根据单因素实验结果,以酶添加量、酶解时间、酶解温度3个因素与出汁率进行响应面设计(表1),采用Design-Expert 8.0.6软件对实验数据进行回归分析,优化枇杷果浆的酶解工艺。在分析得到的最佳工艺条件下处理果汁作为优化组验证响应面分析的可靠性。以未经果胶酶处理的果汁作为对照组(CK组),同时测定优化组和CK组SSC含量、VC含量、总酚含量等指标。

表1　Box-Behnken设计实验因素水平及编码Table 1　Coded values and factors and levels of the Box-Behnken design

1.2.5数据统计与分析采用Excel(微软,美国)数据处理系统和SPSS12.0统计分析软件进行数据整理与分析。用Ducan’s multiple comparison方法进行显著差异性分析,p<0.05表示差异显著。用OriginPro8.1绘制数据图(Microcal软件公司,美国)。

2　结果与分析

2.1测定“宁海白”果汁透光率最适波长的确定

由图1可以看出,果胶酶澄清“宁海白”枇杷原汁,果汁的透光率随着波长的增加而逐渐增大且趋于稳定,当波长达到700 nm时,果汁透光率达到80%以上且趋于稳定,所以确定枇杷果汁透光率测定的最适波长为700 nm。

图1　不同波长下枇杷果汁的透光率变化曲线Fig.1　Transmittance curves of loquat juice under different wavelength

2.2酶解时间对果汁透光率的影响

图2　酶解时间对果汁透光率的影响Fig.2　Effect of hydrolysis time on juiceclarity of loquat

2.3酶解温度对果汁透光率的影响

由图3可以看出枇杷果汁透光率在40 ℃以内,随温度的上升而显著增加(p<0.05);而在40 ℃之后,果浆出汁率迅速下降。产生这种现象的原因可能是果胶酶属于蛋白类物质,温度的变化影响其活性,当温度在40～50 ℃时,果胶酶的活性最大,其透光率也高;而温度过高或过低时,会抑制果胶酶活性,透光率也相对较低。由图3可知当酶解温度为40 ℃时,枇杷果汁的透光率最大。所以优化实验选择最佳酶解温度为40 ℃。

图3　酶解温度对果汁透光率的影响Fig.3　Effect of hydrolysis temperature on juice clarity of loquat

2.4酶添加量对果汁透光率的影响

由图4可知对照组的透光率小于74%,而实验组透光率都大于80%,这是因为果胶酶可以有效的裂解果浆中的果胶物质,降低果胶物质的含量,提高出汁率。由图4可以看出酶添加量在0.5 mg/L增大到2 mg/L果汁透光率率显著增加(p<0.05),当酶添加量在2～8 mg/L时,随着酶添加量的增加,透光率不再显著变化(p>0.05)。所以优化实验选择最佳酶添加量为2 mg/L。

2.5果胶酶对“宁海白”枇杷果汁澄清的响应面实验

2.5.1响应面实验结果在单因素实验的基础上,根据Box-Benhnken的中心组合实验设计原理进行响应面实验。实验结果见表2,并用Design-expert8.0.6对实验结果进行分析。

图4　酶添加量对果汁透光率的影响Fig.4　Effect of enzyme concentration on juice clarity of loquat表2　Box-Behnken设计方案及枇杷果汁透光率的测定结果Table 2　Box-Behnken design and response values of juice clarity

实验号A酶添加量B时间C温度透光率(%)110-184.06200087.72310186.3440-1184.78511089.37601186.667-10184.91800087.31901-185.3910-11085.5711-1-1084.081200086.7713-10-182.511400086.70150-1-179.471600086.86171-1084.86

2.5.2模型方差分析及显著性检验对表2中以透光率为响应值,通过Design-Expert 8.0.6软件对响应值与各因素的编码值进行回归拟合后,得到如下回归方程:Y=87.07+0.94A+1.73B+1.41C+0.75AB-0.03AC-1.01BC-0.36A2-0.74B2-2.26C2。

从表3可以看出,所得的Y回归方程极显著(p<0.0001),且失拟检验不显著(p=0.2424),说明此回归模型很理想,用方程Y拟合3个因素与透光率之间的关系是可行的。模型的R2=0.9762,说明该模型拟合度较好。RSN=23.538大于4,说明实验精度较高[13]。综合以上分析得知:该模型与实际情况拟合较好,可用于预测透光率的变化情况。

表3　回归方程系数显著性检验表Table 3　Significance test of regression equation module

注:**.差异极显著,p<0.01;*.差异显著,p<0.05。

从3因素(A、B、C)对透光率的影响来看,一次项A(酶添加量)、B(酶解时间)和C(酶解温度)对透光率有极显著的影响;交互项中的AB、BC对透光率有显著影响,AC对结果没显著影响,影响的顺序依次是BC>AB>AC;二次项B2和C2对结果有显著的影响,A2无显著影响。

2.5.3交互作用对响应值影响分析由图5可知,酶添加量和酶解时间交互作用显著,当将酶解温度固定为40 ℃,在酶添加量不变时,随着时间的增加,果汁透光率增高,但是在酶添加量处于较高水平时,果汁透光率随着时间的增大而迅速升高;当酶添加量处于较低水平时,果汁透光率在增长到一定水平后缓慢增长。同时在酶解时间处于较低水平时,果汁透光率随着酶添加量的增加而增长缓慢;在酶解时间处于较高水平时,果汁透光率随着酶添加量的增加迅速增长。

图5　酶添加量和酶解时间对果汁透光率影响的响应面图Fig.5　Response surface for juice clarity as a function of pectinase concentration and time

由图6可知,酶添加量和酶解温度交互作用不显著,当将酶解时间固定为3 h时,在酶添加量不变时,果汁透光率的变化随着酶解温度的变化呈抛物线型,因此最优参数向0(40 ℃)水平偏移。但是在酶解温度不变的情况下,果汁透光率随着酶添加量的增加而增加,最优参数向+1(3 mg/L)水平移动。

图6　酶添加量和酶解温度对果汁透光率影响的响应面图Fig.6　Response surface for juice clarity as a function of pectinase concentration and temperature

由图7可知,酶解时间和酶解温度交互作用显著,当将酶添加量固定为2 mg/L时,在酶解时间不变时,随着酶解温度的增加,果汁透光率增高;但是当酶解温度超过40 ℃之后,果汁透光率逐渐下降。在酶解温度不变的情况下,出汁率随着酶解时间的增加而增加,最优参数向+1(4 h)水平移动。

图7　酶解时间和酶解温度对果汁透光率影响的响应面图Fig.7　Response surface for juice clarity as a function of time and temperature

2.5.4最佳工艺参数及验证通过计算分析,得到的最终优化出的实验条件为:酶添加量3.00 mg/L、酶解时间4.00 h、酶解温度为39.79 ℃,考虑实际生产条件,工艺调整为酶添加量3 mg/L、酶解时间4 h、酶解温度为40 ℃,模型预测果汁透光率为94.22%。在此基础上进行3次验证实验,得到透光率平均值为91.02%,与预测值接近,并且基本营养物质含量与对照组没有差异(表4)。VC标准曲线:y=0.1297x+0.0049,R2=0.9987;没食子酸标准曲线:y=8.0723x-0.0162,R2=0.9967。

表4　优化组与对照组部分营养物质含量Table 4　The content of partial nutrientsin optimized group and the control

3　结论

本研究获得了酶法澄清“宁海白”枇杷果汁的最佳工艺参数为酶添加量3 mg/L、酶解时间4 h、酶解温度为40 ℃,透光率平均值为91.02%。验证实验发现,优化后的澄清度与预测值接近;同时,酶解处理的枇杷果汁与未处理果汁的SSC、VC、总酚含量无显著差异。因此,应用果胶酶澄清枇杷果汁可以达到理想的澄清效果,且对果汁的营养成分基本没有影响。

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Study on optimal clarification process of loquat fruit juice with pectinase

YU Li-na1,ZANG Xing-long1,LIU Hong-xing2,NI Zhi-ming2,WANG Hong-fei1,SHAO Xing-feng1,*

(1.Department of Food Science and Engineering,Ningbo University,Ningbo 315211,China;2.Ningbo Fotile Kitchenware Co. Ltd,Ningbo 315336,China)

‘Ninghaibai’ loquat fruit juice was clarified by pectinase,and the effect of enzyme dosage,reaction time and reaction temperature on juice light transmittance were investigated. The result of response surface optimization experiment was as follows:enzyme dosage 3 mg/L,the reaction time 4 h,the reaction temperature 40 ℃. Verification test was performed on this basis,and the average transmittance was 91.02%,approaching to the prediction value and the response model was reliable. In addition,there was no significant effect on soluble solid content,VCand total phenols of using pectinase,so the pectinase used to clarify loquat fruit juice had the good application prospect.

loquat;juice;pectinase;clarification;optimization

2015-05-19

俞丽娜(1990-)，女，在读硕士，研究方向：农产品贮藏与加工，E-mail:369768871@qq.com。

邵兴锋(1980-)，男，博士，副教授，研究方向：食品贮藏保鲜，E-mail:shaoxingfeng@nbu.edu.cn。

浙江省自然科学基金项目(LR15C20002)；浙江省健康智慧厨房系统集成重点实验室建设项目(2014E10014)；宁波市农业和社会发展攻关项目(2014C50084)。

TS255.1

B

1002-0306(2016)03-0201-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.03.034