复合酶法脱除生姜皮的新工艺研究

刘波，袁利鹏，刘旭光

（广东农工商职业技术学院，广东广州510507）

复合酶法脱除生姜皮的新工艺研究

刘波，袁利鹏*，刘旭光

（广东农工商职业技术学院，广东广州510507）

对传统生姜去皮工艺进行改进，研究复合酶解法去除生姜皮的新工艺条件。试验以去皮效果为评价指标，通过单因素试验初步确立复合酶复配比例、料液比、酶浓度、酶解温度、时间及pH，再通过正交试验对生姜去皮的最佳酶解工艺进行优化。试验结果表明，生姜去皮的最佳酶解工艺条件为：果胶酶与纤维素酶的复合比例为1∶2.5（g/g），料液比（生姜∶酶解液）为1∶3（g/mL），酶浓度为0.40%，酶解温度为40℃，酶解pH值为4，酶解时间为50min。

生姜去皮；纤维素酶；果胶酶；酶解

生姜，又名地辛、百辣云，系姜科多年生宿根草本植物姜（ZingiBer officinale）的根茎。性温，其特有的“姜辣素”能刺激胃肠黏膜，使胃肠道充血，消化能力增强，能有效地治疗吃寒凉食物过多而引起的腹胀、腹痛、腹泻、呕吐等[1]。此外，生姜还具有抑制癌细胞生长、抗胆结石、预防和治疗高血脂等保健功效[2]。因此，生姜食品的开发利用备受关注，除了传统的生姜加工品（如姜汁、醋姜等），生姜蛋白酶、生姜膳食纤维、姜油树脂、姜精油等生姜深加工产品在国内外市场也颇受欢迎[2-3]。

在多数生姜加工利用时，剥皮是常见的工序。目前常采用的传统手工去皮法，不仅费时费工，而且存在去皮不彻底、质量及营养损耗都较大等问题[4]。而中国是生姜的主要出产国之一，生姜类产品主要是去皮后的加工产品[2-5]。因此，研究新型生姜去皮技术代替传统手工去皮法具有很重要的现实意义。目前，针对此领域的研究甚少。

纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖，不溶于水及一般有机溶剂，是植物细胞壁的主要成分[6]；果胶是的主要成分是部分甲酯化的a（1，4）-D-聚半乳糖醛酸，在适宜条件下其溶液能形成凝胶和部分发生甲氧基化（甲酯化，也就是形成甲醇酯）[7]。本试验针对生姜皮的结构特点，选用复合酶解法对生姜进行处理，旨在探索生姜去皮的酶解新工艺。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器设备

生姜：购自广州市增城中新菜市场；果胶酶（酶活力≥10万U/g）：天津市酶制剂厂；纤维素酶（酶活力≥8万U/g）：上海东风生化技术有限公司。

HWS28型恒温水浴锅：上海-恒科技有限公司；MP511型pH计：上海三信仪表厂；HZX-JA100型电子天平：郑州万博仪器设备有限公司。

1.2 方法

1.2.1 去皮工艺流程

生姜→清洗→酶解试验→感官评价

1.2.2 酶的复合水解[8-11]

生姜皮主要成分是纤维素和果胶，因此试验对生姜添加一定量的复合酶（纤维素酶和果胶酶），并在一定的酶解温度、pH、时间和底物浓度条件下进行酶解处理。

1.2.2.1 料液比对生姜去皮效果的影响

果胶酶与纤维素酶的复合比例为1∶1（g/g），复合酶浓度为0.35%，酶解温度为40℃，pH为4，酶解时间为 50 min，在此条件下，考察 m（生姜）：v（酶解液）分别为 1 ∶1、1 ∶2、1 ∶3、1 ∶4、1 ∶5（g/mL）对生姜去皮效果的影响。

1.2.2.2 酶的复配比例对生姜去皮效果的影响

复合酶浓度为0.35%，料液比（生姜∶酶解液）为1 ∶3（g/mL），酶解温度为 40℃，pH 为 4，酶解时间为50 min，在此条件下，考察果胶酶与纤维素酶的不同复配比例[1 ∶1、1 ∶1.5、1 ∶2、1 ∶2.5、1 ∶3（g/g）]对生姜去皮效果的影响。

1.2.2.3 复合酶浓度对生姜去皮效果的影响

果胶酶与纤维素酶的复合比例为1∶2.5（g/g），料液比（生姜：酶解液）为1∶3（g/mL），酶解温度为40℃，pH值为4，酶解时间为50 min，在此条件下，考察不同复合酶浓度（0.10%、0.20%、0.30%、0.40%、0.50%和0.60%）对生姜去皮效果的影响。

1.2.2.4 酶解液pH对生姜去皮效果的影响

果胶酶与纤维素酶的复合比例为1∶2.5（g/g），料液比（生姜：酶解液）为 1∶3（g/mL），复合酶浓度为0.35%，酶解温度为40℃，酶解时间为50 min，在此条件下，考察不同 pH（2、3、4、5 、6）对生姜去皮效果的影响。

1.2.2.5 酶解液温度对生姜去皮效果的影响

果胶酶与纤维素酶的复合比例为1∶2.5（g/g），料液比（生姜 ∶酶解液）为 1∶3（g/mL），复合酶浓度为0.35%，酶解pH值为4，时间为50 min，在此条件下，考察不同酶解温度（20、30、40、50、60 ℃）对生姜去皮效果的影响。

1.2.2.6 酶解时间对生姜去皮效果的影响

果胶酶与纤维素酶的复合比例为1∶2.5（g/g），料液比（生姜 ∶酶解液）为 1∶3（g/mL），复合酶浓度为0.35%，酶解温度为40℃，pH值为4，在此条件下，考察不同酶解时间（30、40、50、60 min）对生姜去皮效果的影响。

1.2.3 最佳去皮酶解工艺的确定

根据单因素试验结果，对酶解条件进一步优化，进行正交试验，确定最佳酶解去皮工艺。

1.2.4 生姜去皮效果感官评价法[12]

生姜去皮效果根据生姜皮的脱除情况、去皮后生姜的完整性、色泽、风味、硬度来进行评分。感官评定人员为来自不同专业的20名同学。按评分标准对去皮效果进行评分，取整数均值作为最后结果。生姜去皮效果感官评价标准见表1。

表1 生姜去皮效果感官评价标准Table 1 Sensory evaluation standard of the peeling effect of ginger

2 结果

2.1 单因素试验结果

2.1.1 料液比对生姜去皮效果的影响

按照1.2.2.1中的试验方法，考察m（生姜）∶v（酶解液）料液比分别为 1 ∶1、1 ∶2、1 ∶3、1 ∶4、1 ∶5（g/mL）对生姜去皮效果的影响，结果见表2、图1。

由结果可知，料液比为1∶3（g/mL）时，去皮效果最好，且能同时保证去皮后生姜的形状、颜色和质地。

2.1.2 酶的复配比例对生姜去皮效果的影响

按照1.2.2.2中的试验方法，考察果胶酶与纤维素酶的不同复配比例 1 ∶1、1 ∶1.5、1 ∶2、1 ∶2.5、1 ∶3（g/g）对生姜去皮效果的影响，结果见表3、图2。

表2 料液比对生姜去皮效果的影响Table 2 The influence of the substrate concentration and enzyme concentration ratio on the effect of ginger peeling

图1 料液比对生姜去皮效果的影响Fig.1 The influence of the substrate concentration and enzyme concentration ratio on the effect of ginger peeling

表3 酶的复配比例对生姜去皮效果的影响Table 3 The influence of the compound proportion of the enzymes on the effect of ginger peeling

图2 酶的复配比例对生姜去皮效果的影响Fig.2 The influence of the compound proportion of the enzymes on the effect of ginger peeling

由结果可知，果胶酶与纤维素酶的复配比例为1∶2.5（g/g）时，去皮效果最好，且能同时保证去皮后生姜的形状、颜色和质地。此外，1∶3（g/g）的配比对颜色影响不大，但对外形和质地有一定影响，原因可能是不断加量的纤维素酶与生姜肉中部分纤维素发生水解所致，因此，纤维素酶的用量不宜太高。

2.1.3 复合酶浓度对生姜去皮效果的影响

按照1.2.2.3中的试验方法，考察复合酶的不同浓度（0.10%、0.20%、0.30%、0.40%、0.50%和 0.60%）对生姜去皮效果的影响，结果见表4、图3。

表4 复合酶浓度对生姜去皮效果的影响Table 4 The influence of the enzyme concentration on the effect of ginger peeling

图3 复合酶浓度对生姜去皮效果的影响Fig.3 The influence of the enzyme concentration on the effect of ginger peeling

由结果可知，酶浓度太低，尽管能很好保持姜的品质，但去皮不彻底，不能完全解决生姜加工脱皮工艺需求；随着酶浓度增高，去皮效果明显，尽管对生姜质地有一定影响，但酶浓度增加至0.40%时，生姜质地仍能得到较好保持。综合考虑，选择复合酶浓度为0.40%，效果最佳。

2.1.4 酶解液pH对生姜去皮效果的影响

由于试验所用果胶酶的作用pH值为2.5～6.0，纤维素酶的作用pH值为4.0～6.0，故试验中复合酶液的pH 设计了 2、3、4、5、6 5 个因素，按照 1.2.2.4 中的试验方法，考察酶解液在不同pH条件下对生姜去皮效果的影响，结果见表5、图4。

表5 酶解液pH对生姜去皮效果的影响Table 5 The influence of pH in the enzyme solution on the effect of ginger peeling

图4 酶解液pH对生姜去皮效果的影响Fig.4 The influence of pH in the enzyme solution on the effect of ginger peeling

由结果可知，pH值太小，去皮效果不佳，可能是由于纤维素酶活性受到抑制的缘故。pH值为5时，酶活力较大，去皮效果较好，但生姜品质受到一定影响。而pH值为4时，去皮效果和质地都能达到最好。

2.1.5 酶解液温度对生姜去皮效果的影响

按照1.2.2.5中的试验方法，考察不同酶解温度（20、30、40、50、60℃）对生姜去皮效果的影响，结果见表 6、图 5。

表6 酶解液温度对生姜去皮效果的影响Table 6 The influence of temperature in the enzyme solution on the effect of ginger peeling

由结果可知，酶解温度过低，酶活不能达到最佳能力，去皮效果不彻底；当酶液温度过高时，酶的活力逐渐降低，也不能达到最佳去皮效果；而当酶解温度为40℃时，生姜不仅去皮效果最好，其对组织、质地的损伤程度也明显低于高温情况。

图5 酶解温度对生姜去皮效果的影响Fig.5 The influence of temperature in the enzyme solution on the effect of ginger peeling

2.1.6 酶解时间对生姜去皮效果的影响

按照1.2.2.6中的试验方法，考察不同酶解时间（30、40、50、60 min）对生姜去皮效果的影响，结果见表7、图 6。

表7 酶解时间对生姜去皮效果的影响Table 7 The influence of enzymatic hydrolysis time on the effect of ginger peeling

图6 酶解时间对生姜去皮效果的影响Fig.6 The influence of enzymatic hydrolysis time on the effect of ginger peeling

由结果可知，酶解时间达到50 min时，生姜去皮效果最好，而酶解时间低于50 min时，尽管生姜品质保持良好，但不能实现完全去皮的效果，因此不符合试验需要。由图也可看出，随着酶解时间的延长，酶解前期评分的变化趋势较大，可能由于复合酶的作用时间不够，因此去皮效果差异性较大造成的；但当酶解时间达到50 min时，再延长酶解时间10 min，评分反而会下降，但是评分变化趋势较酶解前期变得没那么明显，这是由于复合酶解时间已达去皮效果，但这个时间段的酶解反应不足以使得生姜的质地有明显损伤。因此，试验选择50 min作为最佳酶解时间进行生姜去皮。

2.2 正交试验结果

根据图6单因素试验结果，由于酶解50 min能达到理想去皮效果，而反应时间分别为40、60 min时评分值下降趋势不太明显，说明50 min反应时间较理想，为了减少试验次数，正交设计时不考虑酶解时间的影响，确定为50 min。根据图1、图3，料液比与复合酶浓度都有较大影响，但考虑到酶在溶液中反应的真实环境，所以确定复合酶浓度为0.40%，以料液比为研究对象设计正交试验。而图2、图4、图5结果表明，酶的复配比例、酶解温度、pH对结果影响都较大，且都不能忽视，因此最终确定酶的复配比例、料液比、酶解温度和酶解pH进行四因素三水平正交试验（表8），对生姜最佳酶解去皮工艺进行优化。正交试验因素水平表见表8，正交试验结果见表9。

表8 正交试验因素水平表L9（34）Table 8Factors and levels of orthogonal test L9（34）

表9 正交试验结果Table 9 Results of orthogonal experiment

正交试验结果表明（表9），影响生姜酶解去皮效果的因素主次顺序为：酶的复配比例＞酶解pH＞酶解温度＞料液比。最佳去皮酶解工艺为A2B3C2D2，即：酶的复配比例为 1 ∶2.5（g/g），料液比为 1 ∶3.5（g/mL），酶解温度为40℃，酶解pH值为4。此酶解工艺条件下，生姜的去皮感官评分为92，与单因素试验结果A2B2C2D2（感官评分96）相比，最后选择A2B2C2D2为最佳酶解去皮工艺条件。

3 结论

通过单因素试验与正交试验，确定了生姜的最佳酶解去皮工艺：酶的复配比例为1∶2.5（g/g），料液比为1∶3（g/mL），复合酶浓度为0.40%，酶解温度为40℃，酶解pH值为4，酶解时间为50 min。在此酶解工艺条件下，生姜去皮效果最好，感官评分为96。

该酶解去皮法针对生姜皮的结构特点，针对性强，效果好，且处理温和，操作、食用安全，有效地解决了生姜去皮的难题，大大节约了劳动力、生产成本与生产时间，对生姜加工产业具有重要的实际意义。

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The New Peeling Technology of Ginger by Compound Enzymes Method

LIU Bo，YUAN Li-peng*，LIU Xu-guang

（Guangdong AIB Polytechnic College，Guangzhou 510507，Guangdong，China）

The traditional peeling technology of ginger was improved，and the conditions of the new peeling technology of ginger by compound enzymes method were studied.Peeling effect as the evaluation index，the compound proportion of the enzymes，the ratio of the substrate concentration and enzyme concentration，the enzyme concentration，the temperature，the time and the pH value were preliminary found through the single factor experiment.Then the best peeling technology of ginger by compound enzymes method was optimized through the orthogonal experiment.Experimental results showed that the optimum enzyme hydrolysis conditions of the ginger peeling was：the compound proportion of pectinase and cellulase was 1 ∶2.5（g/g），the ratio of the substrate concentration and enzyme concentration was 1∶3（g/mL），the enzyme concentration was 0.40%，the temperature was 40℃，the pH of enzyme solution was 4，and the hydrolysis time was 50 min.

peeling of ginger；cellulase；pectinase；enzymatic hydrolysis

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.14.024

广东省教育厅高等学校优秀青年教师培养计划项目（2014145）

刘波（1980—），女（汉），讲师，硕士研究生，研究方向：农产品加工与质量检测。

*通信作者：袁利鹏（1979—），男，副教授，研究方向：农产品加工与质量检测。

2016-03-29