复合酶解对苹果出汁率的影响

杨 辉，黄莎莎，董腾达，苏 文，王丽红，赵 敏，王婷婷

(陕西科技大学 食品与生物工程学院，陕西 西安 710021)

0 引言

苹果中含有碳水化合物、维生素、有机酸、膳食纤维及丰富的微量元素，具有降低胆固醇，维持酸碱平衡，促进肠胃蠕动等多种生理功能[1].苹果在中国主要有五大产区，分别是黄土高原、渤海湾、黄河故道、西南高地及特色产区，是世界最大的苹果生产国[2].随着市场需求增加，苹果深加工产业链日渐丰富与成熟，苹果汁、苹果酒、苹果醋等较受市场欢迎.但传统的直接压榨法所得出汁率较低，这主要是因为水果细胞壁中含有纤维素、半纤维素和果胶质等多糖类物质[3].采用酶解-压榨可以提升出汁率，因为酶解可破坏果实细胞壁的纤维素、半纤维素和果胶等物质，导致细胞壁降解，使细胞交联断裂，降低果浆黏度.

郑瑞婷等[4]采用果胶酶酶解苹果后所得最高出汁率为92.05%，较直接压榨法相比提升了12.90%，但仅采用了单一的果胶酶酶解苹果.刘莹等[5]采用果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶复合酶制剂生产苹果汁，出汁率为86.76%，直接压榨所得出汁率为78.70%，出汁率提升了8.06%，研究虽然采用了三种酶制剂，但并没有考虑不同酶制剂以及其他因素间交互作用的影响，且与未酶解的出汁率相比较，酶解后出汁率提升的百分点较低.

本研究以洛川红富士苹果作为研究对象，根据苹果细胞壁的特性，采用果胶酶和纤维素酶做复合酶制剂，无需调节pH，通过单因素试验和正交试验优化苹果的酶解工艺，旨在提高苹果出汁率，为苹果酒、苹果醋的开发提供试验参数.

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

红富士苹果：洛川果园；果胶酶(酶活力10 u/mg)：法国laffort公司；纤维素酶R-10(酶活力10 u/mg)：上海源叶公司.

1.2 仪器与设备

榨汁机，美的集团；PL203电子天平，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；恒温水浴锅，上海一恒科学仪器有限公司；SC-3610低速离心机，安徽中科中佳科学仪器有限公司.

1.3 工艺流程

新鲜苹果→挑选→清洗→打浆→酶解→过滤→离心(计算出汁率)

1.4 实验方法

1.4.1 酶解单因素实验

取适量的苹果加水榨汁，酶解后过筛、离心，以出汁率为指标，选择果胶酶添加量(0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%)、纤维素酶添加量(0.02%、0.03%、0.04%、0.05%、0.06%)、果胶酶和纤维素酶的添加比例(1∶1、4∶3、2∶1、5∶2、3∶1、7∶2、4∶1，复合酶添加总量为0.04%)，复合酶添加量(0.03%、0.04%、0.05%、0.06%、0.07%)、复合酶解温度(35 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃)和复合酶解时间(45 min、60 min、75 min、90 min、105 min、120 min、135 min)为单因素进行试验.

1.4.2 酶解正交试验

根据单因素试验结果，选取复合酶添加量、酶解时间和酶解温度做L8(27)正交试验.酶解正交试验如表1所示.

表1 酶解正交试验因素水平表

1.4.3 出汁率计算

出汁率的计算如式(1)所示.

(1)

1.5 数据处理与分析

每个试样做3次平行，取平均值，采用spss22.0软件对结果进行显著性方差分析.

2 结果与讨论

2.1 苹果酶解单因素实验

2.1.1 果胶酶添加量对苹果出汁率的影响

果胶酶添加量对苹果出汁率的影响如图1所示.由图1可以看出，果胶酶添加量在0～0.04%范围内，随着果胶酶添加量的增加，苹果出汁率呈上升趋势，且当果胶酶添加量为0.04%时，苹果出汁率最大，为68.93%，较对照品(未添加酶制剂)相比出汁率提升了13.11%.这是因为果胶存在于胞间层和细胞壁中，果胶酶可分解果胶，导致细胞间粘连度下降，破坏细胞组织，从而提升出汁率[6]；而添加量超过0.04%后，苹果出汁率不再上升，这是因为添加一定量的果胶酶后，底物基本与果胶酶反应完全[7].因此，确定最佳果胶酶添加量为0.04%.

图1 果胶酶添加量对苹果出汁率的影响

2.1.2 纤维素酶添加量对苹果出汁率的影响

纤维素酶添加量对苹果出汁率的影响如图2所示.由图2可以看出，在添加纤维素酶后出汁率较未添加纤维素酶样品相比出汁率不增反降.这是因为在果浆中，果胶通常与纤维素相互结合，一定量的纤维素酶可分解细胞壁中的纤维素，破坏细胞组织，使与果胶相互结合的纤维素被充分降解，果胶完全释放，导致果浆黏度提高，影响出汁率[8-10].

图2 纤维素酶添加量对苹果出汁率的影响

2.1.3 果胶酶与纤维素酶的添加比例对苹果出汁率的影响

在复合酶制剂添加量为0.04%条件下，其对苹果出汁率的影响如图3所示.由图3可知，出汁率呈逐步上升趋势，但在3∶1后大幅下降.这是因为在适当的比例下，果胶酶可与纤维素酶产生协同作用，果胶酶分解胞间层的果胶，降低胞间黏度，细胞彼此分开，使胞间溶液流出[11]；细胞的分开有利于纤维素酶作用于细胞壁中的纤维素，一方面可以破坏细胞结构，另一方面水解与果胶结合的纤维素，释放果胶，使果胶酶充分水解各类果胶物质，提高出汁率[12].但若其中一种酶添加量过大，会导致2.1.1和2.1.2所示出汁率不增返降现象.因此，选择果胶酶与纤维素酶添加量比例为3∶1，有最大出汁率为71.4%，较对照品出汁率提升了14.06%，优于单一酶解所得出汁率.

图3 果胶酶与纤维素酶比例对苹果出汁率的影响

2.1.4 复合酶制剂添加量对苹果出汁率的影响

图4表示在果胶酶与纤维素酶添加量比例为3∶1时，复合酶制剂添加量对苹果出汁率的影响.由图4可知，复合酶制剂添加量为0.05%时，出汁率达到最大，为73.16%，较对照品相比，出汁率提升了15.4%.而添加量达到0.05%后，出汁率不再有变化，可能是由于后期底物已反应完全.因此选择0.05%为最佳复合酶制剂添加量.

图4 酶制剂添加量对苹果出汁率的影响

2.1.5 复合酶解温度对苹果出汁率的影响

酶解温度对苹果出汁率的影响如图5所示.由图5可知，在果胶酶与纤维素酶添加量为3∶1，复合酶制剂添加量为0.04%的条件下，当酶解温度达到55 ℃时，苹果汁的出汁率为73.57%；而温度继续上升，出汁率下降.这是因为低温时酶活力不足，而温度过高会导致酶钝化、失活.当温度为55 ℃时，在酶的最适温度范围内，出汁率最高，故55℃为最佳酶解温度.

图5 酶解温度对苹果出汁率的影响

2.1.6 复合酶解时间对苹果出汁率的影响

酶解时间是影响酶解是否充分的重要因素.酶解时间对苹果出汁率的影响如图6所示.由图6可以看出，当酶解时间为120 min时，出汁率达到最大为76.03%；当酶解时间继续延长，出汁率有所下降.这是因为随着时间的增加，酶与底物反应较完全[6]；但在达到最适时间后，随着时间延长，出汁率会下降，一方面是因为水分蒸发，另一方面可能是由某些营养成分损失造成[13,14].

图6 酶解时间对苹果出汁率的影响

2.2 酶解正交试验

根据单因素试验，选定果胶酶与纤维素酶添加比例为3∶1，选择复合酶制剂添加量(A)、酶解温度(B)、酶解时间(C)及各因素间的交互作用做七因素二水平正交试验，以出汁率为指标，确定酶解苹果的最佳工艺参数.正交试验结果如表2所示，方差分析如表3所示.

表2的正交试验结果及表3的方差分析显示，复合酶添加量(A)对出汁率影响显著，影响苹果出汁率的因素主次顺序为A>C>A×C>B>A×B>B×C.果胶酶和纤维素酶复合酶解苹果的最优化组合为A2B2C1，即在果胶酶与纤维素酶添加比例为3∶1的条件下，复合酶制剂添加量为0.05%，酶解温度为55 ℃，酶解时间为120 min.此酶解条件下出汁率可达79.04%，较对照品出汁率提升了21.02%，出汁率提高的百分点高于卢燕燕等[15]报道的12.74%、吴定等[16]报道的13%、方亚叶等[17]报道的9.8%.

表2 酶解正交试验结果

表3 酶解正交试验方差分析

本研究所得出汁率低于部分其他研究，这是因为研究选用苹果未经酶解的出汁率范围为55%～70%，苹果含水量较低，低于其他研究的70%～80%.另外，苹果出汁率还与榨汁时间有关，新鲜苹果出汁率高，采收后的贮存时间对出汁率影响显著，随着贮存时间的延长，出汁率下降，本研究是采收后贮存4个月左右的苹果，但与非酶解工艺比较，酶解后出汁率提升的百分点较高；不同于其他酶解研究，本研究在果浆自然pH下进行酶解，无需调整pH，简化酶解工艺，具有一定的参考价值.

3 结论

研究结果表明，果胶酶与纤维素酶的添加比例为3∶1时，苹果的出汁率较好.复合酶解苹果的最佳工艺参数为复合酶添加量0.05%，酶解温度55 ℃，酶解时间120 min.在最佳条件下，苹果的出汁率为79.04%，与直接压榨法所得对照品相比，出汁率提升了21.02%.研究所提升的出汁率高于其他研究，且无需调整果浆pH值，可为苹果酒、苹果醋等苹果深加工产品的研究提供依据.