单宁酶和果胶酶联合酶解刺梨榨汁工艺的研究

安玉红，卢 秀

（1.贵州食品工程职业学院 食品工程系，贵州 贵阳551499；2.贵州大学 酿酒与食品工程学院，贵州 贵阳550025）

刺梨（Rosa roxbunghii）为蔷薇科（Rosaceae）为多年生落叶灌木缫丝花的营养珍果[1-2]。刺梨果汁中富含大量维生素、植物多糖、单宁类、三萜皂苷类、黄酮类、生物碱类、有机酸类、蛋白质、矿物质等活性成分[3-8]，而且刺梨无急性、慢性毒性，可长期安全食用[9]。目前，除少部分加工成刺梨果脯、果干外，绝大部刺梨采收后通过压榨成汁后冷冻保存，然后再以刺梨汁为原料加工成刺梨汁、刺梨饮料、刺梨酵素、果酒、精粉等[10]。刺梨汁因其具有抗氧化[11-13]、解酒护肝[9]、降血糖血脂[14-16]等功效，越来越受人们青睐。然而在刺梨汁加工工艺中，大部分采用传统物理压榨法，刺梨果汁存在氧化褐变、维C损失大、果汁风味和口感发生劣变等不良情况，导致果汁品质下降和营养损失。王银娟等人[17]采用蒸汽热烫处理蓝莓2 min后再进行榨汁，可有效防止蓝莓汁酶促褐变，并且明显提高了果汁中的花色苷和总酚含量。郑仕宏等人[18]研究已表明刺梨果榨汁前采用蒸汽（80℃，10～15 min）可有效保持刺梨果汁褐变。蒸汽热烫虽然可有效纯化酶的活性，但对刺梨汁中维C、SOD等营养成分及口感觉的影响是显著的，能耗也高；因刺梨的特殊性，目前蒸汽热烫在刺梨榨汁中完全被弃用。因此，研究绿色、高效、安全、节能的刺梨榨汁方法成为贵州刺梨产业急需解决的问题，对提升刺梨汁产品品质、促进刺梨产业的发展起到重要的作用。

前期的研究发现，果胶酶可显著提高木瓜出汁率和品质[19]；壳聚糖固定化果胶酶与纤维素酶可显著提高刺梨汁的澄清度，而对刺梨汁维C、SOD、可溶性固型物、总黄酮的影响不显著[20]。另外，刺梨果中单宁含量较高，一般含量为0.6%～2.2%[21]，因而涩味重，过高的单宁含量对果汁产品稳定性、澄清度、风味、色泽等均产生不利影响[22-23]，商品价值降低。因此，脱除单宁是解决刺梨汁产品口感及变色的有效措施[24]。以上研究表明，果胶酶和单宁酶在刺梨汁出汁率及品质有一定的作用。而刺梨果实中含有大量果胶、纤维素、单宁等物质，在榨汁时添加果胶酶与单宁酶的混合物可能会加速果胶解聚、降低果汁黏度、减少果渣产生，提高可溶性固形物含量和出汁率，改善果汁酸涩的口感。因此，试验以总可溶性固形物（TTS）和出汁率为指标，通过单因素试验与正交试验研究果胶酶和单宁酶在刺梨榨汁中的工艺，为刺梨汁的加工和利用提供了试验依据和技术支持。

1 材料与仪器

1.1 试验材料

刺梨原料（贵龙5号），贵州龙里十里刺梨示范园区提供；果胶酶（酶活力10 U/g），亚玛特化工有限公司提供；单宁酶（酶活力10 U/g），天津市博迪化工有限公司提供；试验用其他化学试剂均为分析纯。

1.2 试验仪器

YH-A5003型电子天平，瑞安市英衡电器有限公司产品；101-3A型电热鼓风干燥箱，天津市泰斯特仪器有限公司产品；WP-RO-20B型实验室超纯水机，四川沃特尔水处理设备有限公司产品；恒温水浴锅、pH计，奥豪斯仪器（上海）有限公司产品；WZ-MINI型商用现磨冰沙调理机（榨汁机），广东美的置业有限公司产品；手持测糖仪，上海仪电物理光学仪器有限公司产品；YC-260L型冰箱，海尔股份有限公司产品。

2 试验方法

2.1 加水量对刺梨出汁率的影响

在试验中称取一定量果肉，分别加入果肉质量3.0，2.5，2.0，1.5，1.0，0.5，0倍的水。榨汁后，计算出汁率和测定汁中可溶性固形物含量，并分析加水的倍数对TTS含量及刺梨出汁率的影响。

2.2 异抗坏血酸钠对刺梨汁色泽的影响

刺梨破碎后，在空气中易发生氧化褐变，试验采用异抗坏血酸钠作护色剂。取一定量的刺梨去核果实称重，分别加入果肉质量0.12%，0.06%，0.03%，0.015%，0.007 5%，0的异抗坏血酸钠后再加2倍水榨汁，测定褐变指数与总色度。

2.3 单因素试验

取一定量刺梨果，去核，称质量，添加异抗坏血酸钠、水打浆，调pH值至3.5，加入果浆质量0.12%的复合酶胶酶∶单宁酶=1∶1，温度50℃，酶解3 h后榨汁，分析各单因素对刺梨出汁率与TTS含量的影响。

（1）果胶酶与单宁酶质量比。3∶1，2.5∶1，2∶1，1∶1，1∶2，1∶2.5，1∶3（确定最佳比例）。

（2）pH值。2.5，3.0，3.5，4.0，4.5，5.0。

（3）酶解温度。20，30，40，50，60℃。

（4）酶解时间。1，2，3，4，5 h。

（5）酶添加量。加果浆质量0，0.04%，0.08%，0.12%，0.16%，0.20%。

2.4 正交试验

在单因素试验的基础上，以酶解时间、酶解pH值、复合酶用量、酶解温度采用四因素三水平L9（34）进行正交试验，以果汁中TTS含量与刺梨出汁率作为判断指标，从而确定酶解法最佳的工艺参数。

2.5 分析测定方法

可溶性固形物：手持量糖计，按GB2719规定测定糖度；pH值测定：精密级数字式酸度计法；色度测定：分光光度法，分别于波长420 nm和520 nm处测定吸光度。

出汁率测定：

2.6 数据统计与分析

试验结果以mean±SD表示，各组间差异显著性采用SPSS 16.0软件分析，各组间比较采用单因素方差分析，用Duncan法分析显著性，（p<0.05）被认为有显著差异。

3 结果与分析

3.1 加水量对刺梨出汁率的影响

在对刺梨进行榨汁工艺时，加入适当的水有利于刺梨果浆中的毛细管保持畅通，从而达到提高刺梨出汁率的目的。

加水量对刺梨出汁率的影响见图1。

由图1可知，不加水榨汁时的TTS含量为9.1%；当加大加水量时，TTS含量呈下降趋势，加2倍水时，TTS含量为4.65 Brix%。不加水榨汁时，果汁出汁率为47.88%；逐渐加大加水量至2倍水时，出汁率达到62.03%，但之后继续加大加水量时，出汁率升高不明显，且继续加水会导致总可溶性固形物的含量降低。另外，预试验结果表明，继续增加加水倍数时，发酵后的刺梨果酒风味严重不足。综合考虑，应以2倍水为最佳。

图1 加水量对刺梨出汁率的影响

3.2 异抗坏血酸钠添加量对刺梨汁色度的影响

刺梨榨汁时色泽存在严重褐变，其褐变的机理主要包括美拉德反应和多酚氧化途径。郑仕宏等人[18]研究表明，刺梨果榨汁前经蒸汽处理，榨汁后采用明胶澄清，可显著减少刺梨汁褐变。然而，蒸汽处理使刺梨汁营养损失严重，而且能耗高。陈贤爽等人[25]研究表明，20%柠檬汁联合1%的食盐溶液浸泡、蒸汽加热和85℃水浴加热处理枇杷果肉，3种护色方式对枇杷果肉均有护色效果，其中20%柠檬汁联合1%的食盐溶液浸泡效果较好。鉏晓艳等人[26]研究表明，添加0.4%柠檬酸+0.05% L-半胱氨酸盐酸盐对红提汁有较好的护味作用。李珊等人[27]研究了藕带的最佳护色工艺为真空渗透护色保鲜液，保鲜液的成分为0.2%维C+0.6%植酸+0.2%柠檬酸+1%氯化钙。目前，果蔬加工中护色的方法主要有真空包装、添加化学护色剂、生物酶法等。

异抗坏血酸钠对刺梨汁色泽的影响见图2。

图2 异抗坏血酸钠对刺梨汁色泽的影响

由图2可知，榨汁过程中异抗坏血酸钠添加量为0时，总色度为1.148；随着添加量增加，总色度逐渐升高，当添加量达到0.03%时，总色度为2.846；之后总色度随着添加量增加而减小。刺梨榨汁过程中异抗坏血酸钠添加量为0时，刺梨汁褐变指数为1.597；增加添加量褐变指数减小，当添加量为0.03%时，褐变指数为1.389；继续增加添加量后褐变指数下降趋势不明显。综合考虑，榨汁前最佳的异抗坏血酸钠添加量为0.03%，此时可有效控制刺梨汁的褐变。

3.3 果胶酶与单宁酶质量比对刺梨出汁率的影响

果胶酶大致分为果胶裂解酶（Pentinlyases，PL）、果胶水解酶（Pectinhydrolases）、果胶酯酶（Pectinesterases，PE）和原果胶酶等。果胶水解酶又分为聚半乳糖醛酸甲酯水解酶（Polymethylgalacturonases，PMG）、聚半乳糖醛酸酶（Polygalacturonase，PG）等。其中，PL只能裂解贴近甲酯基的α-1,4糖苷键，而PG降解果胶为小分子，并使其还原末端暴露[28]。由于不同的果品蔬菜其果胶含量、成分差异较大。因此，在使用时应根据加工目的、品种来选择果胶酶的酶组成。因PG的专一性对果胶的酯化度要求不如PL高，以提高榨汁率时通常选用PL，在澄清果汁时以PG为主的酶组成。研究表明，果纤维素酶不仅能提高果蔬的出汁率和可溶性固形物含量，而且能改善部分果蔬汁的品质[29]。刺梨中单宁含量较高，其酸涩味严重限制其接受度；另外，单宁含量过高不利于微生物发酵。而单宁酶可催化单宁酸中的棓酸葡萄糖酯水解为没食子酸和葡萄糖[30]。因此，在刺梨压汁中添加单宁酶不仅可以提高刺梨果酒品质，还为刺梨果酒发酵过程中微生物提供碳源。

果胶酶与单宁酶质量比对刺梨出汁率的影响见图3。

图3 果胶酶与单宁酶质量比对刺梨出汁率的影响

由图3可知，随着果胶酶与单宁酶质量比逐渐减小，刺梨的出汁率和TTS含量逐渐增大，当果胶酶与单宁酶比为1∶1时，刺梨的出汁率和TTS含量达到最大分别为83.11%，5.25 Brix%。随着果胶酶与单宁酶质量比减小后，刺梨的出汁率及TTS含量也逐渐减小。因此，确定果胶酶与单宁酶最佳质量比为1∶1。

3.4 复合酶添加量对刺梨出汁率的影响

复合酶添加量对刺梨出汁率的影响见图4。

由图4可知，随着复合酶添加量的增加，刺梨的出汁率与果汁TTS含量不断增加，当复合酶添加量达到0.16%时，刺梨的出汁率为83.17，TTS含量为5.25 Brix%，再继续增加酶添加量后，其出汁率与TTS含量均变化不明显。因此，初步确定酶添加量为0.16%。

图4 复合酶添加量对刺梨出汁率的影响

3.5 酶作用时间对刺梨出汁率的影响

酶作用时间对刺梨出汁率的影响见图5。

图5 酶作用时间对刺梨出汁率的影响

由图5可知，延长酶作用时间，刺梨的出汁率、TTS含量变化呈先上升后下降的趋势，当酶解时间达到3 h后，刺梨出汁率、TTS含量均分别达到最大83.91%，5.25 Brix%。因此，确定酶的作用时间为3 h。

3.6 pH值对刺梨出汁率的影响

pH值对刺梨出汁率的影响见图6。

图6 pH值对刺梨出汁率的影响

由图6可知，增大酶作用pH值，刺梨出汁率、TTS含量的变化呈先上升后下降，当酶解pH值达到3.5后，刺梨出汁率、TTS含量均分别达到最大83.91%，5.25 Brix%。因此，试验初步选择酶作用pH值为3.5。

3.7 酶解温度对刺梨出汁率的影响

研究发表明，果胶酶的最适温度为50～55℃[31-32]，单宁酶的最适温度为35～60℃[33]。罗昱等人[34]研究表明，单宁酶添加量0.12%，pH值4.5，温度45℃，脱除时间100 min，在此条件下单宁脱除率达到76.07%。

酶解温度对刺梨出汁率的影响见图7。

图7 酶解温度对刺梨出汁率的影响

由图7可知，升高酶作用温度，刺梨出汁率、TTS含量均显著升高，当酶解温度为50℃时，刺梨出汁率、TTS含量均分别达到最大83.91%，5.25 Brix%，再升高温度，刺梨出汁率、TTS含量均降低。因此，确定最佳酶作用温度为50℃。

3.8 刺梨酶解工艺参数的正交试验

因素与水平设计见表1，正交试验结果见表2，方差分析见表3。

表1 因素与水平设计

表2 正交试验结果

由表1～表3可知，B、C为主要因素，但各水平间差异不显著；A、D为次要因素，其R值大小顺序都为RB>RD>RC>RA。综合考虑，影响榨汁的各因素的主次顺序是B>D>C>A，即酶添加量>浸提时间>酶解温度>酶解pH值。以各因素的最佳水平选取复合酶酶解刺梨榨汁最佳的工艺参数组合是A2B2C1D2，即酶解pH值为3.5，酶添加量为0.14%，酶解温度为45℃，酶解时间为2.5 h。

表3 方差分析

3.9 验证试验

按照最加榨汁工艺取汁，分3个平行，算出刺梨出汁率为83.96%，测得可溶性固形物含量为5.23 Brix%。

4 结论

复合酶解刺梨榨汁的最佳工艺为m（果胶酶）∶m（单宁酶）=1∶1，添加果浆质量0.03%的异抗坏血酸钠、加入与果浆质量比为2∶1的水打浆，然后调节果浆的pH值为3.5，再加入果浆质量0.14%的复合酶，在45℃的温度下酶解2.5 h。在此条件下，刺梨的出汁率为83.96%，总可溶性固形物含量为5.23 Brix%。