复配酶在苹果汁澄清加工中的应用研究

张海燕，刘玉琦，刘靓，刘敏尧，郭梅*

（1.天津农学院 食品科学与生物工程学院，天津 300384；2.天津诺奥酶生产力促进有限公司，天津 300399）

苹果是世界四大水果之一，果汁是苹果最主要的加工产品，占世界苹果加工产品总量的90%以上。我国的苹果种植面积和产量占全球一半以上，以这种资源优势为基础，苹果汁近年来发展迅速，生产规模快速扩张[1]。中国海关的统计数据表明，2020年我国出口的苹果汁、梨汁、菠萝汁等果汁的数量较2019年有不同幅度增加。苹果汁是我国产量最大和出口量最大的果汁，出口量占我国出口果蔬汁总量的86%以上[2]。

苹果汁的加工采用传统的直接压榨法出汁率较低，主要是因为水果细胞壁中含有果胶质、纤维素和半纤维素等多糖类物质。随着苹果汁市场需求的不断增加，其加工技术水平不断提高，生产规模也在不断扩大[3]。采用酶解法可以提升出汁率，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，果汁变得澄清透亮，还可简化加工工艺[4-7]。果胶酶可以快速分解果胶，降低榨汁的黏度，有利于果汁的过滤，滤液更为澄清，还可以减少化学澄清剂的用量，改善果汁质量[8-9]；纤维素酶可以提高细胞膜和细胞壁的通透性，使细胞内容物加快溶出，加工安全易控[10]；木聚糖酶则可以制备功能性寡糖，降低果汁浊度使之澄清；果汁的过滤性与其浊度呈反比，用木聚糖酶处理后的果汁过滤性增加[11-13]。

国内对苹果汁酶解澄清的研究也有报道，现有的研究大多局限于单一酶的应用研究。由于复配酶的使用不仅可以降低酶的使用量、生产成本，还可以提高酶的利用效率、提高鲜果出汁率，高效便捷[14-17]。因此，本试验通过研究复配酶（果胶酶、纤维素酶和木聚糖酶）的酶解工艺，探讨果胶酶添加量、纤维素酶添加量、木聚糖酶添加量、酶解时间4个因素对苹果出汁率和苹果汁澄清度的影响，以期获得出汁率高和澄清度高的苹果汁。

澄清度的测定[18]：采用紫外-可见光分光光度计在660 nm处测定苹果汁的透光率（%），以蒸馏水为参比。

1.2.4 单因素试验

选择果胶酶添加量、纤维素酶添加量、木聚糖酶添

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

苹果（红富士）：市售；果胶酶（酶活 3万 U/g）、纤维素酶（酶活10万U/g）、木聚糖酶（酶活15万U/g）：天津诺奥酶生产力促进有限公司。

榨汁机（JYL-C020）：九阳股份有限公司；数显恒温水浴锅（HHS型）：江苏金坛市金城国盛实验仪器厂；紫外-可见光分光光度计（UV755B型）：上海佑科仪器仪表公司；电子天平（FA2004型）：北京塞多利斯仪器有限公司；高速台式离心机（16WS型）：湖南湘仪离心机仪器有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程

苹果→清洗、挑选→切块（加抗坏血酸0.1%护色）→榨汁→酶解→过滤→灭酶→离心→灌装→杀菌→澄清苹果汁。

1.2.2 操作要点

1）榨汁、酶解、过滤：挑选新鲜、无虫害、无腐烂苹果，用清水冲洗，切成块状，浸泡于0.1%的抗坏血酸水溶液中护色，按料液比1∶1（g/mL）混合榨汁后，将其预热至50℃，在充分搅拌下加入一定量复配酶（果胶酶、纤维素酶和木聚糖酶）进行酶解。苹果汁酶解后采用150目工业筛网滤袋过滤。

2）灭酶、离心、灌装、杀菌：采用85℃灭酶2 min，冷却后6 000 r/min离心4 min，得到澄清苹果汁。

1.2.3 指标的测定

出汁率的计算公式如下。加量、酶解时间为考察因素，酶解pH4，酶解温度50℃，以出汁率和澄清度为检测指标进行单因素试验。

1.2.4.1 果胶酶添加量对苹果出汁率和苹果汁澄清度的影响

固定纤维素酶添加量为0.07%，木聚糖酶添加量为0.005%，酶解时间1 h，考察果胶酶添加量为0.04%、0.07%、0.10%、0.13%、0.16%条件下的苹果出汁率和苹果汁澄清度。

1.2.4.2 纤维素酶添加量对苹果出汁率和苹果汁澄清度的影响

固定果胶酶添加量为0.07%，木聚糖酶添加量为0.005%，酶解时间1 h，考察纤维素酶添加量为0.01%、0.03%、0.05%、0.07%、0.09%条件下的苹果出汁率和苹果汁澄清度。

1.2.4.3 木聚糖酶添加量对苹果出汁率和苹果汁澄清度的影响

固定果胶酶添加量为0.07%，纤维素酶添加量为0.07%，酶解时间1 h，考察木聚糖酶添加量为0.005%、0.010%、0.015%、0.020%、0.025%条件下的苹果出汁率和苹果汁澄清度。

1.2.4.4 酶解时间对苹果出汁率和苹果汁澄清度的影响

固定果胶酶添加量为0.07%，纤维素酶添加量为0.07%，木聚糖酶添加量为0.005%，考察酶解时间为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5h条件下的苹果出汁率和苹果汁澄清度。

1.2.5 正交试验

根据单因素试验的结果，进行L9（34）正交试验，确定出利用复配酶制取澄清苹果汁的最佳工艺参数。因素水平见表1。

表1 正交试验因素水平Table 1 Factors and levels of orthogonal tests

1.3 数据处理

每个数据均为3次试验的平均值，使用EXCEL软件对数据进行统计分析并绘制图表。

2 结果与分析

2.1 果胶酶添加量对苹果出汁率和苹果汁澄清度的影响

果胶酶添加量对苹果出汁率和苹果汁澄清度的影响见图1。

图1 果胶酶添加量对苹果出汁率和苹果汁澄清度的影响Fig.1 Effects of pectinase addition on apple juice yield and apple juice clarity

由于苹果中含有大量的果胶，在破碎压榨过程中会因胶体黏着性导致汁液流出受阻。果胶酶可以催化果胶解聚、降低果汁黏度，提高原料出汁率和原料利用率[19-20]。由图1可以看出，出汁率随果胶酶添加量的增加而增大，当果胶酶添加量大于0.10%时，果汁的出汁率增加不明显；同样，澄清度随着果胶酶添加量的增加而提高，当果胶酶添加量大于0.10%时，果汁的澄清度变化趋于平稳。考虑成本问题，选择果胶酶添加量为0.07%、0.10%、0.13%进行正交试验。

2.2 纤维素酶添加量对苹果出汁率和苹果汁澄清度的影响

纤维素酶添加量对苹果出汁率和苹果汁澄清度的影响见图2。

图2 纤维素酶添加量对苹果出汁率和苹果汁澄清度的影响Fig.2 Effects of cellulase addition on apple juice yield and apple juice clarity

纤维素酶可水解纤维素，破坏细胞壁，同时释放出被其夹裹的果胶，以便被果胶酶水解。由图2可以看出，出汁率和澄清度都随纤维素酶添加量的增加而增大，当纤维素酶添加量大于0.05%时，出汁率和澄清度增加均不明显，综合出汁率和澄清度考虑，选择纤维素酶添加量为0.03%、0.05%、0.07%进行正交试验。

2.3 木聚糖酶添加量对苹果出汁率和苹果汁澄清度的影响

木聚糖酶添加量对苹果出汁率和苹果汁澄清度的影响见图3。

图3 木聚糖酶添加量对苹果出汁率和苹果汁澄清度的影响Fig.3 Effects of xylanase addition on apple juice yield and apple juice clarity

木聚糖酶能够水解半纤维素，促使细胞壁破碎，将木聚糖酶与果胶酶、纤维素酶以适量配比共同作用，能更大程度地破坏植物细胞，进而提高出汁率和澄清度[21-22]，同时又能有效地降低果汁黏度[15]。由图3可见，当木聚糖酶添加量为0.010%时，出汁率达到最高；当木聚糖酶添加量为0.015%时，澄清度达到最高，因此选择木聚糖酶添加量为0.005%、0.010%、0.015%进行正交试验。

2.4 酶解时间对苹果出汁率和苹果汁澄清度的影响

酶解时间对苹果出汁率和苹果汁澄清度的影响见图4。

图4 酶解时间对苹果出汁率和苹果汁澄清度的影响Fig.4 Effects of enzymolysis time on apple juice yield and apple juice clarity

由图4可以看出，随酶解时间的延长，出汁率和澄清度均在增加，且增加速率越来越慢，当酶解时间大于2.0 h时，酶解时间的延长对出汁率和澄清度影响不明显，反而会影响生产效率，综合生产时间成本因素，选择酶解时间为1.5、2.0、2.5 h进行正交试验。

2.5 正交试验结果

2.5.1 正交试验的结果与分析

选用L9（34）正交表，试验结果与极差分析见表2和表3。

表2 L9（34）正交试验结果Table 2Results of L9（34）orthogonal tests

由表3极差分析可知，影响苹果出汁率的主次因素顺序为果胶酶添加量＞纤维素酶添加量＞酶解时间＞木聚糖酶添加量。以出汁率为指标时，酶解的最佳组合是A2B2C2D2，果胶酶添加量为0.10%，纤维素酶添加量为0.05%，木聚糖酶添加量为0.010%，酶解时间2.0 h。影响苹果汁澄清度的主次因素顺序为纤维素酶添加量＞酶解时间＞木聚糖酶添加量＞果胶酶添加量。以澄清度为指标时，酶解的最佳组合是A2B2C3D2，果胶酶添加量为0.10%，纤维素酶添加量为0.05%，木聚糖酶添加量为0.015%，酶解时间2.0 h。

表3 正交试验极差分析Table 3 Range analysis of orthogonal tests

2.5.2 验证试验

为确保试验结果的准确性，对极差分析得到的最佳组合A2B2C2D2、A2B2C3D2与正交试验中的最高出汁率组合A3B2C1D2、最高澄清度组合A2B2C1D1进行验证试验，结果见表4。

表4 验证试验结果Table 4 Results of verification test

由表4可知，在A2B2C2D2组合条件下，出汁率为91.6%，澄清度达96.3%。对以上结果综合考虑，选择复配酶酶解苹果汁的最佳工艺条件为A2B2C2D2，即果胶酶添加量为0.10%，纤维素酶添加量为0.05%，木聚糖酶添加量为0.010%，酶解时间2.0 h。

3 结论

通过单因素试验考察了果胶酶添加量、纤维素酶添加量、木聚糖酶添加量、酶解时间对苹果出汁率和苹果汁澄清度的影响，通过正交试验和验证试验，确定最佳酶解工艺参数：果胶酶添加量为0.10%，纤维素酶添加量为0.05%，木聚糖酶添加量为0.010%，酶解时间2.0 h，此条件下，得到的苹果出汁率为91.6%，苹果汁澄清度为96.3%。该工艺操作简单，成本较低，具有良好的应用前景。